CN106641045A - 联合循环电厂同步离合器的安全监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种联合循环电厂同步离合器的安全监测系统和方法，该系统包括监测装置和诊断装置，其中，监测装置包括：回油温度监测模块，用于监测离合器工作状态中的回油温度；中间件滑动过程监测模块，用于监测离合器脱开与啮合的中间件的滑动过程；扭矩监测模块，用于测量离合器主动件传递的扭矩；其中，所述监测装置将监测到的数据输出至所述诊断装置，所述诊断装置用于根据所述监测装置输出的数据对所述离合器的工作状态进行诊断。该系统能够对同步离合器的工作状态进行实时监测，及时发现异常，防止事故发生。

Description

联合循环电厂同步离合器的安全监测系统和方法

技术领域

本申请涉及同步离合器安全监测技术领域，尤其涉及一种联合循环电厂同步离合器的安全监测系统和方法。

背景技术

目前，随着西气东输工程的完善和国内发电机组节能环保的高要求，我国已经建设一大批“燃气—蒸汽”联合循环电站。在现有联合循环电厂机组轴系中，无论是单轴布置轴系还是多轴布置中的汽轮机轴系，大部分都配置有同步离合器，轴系结构如图1和图2所示。

对于单轴布置轴系来讲，同步离合器的设置能够让机组同时实现快速启停与能源的高效利用。如图1所示，燃气轮机与蒸汽轮机同轴布置，在发电机与蒸汽轮机之间设置有同步离合器。在机组启动期间，燃气轮机转速大于蒸汽轮机，蒸汽轮机处于脱开状态，燃气轮机单独运行进行快速启动，实现调峰功能。在燃气轮机启动稳定以后，再利用燃气轮机尾气能量产生蒸汽，推动蒸汽轮机运行，蒸汽轮机升速至3000rpm以后通过同步离合器与燃气轮机并车进行同轴做功，实现联合循环功能，提高能源的利用效率。

对于多轴布置中的汽轮机轴系，同步离合器的设置能够让机组在纯凝、抽凝、背压等方式下相互切换。如图2所示，在蒸汽轮机的高中压缸与低压缸之间配置同步离合器，当低压缸转速低于高中压缸时，低压缸脱开，高中压缸单独运行，中压缸排汽可以全部用来供热，实现机组的背压供热功能。当低压缸转速高于高中压缸时，低压缸会通过离合器与高中压缸啮合，实现同轴做功，提高纯凝和抽凝模式下能源的利用效率。

轴系中同步离合器的设置可以整体上提高能源的利用效率，产生了巨大的经济效益，但是对发电机组的安全运行也带来了诸多问题。某电厂因离合器的故障造成整个轴系无法正常运行，甚至造成运行机组的非计划停机，带来的损失不可估量。对于联合循环电厂的离合器来讲，目前正常的监测参数仅仅有离合器本身的脱开、啮合、锁定三种监测信号。第一，脱开、啮合、锁定三种信号仅为状态量，无法对离合器在脱开与啮合中的过程进行监测，如果在啮合与脱开的过程中发生故障，那么现有监测手段无法捕捉到故障信息。比如某电厂用高中压缸与低压缸的转速差判断离合器是否已经脱开，远方监测显示转速差大于50rpm，工作人员判定已经脱开。但实际上内部的滑动组件由于滑动受阻，虽然齿轮脱开，但是滑动组件并没有脱开到预定位，最终造成了动静齿轮碰磨，对设备造成了不可恢复的损坏。第二，在机组正常运行中，目前只有两侧轴瓦的振动监测信号，这是一个模拟量的输出，仅仅有振动数值，根本无法对内部出现的故障进行反映。某电厂在运行过程中，离合器螺旋花键发生胶合，导致回油温度上涨，但是由于没有在线测点针对离合器回油温度进行监测，故无法捕捉到这一信息。机组继续运行，最终导致离合器无法脱开，使设备产生了损坏。

综上，由于监测方面的不足，导致离合器出现故障以后，不能及时发现处理，最终离合器会在运行中损坏，比如齿轮断裂，齿轮胶合无法脱开等等。轻则导致设备损坏，重则在运行过程中导致机组停机，造成如无法挽回的经济损失。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本申请的一个目的在于提出一种联合循环电厂同步离合器的安全监测系统和方法，可以对同步离合器的工作状态进行实时监测，及时发现异常，防止事故发生。

为达到上述目的，本申请实施例提出的联合循环电厂同步离合器的安全监测系统，包括监测装置和诊断装置，其中，监测装置包括：回油温度监测模块，用于监测离合器工作状态中的回油温度；中间件滑动过程监测模块，用于监测离合器脱开与啮合的中间件的滑动过程；扭矩监测模块，用于测量离合器主动件传递的扭矩；其中，所述监测装置将监测到的数据输出至所述诊断装置，所述诊断装置用于根据所述监测装置输出的数据对所述离合器的工作状态进行诊断。

