阅读说明：本技术 一种水轮机主轴密封件监测系统 (Monitoring system for main shaft sealing element of water turbine ) 是由 杨俊� 李建清 靳帅 陈千千 于 2020-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及监测装置领域,公开了一种水轮机主轴密封件监测系统,包括用于对水轮机主轴进行密封的密封件,还包括用于监测密封件磨损情况的机械监测机构和电子监测机构。其能同时兼顾实地机械监测以及远程电子监测,两者协同配合,既能实时在线监测,又能避免电子监测可能产生的多种问题,全方位避免水轮机主轴密封件过度磨损,及时提醒操作人员进行维护或更换。(The invention relates to the field of monitoring devices, and discloses a water turbine main shaft sealing element monitoring system which comprises a sealing element for sealing a water turbine main shaft, a mechanical monitoring mechanism for monitoring the abrasion condition of the sealing element and an electronic monitoring mechanism. It can compromise mechanical monitoring and long-range electronic monitoring on the spot simultaneously, and both cooperate, can real-time on-line monitoring, can avoid the multiple problem that electronic monitoring probably produced again, and the excessive wearing and tearing of hydraulic turbine main shaft seal spare are avoided to the all-round, in time reminds operating personnel to maintain or change.)

一种水轮机主轴密封件监测系统

技术领域

本发明涉及监测装置领域，具体而言，涉及一种水轮机主轴密封件监测系统。

背景技术

按照立式水轮发电机检修技术规程DL/T 817-2014的要求，需对水轮发电机组主轴密封情况进行定期检查测量。目前，在电站实际运行过程中，检修周期普遍为一年每次，多采用机械班检修人员对主轴密封开盖人工手动测量、统计和分析。但由于该项工作强度大，工作手续复杂，安装精度要求高，属于精细作业，且作业人员业务技能原因造成安装工艺差别大，不利于机组长期稳定运行，而每次测量都需要在流程上耗费巨大的人力和时间，也不符合无人值班“少人值守”和智慧电厂建设的相关要求，该方式还存在如下弊端，一方面，由于不同人员测量，在测量的位置及测量结果的读取上会存在较大的偏差，无法公正客观的反映实际情况，并且由于作业空间狭窄，存在一定的风险和隐患；另一方面，人工测量在拆卸和安装过程中会对设备整体的密封性产生影响，长此以往将严重影响设备运行的安全性。为了避免机械拆卸和安装造成的影响，目前，部分现有技术采用传感器进行监测，但传感器普遍设置在设备机械结构上，当密封件发生磨损、部件之间配合关系转变、设备机械结构之间的位置发生细微变化时，将大幅降低传感器的监测精度，导致传感器无法与机械结构形成良好的配合，并且传感器普遍应用于远程监测，无法及时与实地操作工人进行沟通，延误实地操作人员对设备进行第一时间的处理，监测过程中也无法避免会出现信号错误、误报、断线等问题。

鉴于此特提出本申请。

申请内容

本发明的目的在于提供一种水轮机主轴密封件监测系统，其能同时兼顾实地机械监测以及远程电子监测，两者协同配合，既能实时在线监测，又能避免电子监测可能产生的多种问题，全方位避免水轮机主轴密封件过度磨损，及时提醒操作人员进行维护或更换。

本申请的实施例通过以下技术方案实现：

一种水轮机主轴密封件监测系统，包括用于对水轮机主轴进行密封的密封件，还包括用于监测密封件磨损情况的机械监测机构和电子监测机构。

进一步地，所述机械监测机构包括与水轮机主轴侧壁套接的抗磨环以及套装在水轮机主轴上的浮动筒，所述浮动筒与水轮机主轴转动且滑动配合，浮动筒与外部环境连接，浮动筒与抗磨环之间通过密封件密封，所述机械监测机构还包括用于指示浮动筒沿水轮机主轴轴向移动距离的指示组件。

进一步地，浮动筒能够在自身重力作用下沿水轮机主轴下滑，所述指示组件包括多个指示件和多个参照件，多个指示件与多个参照件一一对应，多个参照件均与外部环境连接，多个参照件均沿浮动筒轴向设有刻度线，多个所述指示件设于浮动筒上，并与对应的参照件的刻度线仅沿浮动筒轴向配合。

