基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統及故障提取方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統及故障提取方法，在烘缸軸系伸出烘缸兩端的軸段上均套裝用于支撐烘缸軸系的動靜壓滑動軸承，兩動靜壓滑動軸承與供油裝置之間的油管上均設置有用來監測烘缸軸系交變溫度場及振動特性的油液在線監測裝置和油液溫度檢測裝置；烘缸軸系上安裝有用于采集烘缸軸系絕對位移和相對位移的軸系振動檢測裝置；油液在線監測裝置、油液溫度監測裝置和軸系振動監測裝置共同完成烘缸軸系在高溫、潮濕、重載及低速條件下的摩擦磨損、交變溫度場及振動特性的實時監測，為烘缸軸系支承部件的故障提取提供實時、連續的充足的數據，并通過故障提取系統為軸系支承部件的性能分析及優化提供設計建議。
【專利說明】基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統及故障提取方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于造紙裝備性能監測及故障診斷【技術領域】，涉及烘缸軸系的新型支承部件設計及其性能分析和故障提取，具體涉及一種基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統及故障提取方法。
【背景技術】
[0002]高速寬幅紙機的烘缸是紙機中的關鍵干燥部件，具有運行環境惡劣、運行時間長、工況交變快等特征。一方面，烘缸支撐軸承在此種環境下工作其摩擦學性能具有熱粘彈耦合性；而烘缸的軸承轉子系統則具有摩擦學與動力學耦合的特征；另一方面，現代高參數紙機的烘缸軸承及其支撐的轉子系統性能具有極強的時變特征，這些運行性能是判斷烘缸運行狀況的重要依據。因此，針對高速寬幅紙機支撐部件在典型工況下易產生失效破壞的問題，有必要從摩擦學、流體潤滑理論及轉子動力學的角度，重點解決與高速寬幅紙機烘缸軸系及軸承的摩擦規律、動力學行為特征及故障診斷等相關的理論和試驗研宄，為提高烘缸軸承服役壽命提供了理論和試驗支撐。
【發明內容】
:
[0003]本發明的目的是克服目前造紙裝備中烘缸軸系中支承部件性能監測及故障診斷中存在的現象不明顯、規律不清晰的缺陷，提出一種基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統及故障提取方法，從而提高烘缸軸系在重載、低速、高溫、潮濕環境下服役性能及使役壽命O
[0004]為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是:
[0005]一種基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統，包括安裝于烘缸軸系上的烘缸，烘缸軸系的后端與傳動裝置相連；烘缸軸系伸出烘缸兩端的軸段上均套裝用于支撐烘缸軸系的動靜壓滑動軸承；兩動靜壓滑動軸承均與供油裝置相連；供油裝置與兩動靜壓滑動軸承之間的油管上均設置有用來監測烘缸軸系交變溫度場及振動特性的油液在線監測裝置和油液溫度檢測裝置；烘缸軸系上安裝有用于采集烘缸軸系絕對位移和相對位移的軸系振動檢測裝置。
[0006]所述烘缸軸系包括后端與傳動裝置相連的傳動端軸段，以及前端的操作端軸段。
[0007]所述兩動靜壓滑動軸承分別套裝在傳動端軸段和操作端軸段上。
[0008]所述動靜壓滑動軸承采用箔片軸承或空氣軸承。
[0009]所述供油裝置與兩動靜壓滑動軸承之間還設置有用于調節供油壓力及供油流量的節流器。
[0010]所述節流器采用小孔節流、毛細節流以及薄膜節流中的一種或及幾種相結合的節流方式。
[0011]所述油液在線監測裝置采用鐵譜分析儀、聲發射磨粒監測儀或超聲波磨粒監測儀；油液溫度檢測裝置采用熱電偶；軸系振動檢測裝置采用電渦流傳感器；烘缸采用楊克烘缸。
