[发明专利]水润滑轴承磨损状态检测传感装置及监测系统

说明书

本发明公开了一种轴承的磨损状态检测传感设备及监测系统，技术方案包括多根橡胶轴瓦条组成的橡胶轴瓦，至少一根橡胶轴瓦条内埋装有光纤光栅传感单元，所述光纤光栅传感单元包括沿轴向埋装在所述橡胶轴瓦条内的毛细管和前端穿过毛细管后向上弯曲的光纤，所述光纤的前端设有光栅，所述光栅垂直于所述橡胶轴瓦条待测点的磨擦面；所述光纤为聚酰亚胺涂覆的耐高温光纤，所述光栅为均匀光纤布拉格光栅或线性啁啾光纤布拉格光栅。所述监测系统至少包括所述检测传感装置、光开关、耦合器、宽带光源、光电探测器、采集卡、数据采集控制系统和报警控制系统。本发明系统简单、可靠好、使用寿命长、灵敏性好、可实现线连续实时磨损监测。

技术领域

本发明涉及一种轴承的磨损状态检测传感设备及监测系统。

背景技术

目前，船舶艉部使用的水润滑橡胶轴承，由于不能实时了解其工作状态，有时甚至损坏也无从知晓，只有上岸拆卸艉轴才能知道轴承是否损坏，这给橡胶轴承的维护和保养带来了极大不便和浪费。设计开发水润滑橡胶轴承磨损状态监测系统，对橡胶轴瓦条的磨损状态进行实时连续在线监测，分析橡胶轴承的工作特性，对增强水润滑轴承的功能，提高使用寿命以及降低维修成本具有重要经济意义。

目前，光纤等传感技术在橡胶制品、机械滑动轴承等装置上已有应用。现有技术(美国专利公开号US007432821B1)，在船舶艉轴承中嵌入光纤，利用光纤的透射检测原理进行轴承内测的磨损监测，结构相对复杂，生产难度大、安装维护不便。现有技术(美国专利公告号US008790074B2)，在燃气涡轮发动机定子内表面嵌入光纤布拉格光栅(FBG)传感器，利用FBG传感器被磨损破坏，不能检测到相应光纤光栅的中心波长λ_B，实现磨损位置监测，其只能检测磨损发生的有无，并不能检测磨损量状态，更不能实现实时监测。

现有技术(中国专利申请号CN201910072961)，在滑动轴承的轴瓦预留的检测孔中安装光纤光栅传感器进行磨损量，由于需要通过分析光栅磨损过程中的光谱变化特征，因此需要时间进行解调，只能每隔30秒解调出一次光纤光栅磨损量，并不是真正意义上的实时在线测量。并且，从图中可以看到，预留的检测孔设置在相邻两个轴瓦之间，如果是橡胶材料，则这种开孔形式会破坏橡胶轴瓦的支承性能，另一方面，实际生产过程中，橡胶材质的轴瓦在经过高温处理，冷却过程中预留的检测孔会发生收缩变形，存在难以安装传感器，甚至发生位置改变的问题；而若在模压硫化时直接复合光纤，则受高温工艺条件影响，植入成功率低，并且橡胶产品高温模压成型后，具有较高的收缩率，橡胶轴瓦条中沿着轴向植入的光纤，因材料差异，收率较小，因此，橡胶轴瓦条高温模压轴向植入耐高温的特种光纤后，光纤轴向布置的长度比径向布置的长度大很多，橡胶轴瓦条基体和光纤的收缩率差异较大，致使光纤容易断裂。

综上所述，水润滑橡胶轴承中植入光纤进行磨损监测，主要存在以下难点：(1)用于监测的传感器不能破坏橡胶轴瓦的支承性能。(2)橡胶产品成型过程，存在高温或高压状态，光纤直接植入橡胶制品的成功率低。(3)轴承工作环境及传感器线路舾装环境恶劣，传感器及信号传输应考虑工作环境的影响。(4)难以实现线连续实时磨损监测。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种系统简单、可靠好、使用寿命长、灵敏性好、可实现线连续实时磨损监测的水润滑轴承磨损状态监测系统。

本发明还提供一种结构简单、密封性好、易于生产制造、不影响橡胶轴瓦的支承性能、使用寿命长、易于植入的用于上述监测系统的水润滑轴承磨损状态检测传感装置。

本发明水润滑轴承磨损状态检测传感装置，包括多根橡胶轴瓦条组成的橡胶轴瓦，至少一根橡胶轴瓦条内埋装有光纤光栅传感单元，所述光纤光栅传感单元包括沿轴向埋装在所述橡胶轴瓦条内的毛细管和前端穿过毛细管后向上弯曲的光纤，所述光纤的前端设有光栅，所述光栅垂直于所述橡胶轴瓦条待测点的磨擦面；所述光纤为聚酰亚胺涂覆的耐高温光纤，所述光栅为均匀光纤布拉格光栅或线性啁啾光纤布拉格光栅。

所述光栅的待摩擦部与所述橡胶轴瓦条的磨擦面平齐。