进一步地，所述浮动筒外侧壁套装有密封盖，密封盖外侧壁与外部环境连接并密封，密封盖内侧壁与浮动筒外侧壁相匹配，多个所述参照件均设于密封盖远离抗磨环的一侧。

进一步地，所述浮动筒沿径向切分为多个圆心角相同的柱面部，多个柱面部的相同位置分别设有一个指示件，多个所述参照件均匀设于密封盖上，并分别与对应的指示件沿浮动筒轴向滑动连接。

进一步地，所述参照件为柱状，参照件沿浮动筒轴向设置，且一端与密封盖远离抗磨环的一侧连接，所述指示件开有与参照件滑动配合的导向孔。

进一步地，所述浮动筒外侧壁与密封盖接触处开有环槽，环槽内设有密封条，密封条与密封盖内侧壁挤紧密封。

进一步地，所述密封件底部开有喷水槽，所述浮动筒内设有水道，水道一端通过水泵与外部水源连通，另一端与所述喷水槽连通。

进一步地，所述电子监测机构包括多个位移传感器，多个位移传感器均与浮动筒连接，并沿浮动筒轴向设置，多个位移传感器的监测端均指向抗磨环，多个位移传感器共同连有一个PLC控制器，PLC控制器连有显示器，PLC控制器通过现地LCU连有上位机。

进一步地，所述位移传感器的数量为4个，并成十字形设置。

本发明提供的一种水轮机主轴密封件监测系统的有益效果是：

(1)通过设置密封件，对水轮机主轴进行密封，防止含有泥沙的水体进入水轮机内部，造成漏水和机械堵塞等情况，通过设置机械监测机构，通过机械配合对密封件的磨损情况进行直观监测，使现场操作人员能够第一时间直观的监测了解到密封件的磨损情况，从而进行应对措施；通过设置电子监测机构，远程且实时的对密封件的磨损情况进行监测，避免发生现场操作人员未及时意识到磨损状况的情况，现场人员可根据远程监测人员反馈的情况通过机械监测机构进行再确认，两者协同配合，全方位避免水轮机主轴密封件过度磨损。

(2)通过设置抗磨环，使其随水轮机主轴同步转动，通过设置浮动筒，使其与抗磨环从两侧将密封件压紧，从而实现转动工作的水轮机主轴的密封，通过设置密封件，在实现主轴密封的同时避免浮动筒与抗磨环之间的刚性接触和摩擦，在密封件持续磨损的过程中，浮动筒将在重力作用下逐渐靠近抗磨环，通过设置指示组件，对浮动筒靠近抗磨环的距离进行监测，从而通过该监测值间接监测抗磨环的磨损情况。

(3)通过设置指示件和参照件的配合，当密封件磨损、浮动筒在重力作用下下移时，指示件随浮动筒一同下移，从而使指示的刻度线的位置发生改变，从而通过刻度线确定浮动筒的下移距离，即密封件的磨损量。

(4)通过设置密封盖，将水轮机主轴端部密封的同时，为浮动筒沿主轴轴向的运动预留了空间，并且，密封盖的内环能够对浮动筒的外侧壁进行径向的限位，防止浮动筒发生径向摇晃和歪斜，从而影响密封效果。

(5)通过将多个参照件均设于密封盖远离抗磨环的一侧，使多个参照件裸露在密封机构之外，使用人员无需拆卸密封相关的机构即可对密封件份磨损情况进行直观监测，从而避免拆卸和安装时产生的安装偏差以及漏水隐患。

(6)通过设置浮动筒包括多个柱面部，从而使多个柱面部之间能够相对独立且均匀的挤压密封件，当主轴运行过程中，各个柱面部上对应的指示件和参照件将反应密封件在不同方位上的磨损情况，从而使现场的实用人员能够直观的根据不同位置的指示件判断该方位的密封件的磨损情况，以做出及时且合理的处理。

(7)通过设置指示件与对应的参照件滑动连接，在方便监测数据的同时，对浮动筒进行进一步限位，使浮动筒无法转动，防止浮动筒跟随主轴一同转动，从而无法根据指示件进行读数。