[0012]一種監測裝置的基于動靜壓支承的烘缸軸系故障提取方法，包括以下步驟:
[0013]I)采用油液在線監測裝置對烘缸軸系的摩擦磨損進行監測，通過鐵譜分析，得到軸系運行時的摩擦磨損故障特征；
[0014]2)采用油液溫度檢測裝置獲得動靜壓滑動軸承的潤滑油溫度；
[0015]3)采用軸系振動檢測裝置獲得軸的絕對位移和相對位移，結合軸系運行時的摩擦磨損故障特征和潤滑油溫度，并通過頻譜分析預測烘缸軸系的故障，采取相應的應對措施。
[0016]所述步驟I)中，油液在線監測裝置監測潤滑油中摩擦副磨損顆粒的大小及分布。
[0017]所述步驟2)中，對油液溫度檢測裝置獲得的軸承溫度分布規律結合有限元理論分析，作為軸系故障發生程度的一個判斷指標。
[0018]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0019]本發明基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統，在烘缸軸系伸出烘缸兩端的軸段上均套裝用于支撐烘缸軸系的動靜壓滑動軸承，兩動靜壓滑動軸承與供油裝置之間的油管上均設置有用來監測烘缸軸系交變溫度場及振動特性的油液在線監測裝置和油液溫度檢測裝置；烘缸軸系上安裝有用于采集烘缸軸系絕對位移和相對位移的軸系振動檢測裝置；油液在線監測裝置、油液溫度監測裝置和軸系振動監測裝置共同完成烘缸軸系在高溫、潮濕、重載及低速條件下的摩擦磨損、交變溫度場及振動特性的實時監測，為烘缸軸系支承部件的故障提取提供實時、連續的充足的數據，并通過故障提取系統為軸系支承部件的性能分析及優化提供設計建議。
[0020]進一步的，本發明兩個動靜壓滑動軸承分別支撐傳動端軸段和操作端軸段，可保證烘缸在重載下啟動時軸承能夠處于完全潤滑狀態下，并可保證在啟動后的重載低速運轉條件下的軸承潤滑膜的完整性。
[0021]進一步的，本發明在供油裝置與動靜壓滑動軸承之間設置節流器，用來調節供油裝置為動靜壓滑動軸承所提供的供油壓力及供油流量。
[0022]本發明基于動靜壓支承的烘缸軸系故障提取方法，可實現復雜極端工況下的造紙裝備烘缸軸系提供實時監測和及時處理，具有操作簡易、安全可靠以及精度高且穩定等優點，并有望較系統的給出改善高速寬幅紙機支撐部件服役性能和在線監測的理論、方法和技術，具有明顯的理論意義和工程應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
:
[0023]圖1為本發明性能監測系統的烘缸軸系結構示意圖；
[0024]圖2為本發明性能監測系統的節流器及潤滑性能監測的原理圖；
[0025]圖3為本發明性能監測系統的整體結構示意圖；
[0026]圖4為本發明軸系振動監測裝置的安裝位置示意圖。
[0027]其中:1為烘缸；2為傳動裝置；3為傳動端軸段；4為操作端軸段；5為動靜壓滑動軸承；6為節流器；7為供油裝置；8為油液在線監測裝置；9為油液溫度監測裝置；10為軸系振動監測裝置。
【具體實施方式】
:
[0028]下面結合附圖對本發明做進一步的詳細描述:
[0029]參見圖1至圖4，本發明基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統，包括安裝于烘缸軸系上的烘缸1，烘缸軸系的后端與傳動裝置2相連；烘缸軸系包括后端與傳動裝置相連的傳動端軸段3，以及前端的操作端軸段4。烘缸軸系伸出烘缸兩端的軸段上均套裝用于支撐烘缸軸系的動靜壓滑動軸承5 ;兩動靜壓滑動軸承分別套裝在傳動端軸段和操作端軸段上。動靜壓滑動軸承采用箔片軸承或空氣軸承。供油裝置7與兩動靜壓滑動軸承之間還設置有用于調節供油壓力及供油流量的節流器6。節流器采用小孔節流、毛細節流以及薄膜節流中的一種或及幾種相結合的節流方式。兩動靜壓滑動軸承均與供油裝置相連；供油裝置與兩動靜壓滑動軸承之間的油管上均設置有用來監測烘缸軸系交變溫度場及振動特性的油液在線監測裝置8和油液溫度檢測裝置9 ;烘缸軸系上安裝有用于采集烘缸軸系絕對位移和相對位移的軸系振動檢測裝置10。油液在線監測裝置采用鐵譜分析儀、聲發射磨粒監測儀或超聲波磨粒監測儀；油液溫度檢測裝置采用熱電偶；軸系振動檢測裝置采用電渦流傳感器。
