专利名称：船用柴油机滑动主轴承磨损监测装置及方法
技术领域：
本发明属于柴油机设备技术领域，尤其涉及一种船用柴油机滑动主轴承磨损监测装置及监测方法。
背景技术：
柴油机主轴承是曲轴的位置支承和校准部件，其性能的优劣直接影响柴油机的正常安全运行。目前监测船用柴油机主轴承磨损状态的方法主要有油液法、温度法、振动法和应变法等方法，这些方法均不能准确的定位具体的故障轴承。柴油机主轴承在正常运转情形下，曲轴和轴瓦之间有润滑油油膜隔开，避免了两种金属直接接触，减少了摩擦损耗。在 柴油机起动、重载等不良工况下，会导致曲轴与轴瓦之间油膜的破坏，形成干摩擦或边界摩擦。摩擦产生的高温令轴瓦严重磨损，甚至使曲轴和轴瓦产生抱熔，轻则造成柴油机停止运行，重则造成曲轴弯曲折断的重大事故。为防止此种重大事故发生，之前采用了油液法、温度法、振动法和应变法等主轴承磨损监测方法，但是受柴油机内部信号激励源多、活动部件运动复杂等原因，这些方法的实时性、准确性还有待提高。如何及时对轴承的干摩擦或边界摩擦提出预警，且在多档主轴承确定故障轴承位置和程度是主轴承磨损故障监测的一个难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述存在的不足，提供一种实时精确的掌握船用柴油机滑动主轴承磨损或故障状态的船用柴油机滑动主轴承磨损监测装置及方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
船用柴油机滑动主轴承磨损监测装置，其特征在于包括有安装在曲轴自由端上的唯一曲轴适配器，曲轴适配器依次连接有信号引出单元、信号处理单元和信号分析单元，其中，所述的信号引出单元包括有与曲轴适配器联结的变送探头，变送探头并联有孔式增量编码器和滑环变送器，信号引出单元还包括一个毫欧级电阻，其一端连接有滑环变送器，另一端接地，所述的信号处理单元包含有热电势信号转化单元和曲轴转角信号处理单元，热电势信号转化单元对应连接滑环变送器，曲轴转角信号处理单元对应连接孔式增量编码器。在上述方案中，所述的曲轴适配器与曲轴自由端的端面配合并对中。在上述方案中，所述的曲轴适配器与信号引出单元的变送探头通过弹性联轴器进行联接，以减轻来自柴油机机体等部件的振动对热电势信号的干扰。在上述方案中，所述的弹性联轴器两端设有抱剎螺钉锁紧机构。在上述方案中，所述的热电势信号转化单元按照信号处理顺序，依次包含有信号调理电路、信号放大电路和A/D转换电路。在上述方案中，所述的曲轴转角信号处理单元按照信号处理顺序，依次包含有放大整形电路、脉冲转换电路和角度置零及累加电路。
本发明采用的磨损信号引出单元，通过引出曲轴与轴瓦因热电偶效应而产生的电信号，从而监测主轴承内部温度的变化。由于温度的变化与摩擦的剧烈程度直接相关，因而能够实时精确地监测主轴承的磨损状态，为船用柴油机主轴承的稳定高效运行提供了有效的保护手段。通过将异常的热电势信号与对应的发火缸位即轴承位置结合分析，可以直接判断出故障轴承的位置。这无疑保障了柴油机的安全运行、节约了维修时间和人力成本、创造了社会效益。本发明的工作原理
根据摩擦副之间润滑膜的形成原理和特征，润滑状态可以分为(a)流体动压润滑；(b)流体静压润滑；(C)弹性流体动压润滑；(d)边界润滑；(e)干摩擦状态等五种基本类型。对于实际机械中的摩擦副，通常总是处于几种润滑状态同时存在的混合润滑状态。主轴承不同的磨损状态对应于不同的油膜厚度，不同的油膜厚度又决定了主轴承与轴颈间不同的摩擦强度，不同的摩擦强度又意味着不同的机械能损耗，损耗的机械能转化为热能使·摩擦副的温度升高；根据塞贝克热电效应理论，凡是两种不同的接触金属都可以构成热电偶——这样由于相互的接触，主轴承与曲轴构成热电偶的两个电极，产生了热电效应。热电信号强度的变化反映了摩擦副温度的变化，摩擦副的温度表明摩擦的强度等级，从热电信号的变化规律能够准确判断主轴承的磨损程度。由热电偶的工作机理，产生热电势的原因有温度差、密度差和逸出功差(可达数十毫伏)。由温度差产生的电势又叫汤姆逊电势，对同种匀质金属导体A，设两端温度为T1 (工