(8)通过设置喷水槽和水道，将洁净水源引入，从喷水槽以一定压力排出，从而在密封件与抗磨环之间形成向外流动的水膜，一方面将渗入的杂质冲开，稳定密封件的抗磨性能，另一方面在摩擦面形成水膜，能够有效降低磨损，提升密封件的使用寿命。

(9)通过设置位移传感器，且将其固定于浮动筒上，从而测量其监测端与抗磨环之间的距离，当浮动筒下移时，位置传感器与抗磨环之间的距离逐渐缩短，从而直接反应密封件的磨损量。通过设置多个位移传感器，对密封件不同方位上的磨损量进行监测，通过设置PLC控制器、现地LCU以及上位机，对多个位移传感器采集到的实时数据进行储存和分析，对磨损的趋势及时掌握，从而为机组的长期安全运行提供决策支撑。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例

请参照图1至图4，本实施例提供了一种水轮机主轴密封件监测系统，其包括用于对水轮机主轴进行密封的密封件10，还包括用于监测密封件10磨损情况的机械监测机构和电子监测机构。通过设置密封件10，对水轮机主轴进行密封，防止含有泥沙的水体进入水轮机内部，造成漏水和机械堵塞等情况，通过设置机械监测机构，通过机械配合对密封件10的磨损情况进行直观监测，使现场操作人员能够第一时间直观的监测了解到密封件10的磨损情况，从而进行应对措施；通过设置电子监测机构，远程且实时的对密封件10的磨损情况进行监测，避免发生现场操作人员未及时意识到磨损状况的情况，现场人员可根据远程监测人员反馈的情况通过机械监测机构进行再确认，两者协同配合，全方位避免水轮机主轴密封件过度磨损。

为了对机械监测机构做出进一步的解释，所述机械监测机构包括与水轮机主轴侧壁套接的抗磨环20以及套装在水轮机主轴上的浮动筒21，所述浮动筒21与水轮机主轴转动且滑动配合，浮动筒21与外部环境(例如机架、水轮机其他部分的结构等)连接，浮动筒21与抗磨环20之间通过密封件10密封，所述机械监测机构还包括用于指示浮动筒21沿水轮机主轴轴向移动距离的指示组件22。通过设置抗磨环20，使其与水轮机主轴套装并连接，使其随水轮机主轴同步转动；通过设置浮动筒21，并套装在水轮机主轴上，使其能够靠近抗磨环20，与抗磨环20从两侧将密封件10压紧，从而实现转动工作的水轮机主轴的密封，由于浮动筒21与外部环境连接，当主轴转动时，带动抗磨环20一同转动，与固定不转动的浮动筒21形成摩擦配合，从而对耗材密封件10进行持续的摩擦和磨损，在实现主轴密封的同时避免浮动筒21与抗磨环20之间的刚性接触和摩擦。在密封件10持续磨损的过程中，浮动筒21将在重力作用下逐渐靠近抗磨环20，通过设置指示组件22，对浮动筒21靠近抗磨环20的距离进行监测，从而通过该监测值间接监测抗磨环20的磨损情况。

需要说明的是，本实施例中，上述密封件10为设于浮动筒21底部或抗磨环20顶部的环形消耗件，可采用现有技术中的任意一种用于摩擦密封的消耗材质，其他实施例中，密封件10也可采用其他形状和结构。

需要说明的是，立式水轮机的主轴竖直设置，套装其上的浮动筒21能够在自身重力的作用下下滑，从而下压密封件10以实现密封。

为了对指示组件22做出进一步的解释，所述指示组件22包括多个指示件221和多个参照件222，多个指示件221与多个参照件222一一对应成对，多个参照件222均与外部环境连接，位置相对固定，多个参照件222均沿浮动筒21轴向设有刻度线2221，多个所述指示件221设于浮动筒21上，并与对应的参照件222的刻度线2221仅沿浮动筒21轴向配合。通过设置指示件221和参照件222的配合，当密封件10磨损、浮动筒21在重力作用下下移时，指示件221随浮动筒21一同下移，从而使指示的刻度线2221的位置发生改变，从而通过刻度线2221确定浮动筒21的下移距离，即密封件10的磨损量。

