CN111121701B - 一种用于发电机抽穿转子安全状态评估的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于发电机抽穿转子安全状态评估的方法：利用转子移动之后三轴加速度计数据计算得到转子的姿态信息，根据姿态信息和转子抽穿过程中转子位于定子内的长度，将定子内膛内的不同直径的转子圆柱段的端点进行空间投影，全部投影到励侧端等同于定子内膛大小的圆面内，只要转子不发生碰撞，所有投影点都一定在该定子端面圆内，再在其中进行安全状态同心圆的区域划分，根据投影点所在区域判断每个圆柱段的安全状态，从而对发电机检修过程中抽穿转子过程的安全状态进行评估；使得安全状态评估方法更为全面、可靠。

Description

一种用于发电机抽穿转子安全状态评估的方法

技术领域

本发明涉及发电机抽穿转子监控领域，具体涉及一种用于发电机抽穿转子安全状态评估的方法。

背景技术

大容量发电机转子的重量重达五十到一百多吨，进行抽穿转子工作时，当转子由行车单独起吊后，由定子膛内工作人员，通过提醒人推动励侧对轮，确保转子不左右摆动，从而完成抽穿转子工作。而转子护环与内定子间隙很小，一般为30mm，目前采用确保转子护环与内定子间隙处于安全状态的方法一般为现场工作人员在转子抽穿过程中通过多次人工测量距离来确认，这样造成工作时间长、效率低，并且人工多次传话容易误解造成危险。因此，需要一种新的能替换人工不断测量的抽穿转子过程的安全评估方法，提高抽穿转子的工作效率和可靠性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于发电机抽穿转子安全状态评估的方法，能够达到智能化地对发电机抽穿转子过程中转子护环与内定子间隙的安全状态进行评估，对抽穿转子工作提出指导性意见。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于发电机抽穿转子安全状态评估的方法，包括如下步骤：

用于核动力发电机检修过程中抽穿转子过程的安全状态评估方法首先确定安全评估的坐标体系，从而利用励侧和汽侧的距离传感器值得到转子在定子端面的圆和在汽侧端的圆上各三个点的坐标，根据圆心坐标算法计算汽侧圆心和励侧圆心坐标，通过定子外置的距离传感器获取当前转子已经抽出的长度，结合加速度计数据计算出转子的偏转角度，将定子内膛内的不同直径的转子圆柱段的端点进行空间投影，全部投影到定子端面圆内，在端面圆进行安全状态同心圆的区域划分，根据投影点所在区域判断每个圆柱段的安全状态。

进一步的，具体包括如下步骤：

步骤1：利用初次滤波之后的平滑距离数据，结合定子直径和转子直径数据，得到转子在励侧端和汽侧端圆上三点在转子坐标系中的坐标，通过圆心坐标算法计算转子在汽侧端面和励侧端面的圆心坐标值。利用三轴加速度计的加速度数据进行角度的转换，得到转子的偏转角度。

步骤2：利用计算出来的转子的偏转角度，计算转子不同直径圆柱段沿垂直于定子内膛方向偏离距离最远的点在定子端面圆内的投影位置，得到定子端面圆投影图。

步骤3：对定子端面圆进行状态区域划分，对定子端面圆内的点，根据该点所在端面内同心圆的直径进行区域安全状态划分，主要分为安全状态区域、偏移状态区域和危险状态区域。

步骤4：将步骤2中得到的投影点位置与步骤3的状态区域进行匹配，得到不同直径圆柱段的当前安全状态，对当前转子的安全状态进行评估。

进一步的，所述步骤1中，确定圆上三点坐标获取方法如下，以转子励侧端面位于定子内膛中心线的点为坐标系的原点，励侧端至汽侧端为Z轴，分别计算转子汽侧和励侧圆心坐标，汽侧圆的半径为转子半径R加传感器测量D距离即R+D，测量点与水平面夹角为α，则坐标为((R+D)*Cosα，(R+D)*Sinα)；励侧计算使用定子内膛圆，半径为定子内膛半径R’减去测量距离D加上测量端面至定子内膛距离L即R’-D+L，若测量点与水平面夹角为β，则坐标为((R’-D+L)*Cosβ，(R’-D+L)*Sinβ)，利用圆上三点坐标和圆心坐标算法即可得到圆心坐标，利用加速度计计算转子的偏转角度。

