基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统及故障提取方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统及故障提取方法，在烘缸轴系伸出烘缸两端的轴段上均套装用于支撑烘缸轴系的动静压滑动轴承，两动静压滑动轴承与供油装置之间的油管上均设置有用来监测烘缸轴系交变温度场及振动特性的油液在线监测装置和油液温度检测装置；烘缸轴系上安装有用于采集烘缸轴系绝对位移和相对位移的轴系振动检测装置；油液在线监测装置、油液温度监测装置和轴系振动监测装置共同完成烘缸轴系在高温、潮湿、重载及低速条件下的摩擦磨损、交变温度场及振动特性的实时监测，为烘缸轴系支承部件的故障提取提供实时、连续的充足的数据，并通过故障提取系统为轴系支承部件的性能分析及优化提供设计建议。
【专利说明】基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统及故障提取方法
【技术领域】
[0001]本发明属于造纸装备性能监测及故障诊断【技术领域】，涉及烘缸轴系的新型支承部件设计及其性能分析和故障提取，具体涉及一种基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统及故障提取方法。
【背景技术】
[0002]高速宽幅纸机的烘缸是纸机中的关键干燥部件，具有运行环境恶劣、运行时间长、工况交变快等特征。一方面，烘缸支撑轴承在此种环境下工作其摩擦学性能具有热粘弹耦合性；而烘缸的轴承转子系统则具有摩擦学与动力学耦合的特征；另一方面，现代高参数纸机的烘缸轴承及其支撑的转子系统性能具有极强的时变特征，这些运行性能是判断烘缸运行状况的重要依据。因此，针对高速宽幅纸机支撑部件在典型工况下易产生失效破坏的问题，有必要从摩擦学、流体润滑理论及转子动力学的角度，重点解决与高速宽幅纸机烘缸轴系及轴承的摩擦规律、动力学行为特征及故障诊断等相关的理论和试验研宄，为提高烘缸轴承服役寿命提供了理论和试验支撑。
【发明内容】
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[0003]本发明的目的是克服目前造纸装备中烘缸轴系中支承部件性能监测及故障诊断中存在的现象不明显、规律不清晰的缺陷，提出一种基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统及故障提取方法，从而提高烘缸轴系在重载、低速、高温、潮湿环境下服役性能及使役寿命O
[0004]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0005]一种基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统，包括安装于烘缸轴系上的烘缸，烘缸轴系的后端与传动装置相连；烘缸轴系伸出烘缸两端的轴段上均套装用于支撑烘缸轴系的动静压滑动轴承；两动静压滑动轴承均与供油装置相连；供油装置与两动静压滑动轴承之间的油管上均设置有用来监测烘缸轴系交变温度场及振动特性的油液在线监测装置和油液温度检测装置；烘缸轴系上安装有用于采集烘缸轴系绝对位移和相对位移的轴系振动检测装置。
[0006]所述烘缸轴系包括后端与传动装置相连的传动端轴段，以及前端的操作端轴段。
[0007]所述两动静压滑动轴承分别套装在传动端轴段和操作端轴段上。
[0008]所述动静压滑动轴承采用箔片轴承或空气轴承。
[0009]所述供油装置与两动静压滑动轴承之间还设置有用于调节供油压力及供油流量的节流器。
[0010]所述节流器采用小孔节流、毛细节流以及薄膜节流中的一种或及几种相结合的节流方式。
[0011]所述油液在线监测装置采用铁谱分析仪、声发射磨粒监测仪或超声波磨粒监测仪；油液温度检测装置采用热电偶；轴系振动检测装置采用电涡流传感器；烘缸采用杨克烘缸。
[0012]一种监测装置的基于动静压支承的烘缸轴系故障提取方法，包括以下步骤:
[0013]I)采用油液在线监测装置对烘缸轴系的摩擦磨损进行监测，通过铁谱分析，得到轴系运行时的摩擦磨损故障特征；
[0014]2)采用油液温度检测装置获得动静压滑动轴承的润滑油温度；
[0015]3)采用轴系振动检测装置获得轴的绝对位移和相对位移，结合轴系运行时的摩擦磨损故障特征和润滑油温度，并通过频谱分析预测烘缸轴系的故障，采取相应的应对措施。
[0016]所述步骤I)中，油液在线监测装置监测润滑油中摩擦副磨损颗粒的大小及分布。
[0017]所述步骤2)中，对油液温度检测装置获得的轴承温度分布规律结合有限元理论分析，作为轴系故障发生程度的一个判断指标。