为了对水轮机主轴端部进行密封，并且对浮动筒21进行定位，所述浮动筒21外侧壁套装有密封盖23，密封盖23外侧壁与外部环境连接并密封，密封盖23内侧壁与浮动筒21外侧壁相匹配，多个所述参照件222均设于密封盖23远离抗磨环20的一侧。通过设置密封盖23，将水轮机主轴端部密封的同时，为浮动筒21沿主轴轴向的运动预留了空间，并且，密封盖23的内环能够对浮动筒21的外侧壁进行径向的限位，防止浮动筒21发生径向摇晃和歪斜，从而影响密封效果。通过将多个参照件222均设于密封盖23远离抗磨环20的一侧，使多个参照件222裸露在密封机构之外，使用人员无需拆卸密封相关的机构即可对密封件10份磨损情况进行直观监测，从而避免拆卸和安装时产生的安装偏差以及漏水隐患。

为了方便对比密封件10各个方向的磨损情况，所述浮动筒21沿径向切分为多个圆心角相同的柱面部211，多个柱面部211能够拼接为一个完整的圆筒形，多个柱面部的相同位置分别设有一个指示件221，多个所述参照件222均匀设于密封盖23上，并分别与对应的指示件221沿浮动筒21轴向滑动连接。通过设置浮动筒21包括多个柱面部211，从而使多个柱面部211之间能够相对独立但又(重量)均匀的挤压密封件10，当主轴运行过程中，各个柱面部211上对应的指示件221和参照件222将反应密封件10在不同方位上的磨损情况，从而使现场的实用人员能够直观的根据不同位置的指示件221判断该方位的密封件10的磨损情况，以做出及时且合理的处理。通过设置指示件221与对应的参照件222滑动连接，在方便监测数据的同时，对浮动筒21进行进一步限位，使浮动筒21无法转动，防止浮动筒21跟随主轴一同转动，从而无法根据指示件221进行读数。需要说明的是，密封盖23的内环能够对多个柱面部211沿径向进行挤紧固定。

为了对指示组件22做出进一步的解释，所述参照件222为柱状，参照件222沿浮动筒21轴向设置，且一端与密封盖23远离抗磨环的一侧连接，所述指示件221开有与参照件222滑动配合的导向孔2211，参照件222伸入对应的指示件221的导向孔2211内。

为了提升密封盖23与浮动筒21之间的密封性，所述浮动筒21外侧壁与密封盖23接触处开有环槽212，环槽212内设有密封条213，密封条213与密封盖23内侧壁挤紧密封。

为了防止含有杂质且不洁净的水体渗入后，影响密封件10的抗磨性能(杂质进入摩擦面后会形成砂轮效应，使密封件10的抗磨性能降低)，所述密封件10底部开有喷水槽11，所述浮动筒21内设有水道24，水道24一端通过水泵与外部水源连通，另一端与所述喷水槽11连通。通过设置喷水槽11和水道24，将洁净水源引入，从喷水槽11以一定压力排出，从而在密封件10与抗磨环20之间形成向外流动的水膜，一方面将渗入的杂质冲开，稳定密封件10的抗磨性能，另一方面在摩擦面形成水膜，能够有效降低磨损，提升密封件10的使用寿命。

为了对电子监测机构进行进一步的解释，所述电子监测机构包括多个位移传感器30，多个位移传感器30均与浮动筒21连接，并沿浮动筒21轴向设置，多个位移传感器30的监测端均指向抗磨环20，多个位移传感器30共同连有一个PLC控制器40，PLC控制器40连有显示器41，PLC控制器40通过现地LCU42连有上位机43。通过设置位移传感器30，且将其固定于浮动筒21上，从而测量其监测端与抗磨环20之间的距离，当浮动筒21下移时，位置传感器30与抗磨环20之间的距离逐渐缩短，从而直接反应密封件10的磨损量。通过设置多个位移传感器30，对密封件10不同方位上的磨损量进行监测，通过设置PLC控制器40、现地LCU42以及上位机43，对多个位移传感器30采集到的实时数据进行储存和分析，对磨损的趋势及时掌握，从而为机组的长期安全运行提供决策支撑。

