CN115057359A - 大中型水轮发电机组转子智能吊装系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大中型水轮发电机组转子智能吊装系统，包括定子上方测距模组、3D摄像机模组、摄像机模组、定子下方测距模组、工控机和平板电脑，采用3D摄像机模组、监控摄像机与测距模组相结合的方式对整个转子的安装过程进行实时监控，达到配合精准的目的，通过对实时监测数据的分析和判断，对可能的碰撞趋势进行预警，实现转子吊装的全过程智能监测和管控，保证作业人员的人身安全，满足机组安装机械化和信息化的要求。同时可以缩短转子吊装时间，提高转子吊装质量，并且通过冗余机械防撞设计进一步提高作业的安全性，在吊装钢缆上设置牵引调节器，便于对吊装钢缆的长度进行动态调节。

Description

大中型水轮发电机组转子智能吊装系统

技术领域

本发明涉及水电厂起重吊装设备，具体地说是用于大中型水轮发电机组转子的智能吊装系统。

背景技术

转子是水轮发电机组的重要组成部分，为保持或恢复发电机规定的性能，需四至六年进行一次吊出检查和试验。转子重量600t，高2340mm，外径11964mm，起吊重量为660t。水轮发电机转子具有个头大，重量重的特点。

吊装的过程是先将发电机拆掉机帽等部件，然后通过天车把转子从发电机中垂直吊出，提升到一定安全高度后，吊至检修区进行检修，修复完毕后再吊入发电机进行组装。

转子吊装过程中可能会发生水平移动碰撞和倾斜碰撞，水平碰撞是指天车运动过程中转子因天车移动产生的碰撞，倾斜碰撞的主要原因是四个方向不同起吊钢缆提升高度不一致导致转子倾斜产生的碰撞。具体碰撞部主要包括转子的主体外壁和定子内壁间的碰撞，转子转轴与推力油箱中心孔的碰撞以及转子转轴与下机架中心孔的碰撞。为了避免发生上述碰撞，需要测量工作人员实时地对转子与定子的间隙以及转子转轴与推力油箱中心孔、下机架中心孔间隙进行测量，测量方法通常是采用人工插板的方式，将薄木板放入定子与转子缝隙，让木板不断的游动，起重指挥人员根据插板人员反馈的信息，来判断定子与转子间隙。同时推力轴承观测人员，利用钢板尺，测定大轴法兰与油箱里孔距离，起重指挥人员根据轴承观测人员的反馈信息，来判断转子水平方向是否需要调整。

上述方式作业效率低；对操作人员的经验和配合度要求高，存在一定的误操作风险；多根起吊钢缆提升高度不一致导致转子倾斜，吊装钢缆的长度难以在作业过程中动态调节；测人员位于桥式起重机及转子下方，存在人身安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种大中型水轮发电机组转子智能吊装系统，通过传感器代替人工实时动态获取转子位置数据，进而建立数字模型，并将计算结果实时推送给天车操作人员，操作人员通过实时反馈到数字模型信息进行吊装操作，并且在提升过程中可以分别调整对每根起吊钢缆的长度进行调节，进而调节转子在吊装过程的水平度，保证转子与定子、推力油箱中心孔、下机架中心孔的同轴度。解决作业效率低、安全隐患高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

大中型水轮发电机组转子智能吊装系统，包括定子上方测距模组、3D摄像机模组、摄像机模组、定子下方测距模组、工控机和平板电脑，所述定子上方测距模组、3D摄像机模组、摄像机模组沿定子圆周阵列固定分布在定子上方，所述定子下方测距模组、摄像机模组圆周阵列固定分布在定子下方，定子上方测距模组、3D摄像机模组、摄像机模组一、定子下方测距模组、摄像机模组二均作为输入端连接至工控机，工控机无线连接作为交互终端的平板电脑。

采用3D摄像机模组、监控摄像机与测距模组相结合的方式对整个转子的安装过程进行实时监控，达到配合精准的目的。通过对实时监测数据的分析和判断，对可能的碰撞趋势进行预警，实现转子吊装的全过程智能监测和管控，保证作业人员的人身安全，满足机组安装机械化和信息化的要求。同时可以缩短转子吊装时间，提高转子吊装质量。

为了进一步提高安全性，避免碰撞的发生，本发明所述的大中型水轮发电机组转子智能吊装系统还包括设置在转子与定子间隙处的扁平条形的防撞隔离板。

所述防撞隔离板由基板和若干个设置在基板一侧的滚轮单元模块组成，所述滚轮单元模块包括第一连杆、滚轮、第二连杆和弹性拉杆，所述第一连杆通过固定销轴铰接固定在基板上，在第一连杆端部设置滚轮，同时第一连杆与第二连杆一端铰接，第二连杆的另一端设置有活动销，所述活动销置于设置在基板上的导向槽内，并且在固定销轴与活动销之间设置有弹性拉杆。

