推力轴承油膜厚度测量系统的研制

　　1　引言

　　推力轴承是水轮发电机组的主要机械部件,它直接关系到机组运行的可靠性。为了合理选择大型水轮发电机组推力轴承的结构、参数,需要对推力轴承进行全面的试验研究[1]。在推力轴承的试验研究中,首先要解决的是推力瓦面与镜板之间润滑形成的油膜厚度的测量问题。

　　油膜厚度的测量方法有很多,如光干涉法、电涡流法及电容法等。光干涉法需要加反射棱镜,且目前振动、油膜散射问题无法解决;电涡流法因为推力瓦为绝缘体,所以此处无法应用;电容法由于润滑油的介电常数随温度变化,测量精度无法保证[2]。考虑到弹性金属塑料瓦结构、工况的特殊性,及弹性金属塑料瓦的瓦面随油膜压力的变化而变形,并且同一位置的油膜压力也随时变化,推力瓦与镜板间的油膜压力高达20 MPa,温度从常温可变到90℃,此处采用自己研制的光纤位移传感器来测量油膜厚度,并研制了精确的标定系统。

　　2　油膜厚度测量系统

　　主要技术指标如下:(1)测量范围:10~500μm; (2)测量精度:±5μm; (3)油质温度: 5~100℃;压力:<25 MPa;(4)在线测量,现场工控计算机处理、显示、打印测量信号。

　　2·1　光纤位移传感器

　　光纤位移传感器的原理如图2所示。半导体激光器发出的光通过发射光纤投射到推力瓦面上,由推力瓦面反射回的光一部分被接收光纤1和接收光纤2接收,两个接收光纤接收的能量比与油膜厚度具有某种函数关系。因此,测量出两个接收光纤接收的能量比,即可获知油膜的厚度。两个接收光纤接收的能量比与油膜厚度之间的函数关系可由标定装置标定后得到。

　　2·2　数据采集系统

　　光电转换器采用S1406,其内部带有放大器。采样保持器选用LF398,采样保持器的作用是为了保证测得的沿径向分布的4点油膜厚度信号(8路)是同一时刻的。ADAM5510是基于PC机的可编程式数据采集系统,带有4个I/O模块插槽、两个串行通讯端口(即RS-232和RS-485)。ADAM5017H是高速模拟量采集模块,ADAM5050是数字量输入输出模块。由内插在ADAM5510上的ADAM5050数字量输入输出模块控制采样保持器,以及采集推力瓦面对位系统接收部分的输出。由内插在ADAM5510上的ADAM5017H模块采集采样保持器的输出。无线收发模块采用SA68D22型无线数传模块,最远传输距离为15 km,无线收发模块与计算机间的信号交换是通过串行口RS-232来完成的。

　　2·3　推力瓦面对位系统

　　推力瓦面对位系统如图3所示。此处的推力瓦是均匀分布在同一平面上的12块瓦,我们要测量的是12块推力瓦面与镜板之间的油膜厚度,而非推力瓦面外与镜板之间的油膜厚度。本系统采用光电对管作为推力瓦面对位系统,其发射部分与接收部分之间的距离不超过2 cm。