为达到上述目的，本申请实施例提出的联合循环电厂同步离合器安全监测方法，包括：监测离合器的运行数据，其中，运行数据包括：回油温度，中间件的轴向位移和主动件传递的扭矩；根据所述运行数据对所述离合器的工作状态进行诊断。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，通过针对同步离合器的故障类型，设置相关的现场监测装置，分别根据不同的工作状态数据进行诊断，能对设备的状态进行实时监控和提前预警，避免重大事故发生，具有不可估量的经济效益。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是带有同步离合器的单轴布置轴系的结构示意图；

图2是多轴布置中带有同步离合器的汽轮机轴系的结构示意图；

图3是本申请一实施例提出的联合循环电厂同步离合器的安全监测系统的结构示意图；

图4是本申请一具体实施例的温度传感器的安装位置示意图；

图5(a)图5(b)图5(c)分别是本申请一实施例的离合器啮合过程中三个不同位置的中间件位置示意图；

图6是本申请另一实施例的离合器的啮合过程曲线示意图；

图7是本申请一实施例的联合循环电厂同步离合器的安全监测系统的示意图；

图8是本申请一具体实施例的位移传感器的安装示意图；

图9是本申请一实施例提出的联合循环电厂同步离合器安全监测方法的流程示意图；

图10是本申请一具体实施例提出的联合循环电厂同步离合器安全监测方法的流程示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种联合循环电厂同步离合器的安全监测系统和方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都应当属于本申请保护的范围。

图3是本申请一实施例提出的联合循环电厂同步离合器的安全监测系统的结构示意图，如图3所示，该系统包括监测装置10和诊断装置20，所述监测装置10将监测到的数据输出至所述诊断装置20，所述诊断装置20用于根据所述监测装置10输出的数据对所述离合器A的工作状态进行诊断。其中，监测装置10包括：

回油温度监测模块11，用于监测离合器工作状态中的回油温度。具体地，回油温度监测模块11可针对离合器工作状态异常的回油温度进行监测。根据运行经验，如果离合器内部发生动静碰磨、齿轮或螺旋花键胶合等故障之后，回油温度会明显上升，两者有很好的对应关系。故通过监测回油温度，可以及时发现离合器的工作状态是否正常，并进一步采取处理措施。

中间件滑动过程监测模块12，用于监测离合器脱开与啮合的中间件的滑动过程。具体地，在离合器的啮合与脱开过程中，可以使用位移传感器对中间件进行脱开与啮合过程的全程测量，测量出来的中间件运动曲线与离合器在正常情况啮合的标准曲线(可以通过计算或者试验得到)进行对比分析。如果与标准曲线吻合度较好，则可认为离合器脱开或啮合过程正常。如果与标准曲线不能吻合，那么可以通过分析两条曲线的差别，来判断具体故障。

扭矩监测模块13，用于测量离合器主动件传递的扭矩。具体地，扭矩监测模块13可以对运行状态与工况切换的扭矩进行监测。在离合器的正常运行过程中，通常要求主动件传递的扭矩至少大于一个设定值(例如最大传递扭矩的10％)，以保证离合器始终处于正传动状态。如果传递扭矩小于这个设定值，会使得离合器的工作状态变得不稳定，需要发出报警信号。另外，在离合器的脱开、啮合过程中，都会使得主动件与从动件产生一定的扭矩冲击。离合器啮合、脱开时的机组运行参数会使得其产生的扭矩冲击不同。通过扭矩监测，可以监督并指导操作人员在合理的参数范围内进行操作，保证在离合器能够承受的扭矩冲击范围内进行，防止设备损坏。

本申请实施例的系统，针对同步离合器可能发生的每种故障提供了不同的监测手段，使电厂运行人员可以实时监测，对可能出现的问题或故障及时发现，及时处理，避免出现离合器突然失效而造成设备损坏和机组的事故停机。

根据本申请的一个实施例，回油温度监测模块11包括设置于离合器回油管道30中的温度传感器111，还可以通过固定套筒31进行固定，安装位置例如图4所示，采集到的温度信号经处理后传输到诊断装置20进行诊断。根据离合器厂家给定的温度范围，如果回油温度确实超过了厂家限定的温度范围，诊断装置20则发出报警信号，提醒运行人员及时进行离合器的故障查找与处理。如果回油温度在厂家限定的温度范围内，则继续进行监测。具体还可以在管道同一截面安装一个或多个温度传感器，最终取多个传感器的温度平均值作为测量值，取温度最高值作为参考值进行判定，可降低误差，提高准确率。