[0018]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0019]本发明基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统，在烘缸轴系伸出烘缸两端的轴段上均套装用于支撑烘缸轴系的动静压滑动轴承，两动静压滑动轴承与供油装置之间的油管上均设置有用来监测烘缸轴系交变温度场及振动特性的油液在线监测装置和油液温度检测装置；烘缸轴系上安装有用于采集烘缸轴系绝对位移和相对位移的轴系振动检测装置；油液在线监测装置、油液温度监测装置和轴系振动监测装置共同完成烘缸轴系在高温、潮湿、重载及低速条件下的摩擦磨损、交变温度场及振动特性的实时监测，为烘缸轴系支承部件的故障提取提供实时、连续的充足的数据，并通过故障提取系统为轴系支承部件的性能分析及优化提供设计建议。
[0020]进一步的，本发明两个动静压滑动轴承分别支撑传动端轴段和操作端轴段，可保证烘缸在重载下启动时轴承能够处于完全润滑状态下，并可保证在启动后的重载低速运转条件下的轴承润滑膜的完整性。
[0021]进一步的，本发明在供油装置与动静压滑动轴承之间设置节流器，用来调节供油装置为动静压滑动轴承所提供的供油压力及供油流量。
[0022]本发明基于动静压支承的烘缸轴系故障提取方法，可实现复杂极端工况下的造纸装备烘缸轴系提供实时监测和及时处理，具有操作简易、安全可靠以及精度高且稳定等优点，并有望较系统的给出改善高速宽幅纸机支撑部件服役性能和在线监测的理论、方法和技术，具有明显的理论意义和工程应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
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[0023]图1为本发明性能监测系统的烘缸轴系结构示意图；
[0024]图2为本发明性能监测系统的节流器及润滑性能监测的原理图；
[0025]图3为本发明性能监测系统的整体结构示意图；
[0026]图4为本发明轴系振动监测装置的安装位置示意图。
[0027]其中:1为烘缸；2为传动装置；3为传动端轴段；4为操作端轴段；5为动静压滑动轴承；6为节流器；7为供油装置；8为油液在线监测装置；9为油液温度监测装置；10为轴系振动监测装置。
【具体实施方式】
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[0028]下面结合附图对本发明做进一步的详细描述:
[0029]参见图1至图4，本发明基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统，包括安装于烘缸轴系上的烘缸1，烘缸轴系的后端与传动装置2相连；烘缸轴系包括后端与传动装置相连的传动端轴段3，以及前端的操作端轴段4。烘缸轴系伸出烘缸两端的轴段上均套装用于支撑烘缸轴系的动静压滑动轴承5 ;两动静压滑动轴承分别套装在传动端轴段和操作端轴段上。动静压滑动轴承采用箔片轴承或空气轴承。供油装置7与两动静压滑动轴承之间还设置有用于调节供油压力及供油流量的节流器6。节流器采用小孔节流、毛细节流以及薄膜节流中的一种或及几种相结合的节流方式。两动静压滑动轴承均与供油装置相连；供油装置与两动静压滑动轴承之间的油管上均设置有用来监测烘缸轴系交变温度场及振动特性的油液在线监测装置8和油液温度检测装置9 ;烘缸轴系上安装有用于采集烘缸轴系绝对位移和相对位移的轴系振动检测装置10。油液在线监测装置采用铁谱分析仪、声发射磨粒监测仪或超声波磨粒监测仪；油液温度检测装置采用热电偶；轴系振动检测装置采用电涡流传感器。
[0030]本发明还公开了一种基于动静压支承的烘缸轴系故障提取方法，包括以下步骤:
[0031]I)采用油液在线监测装置对烘缸轴系的摩擦磨损进行监测，具体利用铁谱技术通过对磁场及油液流量的控制获得轴系运行时摩擦副磨粒的大小、分布及厚度等信息，构成轴系故障提取的重要判断依据之一。
[0032]2)采用油液温度检测装置获得动静压滑动轴承的润滑油温度；油液温度检测装置(8)获得的轴承温度分布规律结合有限元理论分析，可作为轴系故障发生程度的一个判断指标。
[0033]3)采用轴系振动检测装置获得轴的绝对位移和相对位移，并通过频谱分析预测烘缸轴系的故障，采取相应的应对措施。
[0034]本发明的原理及工作过程:
[0035]本发明由烘缸、传动装置、传动端轴段、操作端轴段、动静压滑动轴承、节流器、供油装置、油液在线监测装置、油液温度监测装置和轴系振动监测装置等组成。烘缸轴系包含传动端轴段和操作端轴段及其支承轴承。支承轴承为动静压滑动轴承，用来支撑传动端轴段和操作端轴段，可保证烘缸在重载下启动时轴承能够处于完全润滑状态下，并可保证在启动后的重载低速运转条件下的轴承润滑膜的完整性；该动静压滑动轴承可以采用箔片轴承、空气轴承；瓦块形式可采用固定瓦或者可倾瓦。节流器可以采用小孔节流、毛细节流、薄膜节流或者为上述几种节流方式的结合。油液在线监测装置可以采用铁谱分析方法、声发射磨粒监测技术、超声波磨粒监测方法等。烘缸轴系是在高温、潮湿、重载及低速条件下工作的，其启停特性及稳定运行特性决定了纸张烘干质量。油液温度监测装置和轴系振动监测装置，是用来监测烘缸轴系交变温度场及振动特性的。
[0036]如图1所示，图1是本发明烘缸轴系结构示意图，该图既可作为驱动端轴段示意图也可作为操作端轴段示意图。烘缸轴系由动静压滑动轴承支承，优势在于:烘缸轴系在启停过程中，普通轴承难以形成润滑膜，势必造成轴颈与轴承的碰磨，不利于轴系的正常工作，而动静压滑动轴承在此过程中通过输入高压润滑油将轴顶起，当达到一定的转速时撤掉高压润滑油并形成完整润滑膜。同时固定于轴承座及基体的传感器可实施获得轴系的相对振动及绝对振动，作为轴系故障诊断的输入条件。
