[發明專利]一種塑料瓦推力軸承膜厚及形變分布超聲同步檢測方法

在審

• 申請號: 202010056088.4
• 申請日: 2020-01-18
• 公開（公告）號: CN111089550A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 張凱;雷雨露;王瑛;唐勇;馮凱
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02;G01B17/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種塑料瓦推力軸承膜厚及形變分布超聲同步檢測方法。利用潤滑膜層的厚度信息和塑料瓦推力軸承涂覆層的形變信息反映在超聲波在塑料瓦推力軸承與潤滑層界面反射信號的不同特征中的特點，分別利用超聲波相位膜厚測量法和超聲波飛行時間形變測量法獲得塑料瓦推力軸承測點處的膜厚和形變信息，實現塑料瓦推力軸承膜厚和形變分布的同步測量，可為塑料瓦推力軸承潤滑機理的揭示提供有效的檢測手段，同時為大型塑料瓦推力軸承運行狀態的監測提供優良的在線監測手段。

技術領域

本發明屬于潤滑狀態檢測技術領域，具體涉及一種塑料瓦推力軸承膜厚及形變分布超聲同步檢測方法。

背景技術

推力軸承具有運轉精度高、承受沖擊載荷大、使用壽命長等特點，特別適用于高速、精密、重載等場合，因而應用十分廣泛，尤其在大型火電、水電發電機組、核電站主循環泵等重要設備中已成為關鍵核心部件之一。對于推力軸承來說，為了改善其摩擦性能，通常在軸瓦表面澆筑有一層耐磨材料。新型高分子復合材料如聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK) 由于具有許用單位壓力高、摩擦系數小、耐磨耐腐蝕性能好的特點，目前已逐漸取代傳統巴士合金作為推力軸承表面涂覆材料，并在大型水輪發電機組中獲得了很好的工程應用效果。

塑料瓦特殊的彈性結構和與金屬材料不同的高分子瓦面材料，不僅給該類型塑料瓦軸承的工程應用帶來了很多優勢，但也給其潤滑理論和應用帶了很多新課題。例如高分子聚合物材料表面粘附性不強導致的表面滑移現象、彈性模量較低導致的彈性變形復雜以及導熱性很差導致的熱變形不規律等。這些特性導致塑料瓦軸承的潤滑膜機理與傳統金屬軸承大不相同，變得十分復雜。盡管該新型塑料瓦軸承自1969年首次出現至今，已有近五十年的歷史，但其潤滑機理還未得以真正掌握，在工程應用中塑料瓦燒瓦引發的惡性事故還時有發生。葛洲壩、大化等電站在機組起動過程中已發生塑料瓦燒瓦的惡性事故，黃河小浪底水利樞紐則發生起動時由塑料瓦引發的機組振動事故。

塑料瓦推力軸承的潤滑機理理論研究的局限性呼喚實驗檢測的補充與驗證。目前，對于塑料瓦推力軸承的潤滑機理研究多以理論仿真為主，國內外已有較多理論模型用于分析該類新型推力軸承在不同結構和不同工況下的潤滑性能，并獲得了一些非常有趣的結果。例如：當推力軸承承受較大壓力時，表征推力軸承潤滑性能的關鍵參數—潤滑膜厚度分布在出油口出現類似于經典彈流潤滑情況下的“頸縮”現象。但由于缺乏有效的檢測手段，這些有趣的現象暫未得到實驗證實。此外，在理論研究中通常存在一些假設條件并對實際情況做了部分簡化，無疑會引入偏差，理論模型的準確性尚需實驗檢測的驗證。因此，發展一種在線檢測方法，能夠用于對塑料瓦軸承的潤滑理論研究進行實驗驗證和補充，其意義是十分明顯的。

潤滑機理的復雜性需要實驗檢測提供多維信息。傳統巴氏合金瓦推力軸承由于具有較大的彈性模量，在實際運行過程中可以認為是剛性或者有輕微彈性變形，而塑料瓦推力軸承由于具有青銅絲網層和塑料涂覆層，是一種特殊的彈性結構，其在實際運行中與傳統巴氏合金瓦推力軸承最大的區別是會發生明顯的彈性變形，運行中的膜厚分布是流體動壓和軸瓦彈性變形共同作用的結果。為了準確揭示該塑料瓦推力軸承的潤滑機理，需要同時提供膜厚分布和彈性變形分布信息。

為了彌補現有技術的不足，本發明旨在提供一種能夠同步實時檢測塑料瓦推力軸承運行過程中表面彈性變形量和潤滑膜厚分布的檢測技術。本發明不僅可以為塑料瓦推力軸承潤滑機理理論研究的實證與修正提供一種優良的檢測手段，發展形成的相關檢測技術也能夠用于大型旋轉設備潤滑狀態的實時監測，保障設備的安全可靠運行。

發明內容

本發明的目的在于提供一種塑料瓦推力軸承潤滑膜厚度分布和彈性變形分布的超聲同步檢測方法，為塑料瓦推力軸承潤滑機理理論研究的實證與修正提供一種優良的檢測手段，同時可用于大型旋轉設備潤滑狀態的實時監測，保障設備的安全可靠運行。

為了達到上述目的，一種塑料瓦推力軸承潤滑膜厚度分布和彈性變形分布的超聲同步檢測方法，包括以下步驟：

步驟一：，在塑料瓦推力軸承瓦背的各優化測點位置嵌入式安裝超聲波傳感器；