一种辅助监测主轴承内外圈相对位置的装置及方法与流程

1.本发明属于风力发电领域，特别涉及一种辅助监测主轴承内外圈相对位置的装置及方法。


背景技术：

2.风力发电机的主轴支持叶轮，并把来自叶轮的旋转机械能经过齿轮箱传递或直接传递给发电机。主轴除了承受来自叶轮的气动载荷、自重载荷和轴承、齿轮箱的反作用力，还要承受传动链的扭转振动及较大的瞬态载荷，因此主轴承的可靠性对于风电机组的安全稳定运行至关重要。当轴承内圈所承受的轴向载荷达到一定程度后，轴承的内外圈之间会发生相对位移，而轴承内外圈之间相对位移量过大时可能会影响轴承的正常使用。目前，行业内尚无可以在线实时监测轴承内外圈相对位移的装置及方法。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种辅助监测主轴承内外圈相对位置的装置及方法，该方法适用于风机主轴承，用于在线实时监测轴承内外圈相对位移，避免轴承内外圈相对位移量过大时可能会影响轴承的正常使用，提前预判风机轴承状态，提升风机运行的可靠性。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种辅助监测主轴承内外圈相对位置的装置，包括轴承内圈、轴承外圈、测距装置、轴承挡板以及分别轴承内圈和轴承外圈上设置的测距装置，测距装置用于测量其自身与轴承挡板之间的距离，测距装置采用超声测距装置或激光测距装置。
5.超声测距装置包括超声测距模块和下位机，超声测距模块连接下位机，下位机与风机主控系统连接。
6.激光测距装置包括激光测距传感器模块，激光测距传感器模块与风机主控系统连接。
7.设置两组测距装置，在轴承同一直径的相互远离的两处分别设置一组。
8.所述测距装置采用蓄电池供电，蓄电池和测距装置安装在连接底座上，所述连接底座分别安装在轴承外圈和轴承内圈。
9.测距装置的精度不低于0.1mm。
10.本发明还提供一种辅助监测主轴承内外圈相对位置的方法，基于权利要求1至6所述的装置，获取轴承内圈上超声测距装置与轴承挡板之间的距离li以及轴承外圈上超声测距装置与轴承挡板之间的距离lo，计算轴承内外圈之间的相对位移量δl：
11.δl＝lo-li，
12.根据轴承内外圈之间的相对位移量δl大小，对轴承运行状态进行实时监测与分级预警。
13.对轴承运行状态进行实时监测与分级预警具体如下：
14.δl≤l
c1
第一等级l
c1
《δl≤l
c2
第二等级l
c2
《δl≤l
c3
第三等级l
c3
《δl≤l
c4
第四等级
15.其中，lc1＝0.1mm，lc2＝0.25mm，lc3＝0.5mm，lc4＝1.0mm。
16.本发明所述方法的应用，将其用于同类型轴承内外圈相对位置的监测。
17.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
18.本发明提供了一种在线辅助监测主轴承内外圈相对位置的装置，通过相对固定的轴承挡板以及测距装置能实时监测轴承内圈和轴承外圈的相对位移，监测手段简单可靠，能为实时预警提供准确有效信息，有助于避免轴承内外圈相对位移量过大时可能会影响轴承的正常使用，提前预判风机轴承状态，提升风机运行的可靠性；而且采用超声测距装置或激光测距装置，装置的技术已经相对成熟，也便于实施，而且能将数据反馈至风机控制中心，实现在线监测；有助于更加精细的实现运行管理，提高运行水平和维护效率。
19.本发明所述监测方法进行分级预警，设置4个预警级别，根据实时监测的位移数据，通过简单的计算和比较即可得到预警等级，为运维人员提供准确的信息，使得运维人员能根据不同的预警等级实施进一步监测或消除预警的操作，有助于更加精细的实现运行管理，提高运行水平和维护效率。
20.进一步的，设置两组测距装置，在轴承同一直径的相互远离的两处分别设置一组，能够监测到两组数据，所得数据相互验证。
21.进一步的，轴承挡板的内侧表面为光滑表面，有助于声波或激光反射，提高监测灵敏度和准确性。