进一步的，所述圆心坐标算法具体表示为，圆上三点P1、P2、P3，圆心为P，则圆心坐标算法为

其中，

a＝2×(P2x-P1x)

b＝2×(P2y-P1y)

c＝P2x*P2x+P2y*P2y-P1x*P1x-P1y*P1y

d＝2×(P3x-P2x)

e＝2×(P3y-P2y)

f＝P3x*P3x+P3y*P3y-P2x*P2x-P2y*P2y

进一步的，所述转子的X、Y、Z偏角计算如下，取三轴加速度Ax、Ay、Az为三个轴上的加速度值，则各轴的偏转角度为：

进一步的，所述危险状态点的投影位置计算，进行投影的点为转子不同直径圆柱段沿垂直于定子内膛方向偏离距离最远的点，该点所在圆的半径rn，该点所在圆圆心距当前处于定子端面圆截面的转子圆心距离为dn，尚未抽出的转子长度为ln，励侧端面圆心坐标(x0，y0)，汽侧端面圆心坐标(x1，y1)，则危险状态点在定子端面圆的投影点所在同心圆的半径rd计算方法如下：

进一步的，所述定子端面圆安全状态区域划分方法如下，转子设计最大圆柱段半径值为rmax，则根据实际情况需求，定子端面同心圆半径r小于(rmax+10)的圆面区域为安全状态区域，定子端面同心圆半径r介于(rmax+10)与(rmax+35)之间为偏移状态区域，定子端面同心圆半径r介于(rmax+35)与(rmax+45)之间为危险状态区域。

进一步的，所述将投影点位置与状态区域进行匹配，投影点位置落于安全状态区域则不影响当前抽穿转子进程，投影点位置落于偏移状态区域则需要现场指挥根据情况判断下一步操作，投影点位置落于危险状态区域则必须停止当前抽穿转子工作，进行转子姿态矫正。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果:

1.本发明实现了发电机抽穿转子智能化设备数据的获取和优化处理，智能化地监控发电机抽穿转子过程中转子护环与内定子间隙距离，不仅为发电机抽穿转子监控可视化技术实现提供了保证，同时减少了监控误差，达到了更精确的效果。

2.基于本发明方法可以实时检测转子护环与内定子间隙的安全距离，并且实现了对整个转子的全部圆柱段的危险状态点进行监控，在转子偏转的情况下对所有可能碰撞点都进行了分析，避免了因转子发生偏转而发生碰撞危险，保障了发电机抽穿转子工作顺利进行。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

图2是本发明确定圆上三点坐标示意图。

图3是本发明角度偏转示意图。

图4是本发明最危状态点投影示意图。

图5是本发明状态区域划分示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本实施例利用布置在励侧端定子和汽侧端转子的距离传感器读取距离数据，然后对测距数据进行滤波处理，得到平滑的距离数据，再根据圆心坐标算法计算汽侧圆心和励侧圆心坐标，用三轴加速度计数据计算出转子的偏转角度，据此根据转子的设计图，将转子每个圆柱段的最危状态点进行空间投影，全部投影到定子端面圆内，在端面圆进行安全状态同心圆的区域划分，根据投影点所在区域判断每个圆柱段的安全状态。本发明方法流程如图1所示，具体包括如下步骤：

步骤1：利用初次滤波之后的平滑距离数据，结合定子直径和转子直径数据，得到转子在励侧端和汽侧端圆上三点在转子坐标系中的坐标，通过圆心坐标算法计算转子在汽侧端面和励侧端面的圆心坐标值。利用三轴加速度计的加速度数据进行角度转换，得到转子的偏转角度。

步骤2：利用计算出来的转子的偏转角度，计算转子不同直径圆柱段沿垂直于定子内膛方向偏离距离最远的点在定子端面圆内的投影位置，得到定子端面圆投影图。

步骤3：对定子端面圆进行状态区域划分，对定子端面圆内的点，根据该点所在端面内同心圆的直径进行区域安全状态划分，主要分为安全状态区域、偏移状态区域和危险状态区域。

步骤4：将步骤2中得到的投影点位置与步骤3的状态区域进行匹配，得到不同直径圆柱段的当前安全状态，对当前转子的安全状态进行评估。

参见图2，图2示意了励侧圆上三点P1,P2,P3，以及示意夹角所在位置，以定子中心为原点的坐标系，若转子半径为R’，传感器测量为D，图中P1的坐标为(-(R’-D+L)*Cosβ,(R’-D+L)*Sinβ)；P2的坐标为[0，R’-D+L]；P3的坐标为[((R’-D+L)*Cosα,(R’-D+L)*Sinα)]。