需要说明的是，上述位移传感器30、PLC控制器40、现地LCU42以及上位机43均采用本领域现有技术中常规采用的对应物品和机构，上述位移传感器30、PLC控制器40、现地LCU42以及上位机43之间的连接关系以及配合关系也均采用现有技术的连接和配合方式。

为了提升实用性，所述位移传感器30的数量为4个，并成十字形设置，分别设于X、-X、Y和-Y四个方向上，从而按照笛卡尔坐标系进行密封件10磨损量的监测。需要说明的是，本实施例中，对应地，浮动筒21分隔为四个均等的柱面部211，每个柱面部211的相同位置上设有一个位移传感器30。

综上所述，本发明提供了一种水轮机主轴密封件监测系统，其通过设置密封件，对水轮机主轴进行密封，防止含有泥沙的水体进入水轮机内部，造成漏水和机械堵塞等情况，通过设置机械监测机构，通过机械配合对密封件的磨损情况进行直观监测，使现场操作人员能够第一时间直观的监测了解到密封件的磨损情况，从而进行应对措施；通过设置电子监测机构，远程且实时的对密封件的磨损情况进行监测，避免发生现场操作人员未及时意识到磨损状况的情况，现场人员可根据远程监测人员反馈的情况通过机械监测机构进行再确认，两者协同配合，全方位避免水轮机主轴密封件过度磨损。通过设置抗磨环，使其随水轮机主轴同步转动，通过设置浮动筒，使其与抗磨环从两侧将密封件压紧，从而实现转动工作的水轮机主轴的密封，通过设置密封件，在实现主轴密封的同时避免浮动筒与抗磨环之间的刚性接触和摩擦，在密封件持续磨损的过程中，浮动筒将在重力作用下逐渐靠近抗磨环，通过设置指示组件，对浮动筒靠近抗磨环的距离进行监测，从而通过该监测值间接监测抗磨环的磨损情况。通过设置指示件和参照件的配合，当密封件磨损、浮动筒在重力作用下下移时，指示件随浮动筒一同下移，从而使指示的刻度线的位置发生改变，从而通过刻度线确定浮动筒的下移距离，即密封件的磨损量。通过设置密封盖，将水轮机主轴端部密封的同时，为浮动筒沿主轴轴向的运动预留了空间，并且，密封盖的内环能够对浮动筒的外侧壁进行径向的限位，防止浮动筒发生径向摇晃和歪斜，从而影响密封效果。通过将多个参照件均设于密封盖远离抗磨环的一侧，使多个参照件裸露在密封机构之外，使用人员无需拆卸密封相关的机构即可对密封件份磨损情况进行直观监测，从而避免拆卸和安装时产生的安装偏差以及漏水隐患。通过设置浮动筒包括多个柱面部，从而使多个柱面部之间能够相对独立且均匀的挤压密封件，当主轴运行过程中，各个柱面部上对应的指示件和参照件将反应密封件在不同方位上的磨损情况，从而使现场的实用人员能够直观的根据不同位置的指示件判断该方位的密封件的磨损情况，以做出及时且合理的处理。通过设置指示件与对应的参照件滑动连接，在方便监测数据的同时，对浮动筒进行进一步限位，使浮动筒无法转动，防止浮动筒跟随主轴一同转动，从而无法根据指示件进行读数。通过设置喷水槽和水道，将洁净水源引入，从喷水槽以一定压力排出，从而在密封件与抗磨环之间形成向外流动的水膜，一方面将渗入的杂质冲开，稳定密封件的抗磨性能，另一方面在摩擦面形成水膜，能够有效降低磨损，提升密封件的使用寿命。通过设置位移传感器，且将其固定于浮动筒上，从而测量其监测端与抗磨环之间的距离，当浮动筒下移时，位置传感器与抗磨环之间的距离逐渐缩短，从而直接反应密封件的磨损量。通过设置多个位移传感器，对密封件不同方位上的磨损量进行监测，通过设置PLC控制器、现地LCU以及上位机，对多个位移传感器采集到的实时数据进行储存和分析，对磨损的趋势及时掌握，从而为机组的长期安全运行提供决策支撑。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。