作端)，T2 (参比端)，且1\ > T2，则温差电势EjTvT:)为:
权利要求
1.船用柴油机滑动主轴承磨损监测装置，其特征在于包括有安装在曲轴自由端上的唯一曲轴适配器，曲轴适配器依次连接有信号引出单元、信号处理单元和信号分析单元，其中，所述的信号引出单元包括有与曲轴适配器联结的变送探头，变送探头并联有孔式增量编码器和滑环变送器，信号引出单元还包括一个毫欧级电阻，其一端连接有滑环变送器，另一端接地，所述的信号处理单元包含有热电势信号转化单元和曲轴转角信号处理单元，热电势信号转化单元对应连接滑环变送器，曲轴转角信号处理单元对应连接孔式增量编码器。
2.如权利要求I所述的船用柴油机滑动主轴承磨损监测装置，其特征在于所述的曲轴适配器与曲轴的自由端端面配合并对中。
3.如权利要求I或2所述的船用柴油机滑动主轴承磨损监测装置，其特征在于所述的曲轴适配器与信号引出单元的变送探头通过弹性联轴器进行联接。
4.如权利要求3所述的船用柴油机滑动主轴承磨损监测装置，其特征在于所述的弹性联轴器两端设有抱剎螺钉锁紧机构。
5.如权利要求I所述的船用柴油机滑动主轴承磨损监测装置，其特征在于所述的热电势信号转化单元按照信号处理顺序，依次包含有信号调理电路、信号放大电路和A/D转换电路。
6.如权利要求I所述的船用柴油机滑动主轴承磨损监测装置，其特征在于所述的曲轴转角信号处理单元按照信号处理顺序，依次包含有放大整形电路、脉冲转换电路和角度置零及累加电路。
7.采用权利要求1-6所述的船用柴油机滑动主轴承磨损监测方法，其特征在于，按照如下步骤进行 利用曲轴适配器对曲轴与轴瓦产生的热电势信号以及曲轴转角信号进行收集，并传递给变送探头； 变送探头同时将热电势信号传递给滑环变送器，将曲轴转角信号传递给孔式增量编码器； 由热电势信号转化单元对滑环变送器传送来的热电势信号进行处理，其中，依次经过信号调理电路、信号放大电路和A/D转换电路，将热电势信号转化为数字信号； 由曲轴转角信号处理单元对孔式增量编码器送来的曲轴转角信号进行处理，依次经过放大整形电路、脉冲转换电路和角度置零及累加电路，将曲轴转角信号转化为数字信号； 由信号分析单元对经过处理的热电势信号和曲轴转角信号进行对比，由于每一瞬时热电势信号的来源对应整段曲轴的轴承，曲轴转角转到不同角度对应不同发火缸的轴承，将异常的热电势信号与对应的曲轴转角角度结合分析，可以判断出故障轴承的位置。
全文摘要
本发明提供一种实时精确地掌握船用柴油机滑动主轴承磨损或故障状态的船用柴油机滑动主轴承磨损监测装置及方法。包括有安装在曲轴自由端端面上的曲轴适配器，曲轴适配器依次连接有信号引出单元、信号处理单元和信号分析单元，其中，所述的信号引出单元包括有变送探头，变送探头并联有孔式增量编码器和滑环变送器，所述的信号处理单元包含有热电势信号转化单元和曲轴转角信号处理单元，以及采用上述装置，进行采集分析热电势信号和曲轴转角信号的方法。本发明装置能够实时精确地监测主轴承的磨损状态，可以直接判断出故障轴承的位置，保障了柴油机的安全运行、节约了维修时间和人力成本。
文档编号G01M13/04GK102840983SQ20121027672
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月6日 优先权日2012年8月6日
发明者杨建国, 朱军, 余永华 申请人:武汉理工大学
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