[发明专利]滑动推力轴承推力负荷的测量装置、方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于滑动推力轴承运行状态监测领域，具体涉及一种滑动推力轴承推力负荷的测量装置和方法。

背景技术

滑动推力轴承（以下简称推力轴承）在旋转机械的应用领域有船舶推进系统、水轮发电机组、火力发电机组和水泵机组等，其基本功能是承载和传递推力负荷。推力轴承的设计依据是流体动压润滑理论，通常按照满负荷工况并考虑一定的承载力储备进行设计。但理论设计计算都是在一定的假设基础上完成的，不可能将实际发生的所有可能因素都包括在内。因此，推力轴承推力负荷的测量非常重要。

在推力轴承的运行状态监测系统中，监测参数主要是润滑油膜压力、温度和厚度等（如CN102967462A），对推力轴承的推力负荷并没有给与积极关注，也缺乏实用的测量方法。推力轴承推力负荷的测量一方面可以为设计人员提供真实数据，有利于设计方法的改进，另一方面可以实时监测推力轴承的负荷状态，为工业生产和设备运行提供安全保障。

就船舶推进系统而言，推力轴承承载力必须与螺旋桨最大转速推力相匹配才能保障船舶的安全航行，但目前存在推力轴承承载力和螺旋桨推力的直接测量方法都缺失的两难局面，严重制约推进系统的高效设计。其中，螺旋桨推力是通过螺旋桨模型在试验水池、循环水槽或空泡水筒的敞水试验间接计算得到的，如果能解决推力轴承推力负荷的测量方法问题，就可以在推进系统中直接对实桨推力进行测量。

EP1967934B1公开一种推力轴承推力的液压测量系统，其通过在推力块和推力轴承壳体之间增设圆柱油缸，推力瓦支撑于圆柱油缸内的活塞上，活塞用液压油垫支持，液压油垫所需的压力通过配置一套液压系统提供，各圆柱油缸内液压油相互贯通形成一个连通器，由液压油垫压力与活塞总面积的乘积计算得到推力。这种液压式推力测量方案的基本原理很简单，但具体实现并非易事，一方面需要额外配置一套液压系统和漏油监测系统，另一方面活塞的密封非常关键，同时必须对活塞的行程加以限制，避免推力变化过程中推力环发生过大的刚体运动。总体看来，液压式测量系统的结构组成相对复杂，成本较高。US3828610同样公开一种液压式推力测量系统，其不足之处还包括需要对推力轴承的结构作较大的改动设计。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种推力轴承推力负荷的测量装置和方法，其通过在推力轴承的推力块保持架和推力轴承壳体之间设置电阻应变式测力计，从而实现直接对推力轴承的推力负荷进行电阻应变式测量。

为实现本发明的目的，按照本发明的一个方面，提供一种推力轴承推力负荷的测量装置，通过在推力轴承的推力块保持架和推力轴承壳体之间设置电阻应变式测力计，从而实现对所述推力轴承的电阻应变式测量，该测量装置包括：

环形垫板，其同轴套设在推力轴承的推力块保持架和推力轴承壳体之间，其外周端面沿周向开有多个径向孔，且各径向孔处对应的壳体相应开有与之相通的通孔，使得所述径向孔可与外部相通；

滑块，其可通过所述壳体上的通孔容置于所述环形垫板的径向孔中，并可从所述径向孔中经所述壳体上的通孔拔出于壳体外；

电阻应变式测力计，其容置于所述滑块中，一端与所述推力块保持架抵接；

推力轴承承载时，负荷通过所述推力块保持架上作用在所述电阻应变式测力计上，通过其内布置的多个电阻应变片感应上述作用力，即可测量得到所述推力轴承上承载的推力负荷。

进一步地，所述滑块与所述推力块保持架相对的一侧表面开有非贯通的圆柱腔，用于所述电阻应变式测力计容置于其中。

进一步地，所述滑块为楔形块，对应的所述环形垫板上的所述径向孔呈相应的楔形孔，使得所述滑块可相对此楔形孔移动，从而便于所述滑块从所述环形孔中插入或拔出。

进一步地，所述滑块与所述推力块保持架相对的一侧表面是平面，相对的另一侧表面是斜平面，截面是燕尾形，一侧端面开有与所述圆柱腔贯通的通孔，作为电阻应变式测力计的导线引出孔。

进一步地，所述电阻应变式测力计包括钢圆筒、密封结构和多个电阻应变片，其中钢圆筒的上端部是承载区，用于与所述推力块保持架抵接，中部空腔内壁上对称粘贴有多个电阻应变片，用于通过承载区的变形感应所述推力负荷，各电阻应变片的连接有导线并通过设置在所述钢圆筒外周的密封结构上的开孔引出到与所述圆柱腔贯通的通孔。

按照本发明的另一方面，提供一种推力轴承推力负荷的测量方法，其通过电阻应变测量方式实现对推力轴承推力负荷的测量，该测量方法具体包括：