圆心P的计算方法为

其中，

a＝2×(P2x-P1x)

b＝2×(P2y-P1y)

c＝P2x*P2x+P2y*P2y-P1x*P1x-P1y*P1y

d＝2×(P3x-P2x)

e＝2×(P3y-P2y)

f＝P3x*P3x+P3y*P3y-P2x*P2x-P2y*P2y

参见图3，图3示意了由三轴加速度计的加速度数据可以计算出转子偏转角度：

参见图4，图4示意了危险状态点的投影位置计算，进行投影的点为转子不同直径圆柱段沿垂直于定子内膛方向偏离距离最远的点，该点所在圆的半径rn，该点所在圆圆心距当前处于定子端面圆截面的转子圆心距离为dn，尚未抽出的转子长度为ln，励侧端面圆心坐标(x0，y0)，汽侧端面圆心坐标(x1，y1)，则危险状态点在定子端面圆的投影点所在同心圆的半径rd计算方法如下：

参见图5，图5示意了定子端面圆安全状态区域划分方法，转子设计最大圆柱段半径值为rmax，则根据实际情况需求，定子端面同心圆半径r小于(rmax+10)的圆面区域为安全状态区域，定子端面同心圆半径r介于(rmax+10)与(rmax+35)之间为偏移状态区域，定子端面同心圆半径r介于(rmax+35)与(rmax+45)之间为危险状态区域。

完成上述步骤之后，将投影点位置与状态区域进行匹配，投影点位置落于安全状态区域则不影响当前抽穿转子进程，投影点位置落于偏移状态区域则需要现场指挥根据情况判断下一步操作，投影点位置落于危险状态区域则必须停止当前抽穿转子工作，进行转子姿态矫正。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于发电机抽穿转子安全状态评估的方法，其特征在于：利用放置在转子上的三轴加速度计测量值，实时计算转子移动时的姿态信息，根据姿态信息和转子抽穿过程中转子位于定子内的长度，将定子内膛内的不同直径的转子圆柱段的端点进行空间投影，全部投影到定子端面圆内，在端面圆进行安全状态同心圆的区域划分，根据投影点所在区域判断每个圆柱段的安全状态，从而对发电机检修过程中抽穿转子过程的安全状态进行可视化评估；并包括如下步骤：步骤1：首先确定安全状态评估的坐标体系，从而利用励侧和汽侧的距离传感器值得到转子在定子端面的圆和在汽侧端的圆上各三个点的坐标，根据圆心坐标算法计算汽侧圆心和励侧圆心坐标，通过定子外置的距离传感器获取当前转子已经抽出的长度，结合加速度计数据计算出转子的偏转角度，将定子内膛内的不同直径的转子圆柱段的端点进行空间投影，全部投影到定子端面圆内；得到定子端面圆投影图；步骤2：对定子端面圆进行状态区域划分，对定子端面圆内的点，根据该点所在端面内同心圆的直径进行区域安全状态划分，主要分为安全状态区域、偏移状态区域和危险状态区域；步骤3：将步骤1中得到的投影点位置与步骤2的状态区域进行匹配，得到不同直径圆柱段的当前安全状态，对当前转子的安全状态进行评估。

2.如权利要求1所述的一种用于发电机抽穿转子安全状态评估的方法，其特征在于，所述步骤1中，危险状态点的投影位置计算，进行投影的点为转子不同直径圆柱段沿垂直于定子内膛方向偏离距离最远的点，定子端面圆指的是在抽穿转子过程励侧端定子内膛的最大直径圆面。

3.如权利要求1所述的一种用于发电机抽穿转子安全状态评估的方法，其特征在于，所述步骤2中，定子端面圆安全状态区域划分方法，转子设计最大圆柱段半径值为rmax，以定子端面圆内半径等同于rmax的圆形区域为起点，根据抽穿转子过程现场需求的实际情况，不断增加圆形区域的半径值即转子偏移范围，依次划分安全状态区域，偏移状态区域，危险状态区域。

4.如权利要求3所述的一种用于发电机抽穿转子安全状态评估的方法，其特征在于，所述定子端面圆安全状态区域划分方法如下，转子设计最大圆柱段半径值为rmax，则根据实际情况需求，定子端面同心圆半径r小于(rmax+10)的圆面区域为安全状态区域，定子端面同心圆半径r介于(rmax+10)与(rmax+35)之间为偏移状态区域，定子端面同心圆半径r介于(rmax+35)与(rmax+45)之间为危险状态区域。

5.如权利要求1所述的一种用于发电机抽穿转子安全状态评估的方法，其特征在于，所述步骤3中，将投影点位置与状态区域进行匹配，投影点位置落于安全状态区域则不影响当前抽穿转子进程，投影点位置落于偏移状态区域则需要现场指挥根据情况判断下一步操作，投影点位置落于危险状态区域则必须停止当前抽穿转子工作，进行转子姿态矫正。

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