在转子吊装作业前，将多组防撞隔离板等间距设置在转子与定子的间隙内，并固定在定子上，并且带有滚轮的一侧设置有朝向转子，第一连杆、第二连杆和弹性拉杆构成可变形三角形结构，使得滚轮呈浮动状态，当滚轮受到外部压力时，第一连杆与第二连杆的夹角变大，弹性拉杆克服弹簧力被拉长，当作用在滚轮上的外部压力消除时，弹性拉杆在弹簧力的作用下缩短，滚轮顶出复位。

所述防撞隔离板能够保护转子在吊装过程中不会和定子接触，由于滚轮是浮动的，能够允许转子在小范围内倾斜偏移而不会出现卡死现象。通过冗余机械防撞设计进一步提高作业的安全性。

为了避免转子倾斜，需要对吊装转子的钢缆长度进行调节，能够进行实时动态调节，本发明所述的大中型水轮发电机组转子智能吊装系统还包括牵引调节器，所述牵引调节器设置在吊装转子的钢缆上。

本发明的有益效果在于：

本发明通过传感器代替人工实时动态获取转子位置数据，进而建立数字模型，提高了作业效率低，并降低了安全隐患；通过冗余机械防撞设计进一步提高作业的安全性；牵引调节器便于对吊装钢缆的长度进行动态调节。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。

图1为水轮发电机组的结构示意图。

图2为发电机组转子吊装过程的示意图。

图3为定子上方硬件设备布局图。

图4为定子下方硬件设备布局图。

图5为本发明智能吊装系统的网络拓扑图。

图6为本发明中防撞隔离板的结构示意图。

图7为图6的局部放大图。

图8为牵引调节器的第一状态图。

图9为牵引调节器的第二状态图。

图10为牵引调节器的第三状态图。

图中：1--转子；2--定子；3--下机架；4--推力油箱；5--机墩；6--顶轴；7--起重机；8--钢缆；9--牵引调节器；901--固定轮；902--摆臂；903--活动轮；904--活动压块；9041--导向部；905--螺母；906--丝杆；907--轴承座；908--减速器；909--电机；10--定子上方测距模组；11--3D摄像机模组；12--摄像机模组一；13--定子下方测距模组；14--摄像机模组二；15--转子联轴通过孔；16--工控机；17--平板电脑；18--防撞隔离板；181--基板；182--第一连杆；183--固定销轴；184--滚轮；185--第二连杆；186--活动销；187--导向槽；188--弹性拉杆。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中涉及的水轮发电机组包括转子1、定子2、下机架3、推力油箱4和机墩5，下机架3固定于机墩5中，推力油箱4固定设置在下机架3上，且推力油箱4的中心孔与下机架3的中心孔同轴线，转子1包括转子主体、下端的转轴以及上端的顶轴6，转轴上设置有法兰，转轴穿过推力油箱4的中心孔与下机架3的中心孔，推力油箱4为转子1提供支撑，所述转子1外围为定子2，定子2通过支架固定在机墩5上。

如图2所示，在进行吊装作业时，会拆除转子1顶部的顶轴6，起重机7通过四根钢缆8连接转子1顶部。

如图3至5所示，大中型水轮发电机组转子智能吊装系统，包括定子上方测距模组10、3D摄像机模组11、摄像机模组一12、定子下方测距模组13、摄像机模组二14、工控机16和平板电脑17，所述定子上方测距模组10为八个，3D摄像机模组11为三个，摄像机模组一12为六个，沿定子2圆周阵列固定分布在定子2上方，用于采集转子1和定子2的间隙数据；所述定子下方测距模组13为四个，摄像机模组二14为两个，圆周阵列固定分布在定子2下方，定子上方测距模组10、3D摄像机模组11、摄像机模组一12、定子下方测距模组13、摄像机模组二14均作为输入端连接至工控机16，工控机16无线连接作为交互终端的平板电脑17。

摄像机模组实时监控转子吊装的全过程；3D摄像机模组由3D摄像机、边缘计算节点、无线传输模块和电池组成，实时采集3D景深数据，经过3D影像融合分析进一步确定转子与定子的空间位置关系；测距模组由激光测距传感器和数据采集器、安装支架及电池构成，采用无线的形式连接总控系统，激光器光线直射测量表面外侧实现测距功能，用于测量转子外壁到定子内壁的距离。

其中定子上方测距模组和定子下方测距模组负责采集转子吊装过程中间隙数据信息，摄像机模组负责采集吊装过程中图像信息、3D摄像机模组负责采集吊装过程中三维图像信息、现场可移动监测的工控机负责整个系统数据汇总处理和显示报警、手持平板同步现场可移动监测工控机显示界面。

采用3D摄像机模组、监控摄像机与测距模组相结合的方式对整个转子的安装过程进行实时监控，达到配合精准的目的。通过对实时监测数据的分析和判断，对可能的碰撞趋势进行预警，实现转子吊装的全过程智能监测和管控，保证作业人员的人身安全，满足机组安装机械化和信息化的要求。同时可以缩短转子吊装时间，提高转子吊装质量。

