一种船用涡轮增压器异常振动定位装置

技术领域

本发明涉及在线监测技术领域，特别是涉及一种船用涡轮增压器异常振动定位装置。

背景技术

摩擦纳米发电技术自2012年正式提出，采用摩擦纳米发电技术设计船用涡轮增压器振动在线监测装置，突破摩擦纳米发电技术在船用涡轮增压器方面的技术空白，实现纳米材料、传感领域同船舶与海洋工程领域的交叉融合及应用创新。

目前市场上尚无针对船用涡轮增压器的专用振动传感器，普通的振动传感器仅能够检测其振动状态，通过振动信号的数据提取、二次或多次转换才能够确定涡轮增压器的异常振动情况，对船用涡轮增压器异常振动的故障诊断迟滞性过于严重，是船舶自动化、智能化发展的一个障碍点。同时，现有传感器需要外接电源提供能量，布置复杂、不便安装。现有的涡轮增压器异常振动不容易定位，且振动方向等情况不易检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种船用涡轮增压器异常振动定位装置，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种船用涡轮增压器异常振动定位装置，包括设置在转子轴外侧的支撑壳体，所述转子轴在支撑壳体两端连接有轴承和密封端盖，所述转子轴在两个轴承之间可拆卸连接有轴套，所述支撑壳体的内壁上可拆卸连接有弧形板以及两组限位板，所述弧形板与轴套对应设置；所述限位板设置在弧形板两侧，且所述限位板与轴承平行设置；所述支撑壳体内部设置有径向振动检测组件和轴向振动检测组件。

所述径向振动检测组件包括固定设置在弧形板内壁周向上的若干组弧形导电摩擦片组以及固定设置在轴套外侧且与导电摩擦片组对应设置的若干个弧形介电磨片，每组所述弧形导电摩擦片组包括若干个相邻但不接触的弧形导电摩擦片。

所述轴向振动检测组件包括固定设置在限位板上的若干个扇形导电摩擦片以及设置在轴套两侧的螺旋介电磨片，相邻所述扇形导电摩擦片同圆心但是不接触；所述弧形介电磨片和弧形导电摩擦片、扇形导电摩擦片和螺旋介电磨片均存在相互摩擦和分离两种状态。

优选的，所述螺旋介电磨片包括螺旋弹簧以及固定设置在螺旋弹簧最外一圈的螺旋柔性介电叶片，所述螺旋弹簧的每层圈体不接触，所述螺旋柔性介电叶片设置在靠近扇形导电摩擦片的一侧。

优选的，所述螺旋弹簧为螺旋圆锥弹簧，所述螺旋柔性介电叶片设置在螺旋圆锥弹簧截面大的一侧，所述螺旋圆锥弹簧截面小的一端与轴套固定连接。

优选的，所述限位板为圆环形结构，所述限位板的内径大于转子轴的外径。

优选的，所述支撑壳体上下两端对称设置有支撑杆。

优选的，所述弧形导电摩擦片和螺旋介电磨片均为柔性介电磨片，且柔性介电磨片为聚四氟乙烯或硅胶；柔性介电磨片外表面敷设有纳米结构。

优选的，还包括信号处理单元，所述弧形介电磨片、弧形导电摩擦片、扇形导电摩擦片和螺旋介电磨均与信号处理单元电性连接，所述信号处理单元用于将电信号转换为所述涡轮增压器转子轴振动状况。

本发明公开了以下技术效果：本发明通过径向振动检测组件和轴向振动检测组件检测转子轴径向和轴向的振动情况，实时在线监测涡轮增压器转子振动状态，通过自身电信号改变情况准确判断异常振动发生的周向位置，立体化监测涡轮增压器振动状态，解决了传统振动传感器对故障诊断的严重迟滞性问题；延长船用涡轮增压器及柴油机的使用寿命、提高可靠性，对船舶智能化发展具有重要意义。本发明具有自供能的优点，无需外接电源，结构简洁、便于布置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明异常振动定位装置结构示意图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3为本发明弧形板展开图；

图4为本发明限位板结构示意图；

图5为本发明螺旋介电磨片结构示意图；

图6为信号发生示意图；

图7为异常振动发生示意图；

其中，1为转子轴，2为支撑壳体，3为轴承，4为密封端盖，5为轴套，6为弧形板，7为限位板，8为弧形介电磨片，9为弧形导电摩擦片，10为扇形导电摩擦片，11为螺旋介电磨片，111为螺旋弹簧，112为螺旋柔性介电叶片，12为支撑杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-7，本发明提供一种船用涡轮增压器异常振动定位装置，涡轮增压器包括转子轴1，包括设置在转子轴1外侧的支撑壳体2，所述转子轴1在支撑壳体2两端连接有轴承3和密封端盖4，所述转子轴1在两个轴承3之间可拆卸连接有轴套5，涡轮增压器转子轴同心固定套接，随转子轴同步转动。所述支撑壳体2的内壁上可拆卸连接有弧形板6以及两组限位板7，所述弧形板6与轴套5对应设置；所述限位板7设置在弧形板6两侧，且所述限位板7与轴承3平行设置。