根据本申请的一个实施例，中间件滑动过程监测模块12包括设置于所述中间件侧面的轴向位移传感器121。其中，中间件滑动过程监测模块12可以根据实际情况设置在中间件的一侧。中间件滑动过程监测模块12还用于根据所述轴向位移传感器监测到的数据生成所述中间件的轴向位移曲线。所述诊断装置20包括：故障判断单元21，用于根据所述轴向位移曲线判断所述离合器的啮合或脱开过程是否异常；故障识别单元22，用于在啮合或脱开过程异常时，根据所述轴向位移曲线判断故障位置和故障类型。具体地，可以在离合器的中间件侧面安装轴向位移传感器121，对脱开和啮合过程中中间件的移动过程进行监测，并生成轴向位移曲线。所得位移曲线传输至诊断装置20，通过诊断，故障判断单元21判定啮合或脱开过程是否正常，如果测得的轴向位移曲线与预设的标准曲线吻合，则表示位移过程正常，如果不吻合则表示不正常，则故障识别单元22识别故障类型，提示运行人员进行处理。

举例而言，如图5(a)图5(b)图5(c)所示，离合器的啮合过程可分为两个阶段，第一个阶段是当主动件s(输入轴)转速大于从动件m(输出离合器环)时，如图5(a)所示，棘轮a与棘爪b啮合，中间件c(螺旋滑动部件)开始滑动，到棘轮a与棘爪b轴向脱开为止，如图5(b)所示，此时主动齿d与从动齿e尚未完全啮合，但是棘轮a与棘爪b已经卸载，此刻中间件c轴向滑动距离为D1；第二个阶段是棘轮a与棘爪b卸载以后，中间件c继续轴向滑动，直到滑动到输入轴上的死点位置，主动件d开始向从动件e传递扭矩，如图5(c)所示，啮合过程结束，此时中间件c的轴向滑动距离为D2。

举例而言，图6是中间件轴向移动的移动曲线的示意图，此处并非真实的移动曲线，而是假设其移动曲线为抛物线形。图中标注了三个点，点1为零点，如果测量的中间件位移过了零点，代表棘轮与棘爪已经接触并产生作用，中间件已经开始移动，如果没有过零点，代表棘轮棘爪没有正向接触，产生了故障。点2代表棘轮棘爪卸载时刻中间件轴向经过的位移，如果曲线经过了点2，证明棘轮棘爪卸载成功，主动齿与从动齿开始起作用，如果没有经历点2，证明主动齿与从动齿没有正常啮合，一般原因例如是两个齿没有对中，所以啮合不上。点3是中间件移动到最后死点的位置，如果曲线过了点2，但是未到点3，代表棘轮棘爪卸载以后，齿轮在轴向移动的过程中发生了卡涩，卡涩原因一般是主动齿和从动齿发生胶合，也可能是导向的螺旋花键发生了胶合。如果曲线正常通过了点3，证明啮合过程正常。上述诊断过程的逻辑框图如图7所示。脱开过程的诊断反之即可，在此不再赘述。

在具体的实施例中，可以在离合器外部罩壳4上打孔，利用空心支撑杆5对轴向位移传感器121进行支撑固定，轴向位移传感器121连接测量信号线的一端，测量信号线另一端由孔中引出接入诊断装置20，如图8所示。所述轴向位移传感器可以采用电涡流传感器，也可以激光式位移传感器等其他传感器，具体根据实际需求进行选择。

根据本申请的一个实施例，所述扭矩监测模块13包括：采集单元，用于采集现场机组的运行参数；计算单元，用于根据所述运行参数计算主动件传递的扭矩。具体地，可利用现场机组的运行参数(可以从电厂监测系统实时采集)实时处理，计算主动件的扭矩。这样既可以进行扭矩监测，又简化了测量装置。在联合循环电厂的汽轮机轴系中，离合器处于高中压缸和低压缸之间，低压缸内的转子与离合器的主动件相连，因此，低压转子输出的扭矩就是主动件传送给从动件的扭矩。根据低压缸的进汽参数与排汽参数进行能量计算，可以得出低压缸的输入能量，结合低压缸的设计效率，可以得出低压转子的输出轴功率。而在转速一定的情况下，轴功率与扭矩一一对应，从而可以计算出传递的扭矩大小。然后将上述计算结果实时输入诊断装置进行诊断，如果扭矩超出设计范围，运行人员需要进行工作参数的相应调整，应该立即停机处理，避免离合器长时间工作在非正常状态导致事故。

