CN112525089A - 水轮发电机组轴线测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种水轮发电机组轴线测量方法，其特征在于：采用手持式激光测距仪测量各段轴与固定部分的间隙；所述手持式激光测距仪通过无线通信模块将测距结果信息传输至上位机；所述上位机通过测量获得的间隙数据计算出水轮发电机组轴线的偏差，用于执行机组推中心。其避免了现有水轮发电机组轴线测量当中对各段轴与固定部分的间隙测量的不精确和繁杂的问题，节约了大量人力物力，同时还实现了智能化的数据采集、上传和管理的总体方案。

Description

水轮发电机组轴线测量方法

技术领域

本发明属于水力发电设备维护和检修领域，尤其涉及一种水轮发电机组轴线测量方法。

背景技术

水轮发电机组轴线测量调整是机组安装检修的一个重要内容。轴线调整的意义是使机组轴线、机组中心线以及主轴放置中心线三条线的理想状态是各自铅直且重合。理想状态下，在三条线重合的条件下，机组旋转过程中将不产生摆度。但实际过程中，三线合一是不可能的。只能保证各线的偏移在合理的范围内。主轴静止状态的中心线与固定部分机组中心线测量调整，即机组推中心，是每次检修必须要完成的工作。

机组推中心的过程中，首要就是测量各段轴与固定部分的间隙。通常包含：定子与转子空气间隙，转轮室与叶片间隙（轴流转桨式机组）、上下迷宫环间隙（混流式机组）、导流锥处与主轴法兰间隙。通过各间隙的测量，分析得出当前主轴所处位置。根据具体情况，推动主轴，使其尽量往机组中心线上靠。

但在实际操作过程中，存在一些问题。一是测量空间受限，很多尺寸测量的空间较小，比如导流锥部分，人员需要匍匐前行，属于受限空间，人员工作环境恶劣，测量不便。二是测量采用传统工具，导流锥、转轮室等部位采用塞尺测量，在测量过程中存在人为误差，由于测量部位锈蚀腐蚀严重，塞尺通常测量1到2个方位后就出现了弯折现象，再次测量的时候就会出现误差。空气间隙测量采用传统的木楔子和千分尺间接测量，测量速度较慢。在日常检修过程中，小型机组往往测量空间狭小，并要时刻防止物品遗落在转子上。三是测量数据依靠人工统计分析，需要进行计算，各段计算结果无法直观显示。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种水轮发电机组轴线测量方法方案。

其具体采用以下技术方案：

一种水轮发电机组轴线测量方法，其特征在于：采用手持式激光测距仪测量各段轴与固定部分的间隙；所述手持式激光测距仪通过无线通信模块将测距结果信息传输至上位机；所述上位机通过测量获得的间隙数据计算出水轮发电机组轴线的偏差，用于执行机组推中心。

优选地，所述手持式激光测距仪采用激光三角测距法进行测距，包括信号发生模块、信号接收放大模块以及信号运算处理模块。

优选地，所述手持式激光测距仪在测距过程中，首先产生主振信号与本振信号，驱动激光器并进行调制发射，经过光学窗口半反射分为参考光与信号光两路信号：在内光路中，通过光接收元件与本振信号进行光学外差混频，得出携带初始相位信息的差频信号；在外光路中，通过光接收元件与本振信号进行光学外差混频，得出携带测距信号相位信息的差频信号；通过鉴相器计算出相位差，根据相位差计算获得测距信息。

优选地，所述信号发生模块采用锁相环路作为相位的负反馈控制系统；所述锁相环路包括：鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。

优选地，所述信号接收放大模块包括光电探测器、滤波电路和放大电路。

优选地，所述信号运算处理模块采用数字式的测相方法。

优选地，所述无线通信模块接入无线传感器网络。

优选地，所述无线通信模块与手持式激光测距仪构成有线连接，测距信息通过AD转换模块输入无线通信模块，并编制为ASCII码传输到无线传感器网络中。

本发明及其优选方案避免了现有水轮发电机组轴线测量当中对各段轴与固定部分的间隙测量的不精确和繁杂的问题，节约了大量人力物力，同时还实现了智能化的数据采集、上传和管理的总体方案。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1是本发明实施例测量导流锥处与主轴法兰间隙示意图；