所述支撑壳体2内部设置有径向振动检测组件和轴向振动检测组件；通过径向振动检测组件和轴向振动检测组件检测转子轴1的径向和轴向的振动情况。

所述径向振动检测组件包括固定设置在弧形板6内壁周向上的若干组弧形导电摩擦片组以及固定设置在轴套5外侧且与导电摩擦片组对应设置的若干个弧形介电磨片8，每组所述弧形导电摩擦片组包括若干个相邻但不接触的弧形导电摩擦片9；弧形导电摩擦片组和弧形介电磨片8的数量相同，通过多组弧形介电磨片8对转子轴同一位置的振动情况进行检测。

所述轴向振动检测组件包括固定设置在限位板7上的若干个扇形导电摩擦片10以及设置在轴套5两侧的螺旋介电磨片11，相邻所述扇形导电摩擦片10同圆心但是不接触；所述弧形介电磨片8和弧形导电摩擦片9、扇形导电摩擦片10和螺旋介电磨片11均存在相互摩擦和分离两种状态。

参照图6和图7当涡轮增压器转子轴1出现异常振动，转子轴1产生径向跳动，转子轴1轴心与支撑壳体2之间径向距离发生变化，进而导致弧形介电磨片8和弧形导电摩擦片9之间接触面积发生变化，进一步导致输出电信号(主要是电压信号)发生变化，该径向距离与输出电信号之间呈线性关系：该径向距离变小处弧形介电磨片8和弧形导电摩擦片9之间接触面积变大，感应电荷量增加，产生的电信号变大；该径向距离变大时弧形介电磨片8和弧形导电摩擦片9之间接触面积变小，感应电荷量减小，产生的电信号变小。信号处理单元将该电信号转换为涡轮增压器转子轴振动状况，实时判断涡轮增压器转子轴振动发生情况及周向位置。

当涡轮增压器转子轴1出现异常振动，转子轴1产生轴向振动时，两侧的扇形导电摩擦片10和螺旋介电磨片11之间的距离增大或者减小，扇形导电摩擦片10和螺旋介电磨片11的接触面积增大或者减小，产生的电信号发生变化，从而反映出涡轮增压器转子轴振动状况，实时判断涡轮增压器转子轴振动发生情况及周向位置。

进一步优化方案为，所述螺旋介电磨片11包括螺旋弹簧111以及固定设置在螺旋弹簧111最外一圈的螺旋柔性介电叶片112，所述螺旋弹簧111的每层圈体不接触，所述螺旋柔性介电叶片112设置在靠近扇形导电摩擦片10的一侧。所述螺旋弹簧111为螺旋圆锥弹簧，所述螺旋柔性介电叶片112设置在螺旋圆锥弹簧截面大的一侧，所述螺旋圆锥弹簧截面小的一端与轴套5固定连接。螺旋圆锥弹簧减小了占用空间，且可以产生轴向的变化，从而对转子轴1的周向振动进行检测。

进一步优化方案，所述限位板7为圆环形结构，所述限位板7的内径大于转子轴1的外径，转子轴1不会影响限位板1。

进步优化方案，所述支撑壳体2上下两端对称设置有支撑杆12，用于支撑整个振动监测装置。

所述弧形导电摩擦片9和螺旋介电磨片11均为柔性介电磨片，且柔性介电磨片为聚四氟乙烯或硅胶；柔性介电磨片外表面敷设有纳米结构。为了增强电信号输出量，在导电摩擦片的表面分布有纳米或者次纳米量级的微结构，该微结构优选为纳米管，纳米颗粒，纳米线，纳米沟槽，纳米棒，纳米锥，纳米球，微米沟槽以及由前述结构形成的阵列，特别是由纳米线、纳米棒或者纳米管的纳米阵列，可以通过光刻蚀，等离子刻蚀等方法制备的线状、立方体或者四棱锥形状的阵列，阵列中每个这种单元的尺寸在纳米到微米量级，只要不影响电极膜的机械强度，具体微结构的单元尺寸和形状不应限制本发明的范围。

还包括信号处理单元，所述信号处理单元，包括信号输入接口、数字信号转换器、数据处理器、数据存储器、信号输出接口，将输入电信号(主要是电压信号)经过算法程序处理后输出至计算机显示屏，所述弧形介电磨片8、弧形导电摩擦片9、扇形导电摩擦片10和螺旋介电磨均与信号处理单元电性连接，所述信号处理单元用于将电信号转换为所述涡轮增压器转子轴1振动状况，实时判断涡轮增压器转子轴振动发生情况及周向位置。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明，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发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。