[0030]本發明還公開了一種基于動靜壓支承的烘缸軸系故障提取方法，包括以下步驟:
[0031]I)采用油液在線監測裝置對烘缸軸系的摩擦磨損進行監測，具體利用鐵譜技術通過對磁場及油液流量的控制獲得軸系運行時摩擦副磨粒的大小、分布及厚度等信息，構成軸系故障提取的重要判斷依據之一。
[0032]2)采用油液溫度檢測裝置獲得動靜壓滑動軸承的潤滑油溫度；油液溫度檢測裝置(8)獲得的軸承溫度分布規律結合有限元理論分析，可作為軸系故障發生程度的一個判斷指標。
[0033]3)采用軸系振動檢測裝置獲得軸的絕對位移和相對位移，并通過頻譜分析預測烘缸軸系的故障，采取相應的應對措施。
[0034]本發明的原理及工作過程:
[0035]本發明由烘缸、傳動裝置、傳動端軸段、操作端軸段、動靜壓滑動軸承、節流器、供油裝置、油液在線監測裝置、油液溫度監測裝置和軸系振動監測裝置等組成。烘缸軸系包含傳動端軸段和操作端軸段及其支承軸承。支承軸承為動靜壓滑動軸承，用來支撐傳動端軸段和操作端軸段，可保證烘缸在重載下啟動時軸承能夠處于完全潤滑狀態下，并可保證在啟動后的重載低速運轉條件下的軸承潤滑膜的完整性；該動靜壓滑動軸承可以采用箔片軸承、空氣軸承；瓦塊形式可采用固定瓦或者可傾瓦。節流器可以采用小孔節流、毛細節流、薄膜節流或者為上述幾種節流方式的結合。油液在線監測裝置可以采用鐵譜分析方法、聲發射磨粒監測技術、超聲波磨粒監測方法等。烘缸軸系是在高溫、潮濕、重載及低速條件下工作的，其啟停特性及穩定運行特性決定了紙張烘干質量。油液溫度監測裝置和軸系振動監測裝置，是用來監測烘缸軸系交變溫度場及振動特性的。
[0036]如圖1所示，圖1是本發明烘缸軸系結構示意圖，該圖既可作為驅動端軸段示意圖也可作為操作端軸段示意圖。烘缸軸系由動靜壓滑動軸承支承，優勢在于:烘缸軸系在啟停過程中，普通軸承難以形成潤滑膜，勢必造成軸頸與軸承的碰磨，不利于軸系的正常工作，而動靜壓滑動軸承在此過程中通過輸入高壓潤滑油將軸頂起，當達到一定的轉速時撤掉高壓潤滑油并形成完整潤滑膜。同時固定于軸承座及基體的傳感器可實施獲得軸系的相對振動及絕對振動，作為軸系故障診斷的輸入條件。
[0037]如圖2所示，是本發明節流器及潤滑性能監測的原理圖。它給出動靜壓滑動軸承所必須的節流器示意，節流器的結構可以根據需要選擇小孔節流、毛細節流、薄膜節流或者為上述幾種節流方式的結合。同時，在節流器回油管道中設置油液在線監測裝置，以監測烘缸軸系運行時的摩擦磨損特性；并在回油管道中設置油液溫度監測裝置，實時獲得支承部件的溫度，這些也是作為軸系故障診斷的輸入條件。
[0038]如圖3所示，，是本發明檢測系統的整體結構示意圖。由楊克烘缸、齒輪傳動裝置、傳動端軸段3、操作端軸段4、動靜壓滑動軸承5、小孔節流器、供油裝置7、油液鐵譜在線監測儀、油液熱電偶溫度監測裝置和軸系振動監測裝置10等組成。針對某型1800m/s轉速的楊克烘缸，采用動靜壓滑動軸承支承形式，該軸承采用的是小孔節流模式。采用以下方法進行故障提取:
[0039]I)采用鐵譜分析儀對烘缸軸系的摩擦磨損進行監測，主要監測潤滑油中摩擦副磨損顆粒的大小及分布，
[0040]2)采用圖像處理的手段進行信息處理，獲得軸系運行故障特征；
[0041]3)采用熱電偶獲得軸承潤滑油溫度，有效監測軸承在高溫潮濕環境下的工作情況；
[0042]4)采用電渦流傳感器獲得軸的絕對位移和相對位移，通過頻譜分析獲得軸系可能的故障。