图2是本发明实施例测量转轮室与叶片间隙示意图；

图3是本发明实施例手持式激光测距仪采用的激光三角测距法示意图；

图4是本发明实施例手持式激光测距仪结构和原理示意图；

图5是本发明实施例锁相环路示意图；

图6是本发明实施例信号传输示意图。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

本实施例提供的水轮发电机组轴线测量方法当中，采用手持式激光测距仪测量各段轴与固定部分的间隙。如图1、图2所示，为采用手持式激光测距仪测量导流锥处与主轴法兰间隙和转轮室与叶片间隙（轴流转桨式机组）的示意图，采用该种测量方式占用的空间小，方便快捷，信息化程度高，且足够精确，对于其他间隙也可以采用类似的方式测量获得。

在本实施例中，手持式激光测距仪通过无线通信模块将测距结果信息传输至上位机；上位机通过测量获得的间隙数据计算出水轮发电机组轴线的偏差，用于执行机组推中心。

如图3所述，在本实施例中，手持式激光测距仪采用激光三角测距法进行测距。

三角测距法即光源、被测物面、光接收系统三点共同构成一个三角形光路，由激光器发出的光线，经过汇聚透镜聚焦后入射到被测物体表面上，光接收系统接收来自入射点处的散射光，并将其成像在光电位置探测器敏感面上，通过光点在成像面上的位移来测量被测物面移动距离的一种测量方法。单点式激光三角法测量可分为直射式和斜射式两种结构，光源与光接收系统如何设置主要按测试目标的要求、测量系统构造等灵活选择。直射式激光三角法原理如图3所示。激光器发设的平行光线，经过会聚透镜聚焦后形成一束光，该光束垂直射到被测物体表面。待测目标面的相对移动或其表面变化都会导致入射光点沿入射光轴前后移动。测量激光的散射光经接收透镜垂直照射到光电位置探测器上如果入射光点在光电探测器形成了位移，则待测目标面沿轴方向的相对位移为。依据三角测距法的位置关系可根据下式计算出的值：

。

如图4所示，本实施例手持式激光测距仪包括信号发生模块、信号接收放大模块以及信号运算处理模块。在测距过程中，首先产生主振信号与本振信号，驱动激光器并进行调制发射，经过光学窗口半反射分为参考光与信号光两路信号：在内光路中，通过光接收元件与本振信号进行光学外差混频，得出携带初始相位信息的差频信号；在外光路中，通过光接收元件与本振信号进行光学外差混频，得出携带测距信号相位信息的差频信号；通过鉴相器计算出相位差，根据相位差计算获得测距信息。

如图5所示，本实施例信号发生模块主要包括各个频率信号的产生和激光调制发射两个部分。其中信号产生部分的设计采用相位式激光测距仪采用双高频多测尺原理，要求系统硬件提供高性能、高准确度的频率信号。本系统采用常用的频率生成系统产生四个频率，并采用锁相环技术与直接频率合成技术实现。其采用的锁相环路是一个相位的负反馈控制系统，主要由三个基本部分组成，即鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。

本实施例的信号接收放大模块包括光电探测器、滤波电路和放大电路。考虑到在激光测距系统中，激光从发射到接收过程中，由于经过目标物的漫反射以及衰减，接收到的激光信号非常微弱，这样的高的频率下如果直接对发射光和接收光进行相位比较非常困难。因此，激光信号的接收是十分重要的组成环节，光电接收电路的完整与合理通常制约着激光测距仪精确度的高低光电探测器将接收到的光信号转化为电信号，常见的有光敏电阻、光电倍增管、光敏二极管、雪崩二极管等元件。本实施例依据整体设计要求，参照光信号的频率、调制形式、波形特点、灵敏度、响应时间、带宽、噪声等因素，选用雪崩二极管。

考虑到信号相位的测量方法可分为数字测量及模拟测量两种方法。其中，模拟测量相位的方法有二极管鉴相法，脉冲计数法，功率因数测量法等，但由于模拟鉴相器釆用分离元件，需要专门的硬件电路，同时存在着零点漂移、线性鉴相范围较窄等缺点系统噪声大，测量精度低，测量系统复杂，硬件成本高。相比之下，采用数字方法测量，需要的硬件的成本低，测相方法适用性强，对不同的测量对象只需改变可编程器件的内部程序算法即可，方便操作与更改，且其精度一般高于模拟式测量。