[0037]如图2所示，是本发明节流器及润滑性能监测的原理图。它给出动静压滑动轴承所必须的节流器示意，节流器的结构可以根据需要选择小孔节流、毛细节流、薄膜节流或者为上述几种节流方式的结合。同时，在节流器回油管道中设置油液在线监测装置，以监测烘缸轴系运行时的摩擦磨损特性；并在回油管道中设置油液温度监测装置，实时获得支承部件的温度，这些也是作为轴系故障诊断的输入条件。
[0038]如图3所示，，是本发明检测系统的整体结构示意图。由杨克烘缸、齿轮传动装置、传动端轴段3、操作端轴段4、动静压滑动轴承5、小孔节流器、供油装置7、油液铁谱在线监测仪、油液热电偶温度监测装置和轴系振动监测装置10等组成。针对某型1800m/s转速的杨克烘缸，采用动静压滑动轴承支承形式，该轴承采用的是小孔节流模式。采用以下方法进行故障提取:
[0039]I)采用铁谱分析仪对烘缸轴系的摩擦磨损进行监测，主要监测润滑油中摩擦副磨损颗粒的大小及分布，
[0040]2)采用图像处理的手段进行信息处理，获得轴系运行故障特征；
[0041]3)采用热电偶获得轴承润滑油温度，有效监测轴承在高温潮湿环境下的工作情况；
[0042]4)采用电涡流传感器获得轴的绝对位移和相对位移，通过频谱分析获得轴系可能的故障。
[0043]根据上述监测对造纸装备中的烘缸轴系达到故障预测和及时处理的目的。
[0044]以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统，其特征在于:包括安装于烘缸轴系上的烘缸(I)，烘缸轴系的后端与传动装置(2)相连；烘缸轴系伸出烘缸(I)两端的轴段上均套装用于支撑烘缸轴系的动静压滑动轴承(5);两动静压滑动轴承(5)均与供油装置(7)相连；供油装置(7)与两动静压滑动轴承(5)之间的油管上均设置有用来监测烘缸轴系交变温度场及振动特性的油液在线监测装置(8)和油液温度检测装置(9);烘缸轴系上安装有用于采集烘缸轴系绝对位移和相对位移的轴系振动检测装置(10)。
2.根据权利要求1所述的基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统，其特征在于:所述烘缸轴系包括后端与传动装置(2)相连的传动端轴段(3)，以及前端的操作端轴段(4)。
3.根据权利要求2所述的基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统，其特征在于:所述两动静压滑动轴承(5)分别套装在传动端轴段(3)和操作端轴段(4)上。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统，其特征在于:所述动静压滑动轴承(5)采用箔片轴承或空气轴承。
5.根据权利要求1或2或3所述的基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统，其特征在于:所述供油装置(7)与两动静压滑动轴承(5)之间还设置有用于调节供油压力及供油流量的节流器(6)。
6.根据权利要求5所述的基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统，其特征在于:所述节流器(6)采用小孔节流、毛细节流以及薄膜节流中的一种或及几种相结合的节流方式。
7.根据权利要求1所述的基于动静压支承的烘缸轴系性能监测系统，其特征在于:所述油液在线监测装置(8)采用铁谱分析仪、声发射磨粒监测仪或超声波磨粒监测仪；油液温度检测装置(9)采用热电偶；轴系振动检测装置(10)采用电涡流传感器；烘缸(I)采用杨克烘缸。
8.一种如权利要求1至3任意一项所述监测装置的基于动静压支承的烘缸轴系故障提取方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)采用油液在线监测装置(8)对烘缸轴系的摩擦磨损进行监测，通过铁谱分析，得到轴系运行时的摩擦磨损故障特征； 2)采用油液温度检测装置(9)获得动静压滑动轴承(5)的润滑油温度； 3)采用轴系振动检测装置(10)获得轴的绝对位移和相对位移，结合轴系运行时的摩擦磨损故障特征和润滑油温度，并通过频谱分析预测烘缸轴系的故障，采取相应的应对措施。
9.根据权利要求8所述的基于动静压支承的烘缸轴系故障提取方法，其特征在于:所述步骤I)中，油液在线监测装置(8)监测润滑油中摩擦副磨损颗粒的大小及分布。
10.根据权利要求8所述的基于动静压支承的烘缸轴系故障提取方法，其特征在于:所述步骤2)中，对油液温度检测装置(8)获得的轴承温度分布规律结合有限元理论分析，作为轴系故障发生程度的一个判断指标。
【文档编号】G01M13/02GK104483128SQ201410729510
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】赵志明 申请人:陕西科技大学