[0043]根據上述監測對造紙裝備中的烘缸軸系達到故障預測和及時處理的目的。
[0044]以上內容僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明權利要求書的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統，其特征在于:包括安裝于烘缸軸系上的烘缸(I)，烘缸軸系的后端與傳動裝置(2)相連；烘缸軸系伸出烘缸(I)兩端的軸段上均套裝用于支撐烘缸軸系的動靜壓滑動軸承(5);兩動靜壓滑動軸承(5)均與供油裝置(7)相連；供油裝置(7)與兩動靜壓滑動軸承(5)之間的油管上均設置有用來監測烘缸軸系交變溫度場及振動特性的油液在線監測裝置(8)和油液溫度檢測裝置(9);烘缸軸系上安裝有用于采集烘缸軸系絕對位移和相對位移的軸系振動檢測裝置(10)。
2.根據權利要求1所述的基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統，其特征在于:所述烘缸軸系包括后端與傳動裝置(2)相連的傳動端軸段(3)，以及前端的操作端軸段(4)。
3.根據權利要求2所述的基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統，其特征在于:所述兩動靜壓滑動軸承(5)分別套裝在傳動端軸段(3)和操作端軸段(4)上。
4.根據權利要求1或2或3所述的基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統，其特征在于:所述動靜壓滑動軸承(5)采用箔片軸承或空氣軸承。
5.根據權利要求1或2或3所述的基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統，其特征在于:所述供油裝置(7)與兩動靜壓滑動軸承(5)之間還設置有用于調節供油壓力及供油流量的節流器(6)。
6.根據權利要求5所述的基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統，其特征在于:所述節流器(6)采用小孔節流、毛細節流以及薄膜節流中的一種或及幾種相結合的節流方式。
7.根據權利要求1所述的基于動靜壓支承的烘缸軸系性能監測系統，其特征在于:所述油液在線監測裝置(8)采用鐵譜分析儀、聲發射磨粒監測儀或超聲波磨粒監測儀；油液溫度檢測裝置(9)采用熱電偶；軸系振動檢測裝置(10)采用電渦流傳感器；烘缸(I)采用楊克烘缸。
8.一種如權利要求1至3任意一項所述監測裝置的基于動靜壓支承的烘缸軸系故障提取方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)采用油液在線監測裝置(8)對烘缸軸系的摩擦磨損進行監測，通過鐵譜分析，得到軸系運行時的摩擦磨損故障特征； 2)采用油液溫度檢測裝置(9)獲得動靜壓滑動軸承(5)的潤滑油溫度； 3)采用軸系振動檢測裝置(10)獲得軸的絕對位移和相對位移，結合軸系運行時的摩擦磨損故障特征和潤滑油溫度，并通過頻譜分析預測烘缸軸系的故障，采取相應的應對措施。
9.根據權利要求8所述的基于動靜壓支承的烘缸軸系故障提取方法，其特征在于:所述步驟I)中，油液在線監測裝置(8)監測潤滑油中摩擦副磨損顆粒的大小及分布。
10.根據權利要求8所述的基于動靜壓支承的烘缸軸系故障提取方法，其特征在于:所述步驟2)中，對油液溫度檢測裝置(8)獲得的軸承溫度分布規律結合有限元理論分析，作為軸系故障發生程度的一個判斷指標。
【文檔編號】G01M13/02GK104483128SQ201410729510
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月3日 優先權日:2014年12月3日
【發明者】趙志明 申請人:陜西科技大學