而数字测相的方法也主要有大类：一类是用数字测相电路实现相位检测，如自动数字鉴相法、平衡式移相鉴相法等。另一类完全基于软件手段实现相位检测，如基于数字互相关的数字鉴相法、内积法和基于的数字测法等它们都以计算机或其它微处理器为相位检测的核心，使得整体电路结构简单，硬件干扰少，测相精度高，使仪器能够小型化便携化，应用价值非常高。基于系统电路的设计复杂程度以及设计成本的角度考虑，本实施例的手持式激光测距仪釆用基于软件实现的数字测相算法。

本实施例的手持式激光测距仪的校准条件为：环境条件应在温度为±20°，每小时温度变化应不大于2°。仪器不应受到强磁场、电场、障碍物以及反光物等的干扰。通用技术要求仪器及反射板的各工作面上无腐蚀、碰伤、划痕，仪器的光学零件应无霉斑、气泡、麻点等瑕疵显示屏的数字、符号应清晰完整，并保持稳定。仪器的各操作键及插接件的接头应工作可靠，各种操作功能应运行正常。

如图6所示，本实施例无线通信模块接入无线传感器网络。无 线 传 感 器 网 络（Wireless SensorNetwork，WSN）是一组传感器节点以自组织的方式构成的无线网络，这些传感器节点由处理器、存储器、接收器、感知单元、电池组成，使得传感器节点具有感知、计算和通信能力。因此无线传感器网络借助于网络中形式多样化的传感器协助地实时感知和采集周边环境中众多的信息，并对这些信息进行处理以使在用户任何时候、绝大多数地点和多种环境条件下获取大量详实而可靠的信息。其具有的自组织性、动态性和可靠性能够非常良好地适配于激光测距。

其中，无线通信模块与手持式激光测距仪构成有线连接，测距信息通过AD转换模块输入无线通信模块，并编制为ASCII码传输到无线传感器网络中。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的水轮发电机组轴线测量方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种水轮发电机组轴线测量方法，其特征在于：采用手持式激光测距仪测量各段轴与固定部分的间隙；所述手持式激光测距仪通过无线通信模块将测距结果信息传输至上位机；所述上位机通过测量获得的间隙数据计算出水轮发电机组轴线的偏差，用于执行机组推中心。

2.根据权利要求1所述的水轮发电机组轴线测量方法，其特征在于：所述手持式激光测距仪采用激光三角测距法进行测距，包括信号发生模块、信号接收放大模块以及信号运算处理模块。

3.根据权利要求2所述的水轮发电机组轴线测量方法，其特征在于：所述手持式激光测距仪在测距过程中，首先产生主振信号与本振信号，驱动激光器并进行调制发射，经过光学窗口半反射分为参考光与信号光两路信号：在内光路中，通过光接收元件与本振信号进行光学外差混频，得出携带初始相位信息的差频信号；在外光路中，通过光接收元件与本振信号进行光学外差混频，得出携带测距信号相位信息的差频信号；通过鉴相器计算出相位差，根据相位差计算获得测距信息。

4.根据权利要求2所述的水轮发电机组轴线测量方法，其特征在于：所述信号发生模块采用锁相环路作为相位的负反馈控制系统；所述锁相环路包括：鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。

5.根据权利要求2所述的水轮发电机组轴线测量方法，其特征在于：所述信号接收放大模块包括光电探测器、滤波电路和放大电路。

6.根据权利要求2所述的水轮发电机组轴线测量方法，其特征在于：所述信号运算处理模块采用数字式的测相方法。

7.根据权利要求1所述的水轮发电机组轴线测量方法，其特征在于：所述无线通信模块接入无线传感器网络。

8.根据权利要求7所述的水轮发电机组轴线测量方法，其特征在于：所述无线通信模块与手持式激光测距仪构成有线连接，测距信息通过AD转换模块输入无线通信模块，并编制为ASCII码传输到无线传感器网络中。

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