附图说明
22.图1是本发明新型超声测距装置及方法原理图。
23.图中：1.轴承内圈，2.轴承保持架，3.轴承外圈，4.轴承滚子，51.轴承外圈测距装置，52.轴承内圈测距装置，6.轴承挡板。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
26.在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示
出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
27.参考图1，本发明提供一种辅助监测主轴承内外圈相对位置的装置，包括轴承内圈1、轴承外圈3、测距装置和轴承挡板6，所述测距装置包括设置在轴承内圈1上的轴承内圈测距装置51和贴装在轴承外圈3上的轴承外圈测距装置52；轴承内圈测距装置51和轴承外圈测距装置52分别监测轴承内圈、轴承外圈与轴承挡板6之间的距离；所述主轴承为常规轴承，轴承保持架2和轴承滚子4位于轴承内圈与轴承外圈之间。
28.轴承内圈测距装置51与轴承挡板6之间的距离为lo，轴承外圈测距装置52与轴承挡板6之间的距离为li，两个距离之间的差值δl＝l
o-li即为轴承内外圈之间的相对位移量。
29.通过轴承内外圈之间的相对位移量大小，对轴承运行状态进行实时监测与分级预警。
30.可选的，轴承挡板6的内侧表面为光滑表面，有利于提高超声波和激光的反射效果，降低监测数据误差。
31.实施例1
32.一种辅助监测主轴承内外圈相对位置的装置，通过贴装在轴承内圈1和轴承外圈3上的一对超声测距装置，超声测距装置通过测量轴承内圈和轴承外圈相对于轴承挡板的距离值，再根据所测得距离值计算测量轴承内外圈相对位移。
33.通过两个超声测距装置，相对于某固定目标的距离之差，测量轴承内外圈相对位移量。
34.超声测距装置包括超声传感器模块、信号处理器，超声测距装置通过信号线缆和电源线缆与控制系统相连。信号处理器可以采用51单片机或stm32单片机，所述单片机与风机控制系统通过i/o接口连接，信号处理器还可以通过无线传输模块与机舱控制中心连接。
35.超声测距装置优选采用市售产品，将其安装并与风机控制系统连接即可实现用于测量主轴承内外圈与轴承挡板之间的距离。
36.实施例2
37.通过贴装在轴承内圈和轴承外圈上的一对激光测距装置，激光测距装置通过测量轴承内圈和轴承外圈相对于轴承挡板的距离值，再根据所测得距离值计算测量轴承内外圈相对位移量。
38.激光测距装置采用市售产品，直接与控制系统连接即可。例如可以采用ftm-50激光测距传感器。
39.还可以采用带有无线传输模块的激光测距装置，通过无线传输模块与机舱控制中心通信连接，激光测距装置的监测信息能通过无线传输模块发送至机舱控制中心。
40.本发明还可以设置两组测距装置，在轴承同一直径的相互远离的两处分别设置一组，能够用于监测轴承内外圈相对位移量，能为评估轴承整体运转工况提供监测数据。
41.作为一种可选的实施例，激光测距装置采用三角测量传感器。
42.一种辅助监测主轴承内外圈相对位置的装置及方法，方法通过贴装在轴承内圈1上的轴承内圈测距装置51和贴装在轴承外圈测距装置52，监测得到轴承内圈测距装置51与
轴承挡板6之间的距离lo，轴承外圈测距装置52与轴承挡板6之间的距离li，两个距离之间的差值δl＝l
o-li即为轴承内外圈之间的相对位移量。
43.通过轴承内外圈之间的相对位移量大小，对轴承运行状态进行实时监测与分级预警，见表1。
44.序号条件预警等级1δl≤l
c1
第一等级2l
c1
《δl≤l
c2
第二等级3l
c2
《δl≤l
c3
第三等级4l
c3
《δl≤l
c4
第四等级
45.所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.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。