[发明专利]一种塑料瓦推力轴承膜厚及形变分布超声同步检测方法

说明书

本发明公开了一种塑料瓦推力轴承膜厚及形变分布超声同步检测方法。利用润滑膜层的厚度信息和塑料瓦推力轴承涂覆层的形变信息反映在超声波在塑料瓦推力轴承与润滑层界面反射信号的不同特征中的特点，分别利用超声波相位膜厚测量法和超声波飞行时间形变测量法获得塑料瓦推力轴承测点处的膜厚和形变信息，实现塑料瓦推力轴承膜厚和形变分布的同步测量，可为塑料瓦推力轴承润滑机理的揭示提供有效的检测手段，同时为大型塑料瓦推力轴承运行状态的监测提供优良的在线监测手段。

技术领域

本发明属于润滑状态检测技术领域，具体涉及一种塑料瓦推力轴承膜厚及形变分布超声同步检测方法。

背景技术

推力轴承具有运转精度高、承受冲击载荷大、使用寿命长等特点，特别适用于高速、精密、重载等场合，因而应用十分广泛，尤其在大型火电、水电发电机组、核电站主循环泵等重要设备中已成为关键核心部件之一。对于推力轴承来说，为了改善其摩擦性能，通常在轴瓦表面浇筑有一层耐磨材料。新型高分子复合材料如聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK) 由于具有许用单位压力高、摩擦系数小、耐磨耐腐蚀性能好的特点，目前已逐渐取代传统巴士合金作为推力轴承表面涂覆材料，并在大型水轮发电机组中获得了很好的工程应用效果。

塑料瓦特殊的弹性结构和与金属材料不同的高分子瓦面材料，不仅给该类型塑料瓦轴承的工程应用带来了很多优势，但也给其润滑理论和应用带了很多新课题。例如高分子聚合物材料表面粘附性不强导致的表面滑移现象、弹性模量较低导致的弹性变形复杂以及导热性很差导致的热变形不规律等。这些特性导致塑料瓦轴承的润滑膜机理与传统金属轴承大不相同，变得十分复杂。尽管该新型塑料瓦轴承自1969年首次出现至今，已有近五十年的历史，但其润滑机理还未得以真正掌握，在工程应用中塑料瓦烧瓦引发的恶性事故还时有发生。葛洲坝、大化等电站在机组起动过程中已发生塑料瓦烧瓦的恶性事故，黄河小浪底水利枢纽则发生起动时由塑料瓦引发的机组振动事故。

塑料瓦推力轴承的润滑机理理论研究的局限性呼唤实验检测的补充与验证。目前，对于塑料瓦推力轴承的润滑机理研究多以理论仿真为主，国内外已有较多理论模型用于分析该类新型推力轴承在不同结构和不同工况下的润滑性能，并获得了一些非常有趣的结果。例如：当推力轴承承受较大压力时，表征推力轴承润滑性能的关键参数—润滑膜厚度分布在出油口出现类似于经典弹流润滑情况下的“颈缩”现象。但由于缺乏有效的检测手段，这些有趣的现象暂未得到实验证实。此外，在理论研究中通常存在一些假设条件并对实际情况做了部分简化，无疑会引入偏差，理论模型的准确性尚需实验检测的验证。因此，发展一种在线检测方法，能够用于对塑料瓦轴承的润滑理论研究进行实验验证和补充，其意义是十分明显的。

润滑机理的复杂性需要实验检测提供多维信息。传统巴氏合金瓦推力轴承由于具有较大的弹性模量，在实际运行过程中可以认为是刚性或者有轻微弹性变形，而塑料瓦推力轴承由于具有青铜丝网层和塑料涂覆层，是一种特殊的弹性结构，其在实际运行中与传统巴氏合金瓦推力轴承最大的区别是会发生明显的弹性变形，运行中的膜厚分布是流体动压和轴瓦弹性变形共同作用的结果。为了准确揭示该塑料瓦推力轴承的润滑机理，需要同时提供膜厚分布和弹性变形分布信息。

为了弥补现有技术的不足，本发明旨在提供一种能够同步实时检测塑料瓦推力轴承运行过程中表面弹性变形量和润滑膜厚分布的检测技术。本发明不仅可以为塑料瓦推力轴承润滑机理理论研究的实证与修正提供一种优良的检测手段，发展形成的相关检测技术也能够用于大型旋转设备润滑状态的实时监测，保障设备的安全可靠运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种塑料瓦推力轴承润滑膜厚度分布和弹性变形分布的超声同步检测方法，为塑料瓦推力轴承润滑机理理论研究的实证与修正提供一种优良的检测手段，同时可用于大型旋转设备润滑状态的实时监测，保障设备的安全可靠运行。

为了达到上述目的，一种塑料瓦推力轴承润滑膜厚度分布和弹性变形分布的超声同步检测方法，包括以下步骤：

步骤一：，在塑料瓦推力轴承瓦背的各优化测点位置嵌入式安装超声波传感器；