进一步地，诊断装置20可以通过显示装置或人机交互界面等输出诊断结果，便于电厂运行维护人员进行实时监测，在发生异常时可以直观看出系统发出的报警信号。

本申请实施例的适用于燃气—蒸汽联合循环电厂的同步离合器的安全监测系统，针对同步离合器的故障类型，设置相关的现场监测装置，分别根据不同的工作状态数据进行诊断，能对设备的状态进行实时监控和提前预警，避免重大事故发生，具有不可估量的经济效益。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种联合循环电厂同步离合器的安全监测方法，可以用于实现上述实施例所描述的系统，如下面的实施例所述。由于联合循环电厂同步离合器的安全监测方法解决问题的原理与联合循环电厂同步离合器的安全监测系统相似，因此联合循环电厂同步离合器的安全监测方法的实施可以参见联合循环电厂同步离合器的安全监测系统的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图9是本申请一实施例提出的联合循环电厂同步离合器安全监测方法的流程示意图，如图9所示，该方法包括：

步骤1，监测离合器的运行数据，其中，运行数据包括：回油温度，中间件的轴向位移和主动件传递的扭矩；

步骤2，根据所述运行数据对所述离合器的工作状态进行诊断。

具体地，可将运行数据输入到诊断装置中进行诊断，对应不同的运行数据，根据不同的预设条件进行判断。根据离合器厂家给定的温度范围，如果回油温度确实超过了厂家限定的温度范围，诊断装置20则发出报警信号，提醒运行人员及时进行离合器的故障查找与处理。如果回油温度在厂家限定的温度范围内，则继续进行监测。在离合器的正常运行过程中，通常要求主动件传递的扭矩至少大于一个设定值(例如最大传递扭矩的10％)，以保证离合器始终处于正传动状态。如果传递扭矩小于这个设定值，会使得离合器的工作状态变得不稳定，需要发出报警信号。在离合器的啮合与脱开过程中，可以使用位移传感器对中间件进行脱开与啮合过程的全程测量，测量出来的中间件运动曲线与离合器在正常情况啮合的标准曲线(可以通过计算或者试验得到)进行对比分析。如果与标准曲线吻合度较好，则可认为离合器脱开或啮合过程正常。如果与标准曲线不能吻合，那么可以通过分析两条曲线的差别，来判断具体故障。诊断过程如图10所示。进一步地，还可以通过显示装置或人机交互界面等输出诊断结果，便于电厂运行维护人员进行实时监测，在发生异常时可以直观看出系统发出的报警信号。

根据本申请的一个实施例，监测离合器的运行数据具体包括：根据所述轴向位移生成所述中间件的轴向位移曲线。

根据本申请的一个实施例，根据所述运行数据对所述离合器的工作状态进行诊断，包括：根据所述轴向位移曲线判断所述离合器的啮合或脱开过程是否异常；若异常，根据所述轴向位移曲线判断故障位置和故障类型。

根据本申请的一个实施例，根据所述运行数据对所述离合器的工作状态进行诊断，还包括：采集现场机组的运行参数；根据所述运行参数计算主动件传递的扭矩。

本申请的实施例通过针对同步离合器的故障类型，设置相关的现场监测装置，分别根据不同的工作状态数据进行诊断，能对设备的状态进行实时监控和提前预警，避免重大事故发生，具有不可估量的经济效益。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种联合循环电厂同步离合器的安全监测系统，其特征在于，包括监测装置和诊断装置，其中，监测装置包括：

回油温度监测模块，用于监测离合器工作状态中的回油温度；

中间件滑动过程监测模块，用于监测离合器脱开与啮合的中间件的滑动过程；

扭矩监测模块，用于测量离合器主动件传递的扭矩；

其中，所述监测装置将监测到的数据输出至所述诊断装置，所述诊断装置用于根据所述监测装置输出的数据对所述离合器的工作状态进行诊断。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述回油温度监测模块包括设置于离合器回油管道中的温度传感器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中间件滑动过程监测模块包括设置于所述中间件侧面的轴向位移传感器。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述中间件滑动过程监测模块还用于根据所述轴向位移传感器监测到的数据生成所述中间件的轴向位移曲线。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述诊断装置包括：

故障判断单元，用于根据所述轴向位移曲线判断所述离合器的啮合或脱开过程是否异常；

故障识别单元，用于在啮合或脱开过程异常时，根据所述轴向位移曲线判断故障位置和故障类型。

6.根据权利要求3-5之一所述的系统，其特征在于，所述轴向位移传感器采用电涡流传感器或激光式位移传感器。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扭矩监测模块包括：

采集单元，用于采集现场机组的运行参数；

计算单元，用于根据所述运行参数计算主动件传递的扭矩。

8.一种联合循环电厂同步离合器的安全监测方法，其特征在于，包括：

监测离合器的运行数据，其中，运行数据包括：回油温度，中间件的轴向位移和主动件传递的扭矩；

根据所述运行数据对所述离合器的工作状态进行诊断。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述监测离合器的运行数据具体包括：

根据所述轴向位移生成所述中间件的轴向位移曲线。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述运行数据对所述离合器的工作状态进行诊断，包括：

根据所述轴向位移曲线判断所述离合器的啮合或脱开过程是否异常；

若异常，根据所述轴向位移曲线判断故障位置和故障类型。