为了进一步提高安全性，避免碰撞的发生，本发明所述的大中型水轮发电机组转子智能吊装系统还包括设置在转子1与定子2间隙处的扁平条形的防撞隔离板18，如图6-7所示，所述防撞隔离板18由基板181和若干个设置在基板181一侧的滚轮单元模块组成，所述滚轮单元模块包括第一连杆182、滚轮184、第二连杆185和弹性拉杆188，所述第一连杆182通过固定销轴183铰接固定在基板181上，在第一连杆182端部设置滚轮184，同时第一连杆182与第二连杆185一端铰接，第二连杆185的另一端设置有活动销186，所述活动销186置于设置在基板181上的导向槽187内，并且在固定销轴183与活动销186之间设置有弹性拉杆188。

所述防撞隔离板18的使用方法及工作原理如下，在转子吊装作业前，将多组防撞隔离板18等间距设置在转子1与定子2的间隙内，并固定在定子2上，并且带有滚轮184的一侧设置有朝向转子1，第一连杆182、第二连杆185和弹性拉杆188构成可变形三角形结构，使得滚轮184呈浮动状态，当滚轮184受到外部压力时，第一连杆182与第二连杆185的夹角变大，弹性拉杆188克服弹簧力被拉长，当作用在滚轮184上的外部压力消除时，弹性拉杆188在弹簧力的作用下缩短，滚轮184顶出复位。

所述防撞隔离板18能够保护转子1在吊装过程中不会和定子2接触，由于滚轮184是浮动的，能够允许转子在小范围内倾斜偏移而不会出现卡死现象。通过冗余机械防撞设计进一步提高作业的安全性。

进一步，在弹性拉杆188内置拉力传感器，所述拉力传感器连接工控机，拉力传感器将数据传送给工控机，工控机将拉力数据值转换成转子1与定子2间隙的距离值，同时配合其他传感器收集的数据，通过数据建模，能够建立更加准确的转子1与定子2的动态位置关系模型。

进一步，在弹性拉杆188内置限位开关，所述限位开关连接报警器和工控机，当弹性拉杆188被拉伸到设定极限值时，触发限位开关，报警器开始发出声光报警提示，同时工控机收到报警信号后，可根据程序设定，必要时启动紧急停机功能。

为了避免转子1倾斜，需要对吊装转子1的钢缆8长度进行调节，能够进行实时动态调节，如图2所示，本发明所述的大中型水轮发电机组转子智能吊装系统还包括牵引调节器9，所述牵引调节器9设置在吊装转子1的钢缆8上。如图8所示，所述牵引调节器9由一个固定板、多个压紧单元模块、一个活动压块904以及活动压块驱动装置组成，所述压紧单元模块包括固定轮901、摆臂902和活动轮903，固定轮901通过销轴固定设置在固定板上，所述摆臂902一端连接固定轮901，另一端连接活动轮903，活动轮903呈浮动状态，钢缆8从固定轮901和活动轮903之间穿过，多个压紧单元模块沿钢缆8方向等间距设置，固定轮901在钢缆8一侧，活动轮903在钢缆8另一侧，在活动轮903一侧设置有具有沿钢缆8方向直线自由度的活动压块904，活动压块904连接活动压块驱动装置，所述活动压块904前端设置有导向部9041，活动压块904在向前推进过程中会依次与活动轮903接触，并触发摆臂902的翻转动作。

作为优选，所述活动压块驱动装置包括螺母905、丝杆906、减速器908和电机909，所述螺母905固定在活动压块904上，螺母905套装在丝杆906，丝杆906与螺母905螺纹配合连接，丝杆906两端通过轴承座907固定，丝杆906末端连接减速器908输出端，减速器908的输入端连接电机909。

所述牵引调节器9的工作原理如下：当需要调节转子1水平度时，需要改变钢缆8的长度，程序自动计算各个钢缆8应该收缩还是伸长，当程序判定某一根钢缆8需要缩短时，控制台发送指令，控制板驱动电机动作，活动压块904向前推进，状态如图9所示，位于边缘的活动轮903首先受到活动压块904的挤压，迫使摆臂902向靠近钢缆8的方向反转，从而使得钢缆8弯曲，进而是该钢缆8的起重机固定点与转子固定点之间的直线距离减小，即钢缆8的有效长度减小，活动压块904继续向前推进，已经处于压紧状态的压紧单元模块保持状态不变，其相邻的下一个压紧单元模块被触发，钢缆8的有效长度进一步减小，直至最后一个压紧单元模块被触发，钢缆8的有效长度达到最小值，状态如图10所示。反之，当程序判定某一根钢缆8需要伸长时，控制台发送指令，控制板驱动电机动作，活动压块904回退，压紧单元模块逐一被释放，相应钢缆8的有效长度增加。

作为优选，所述电机909为伺服电机，伺服电机能够更加精确的控制进给量，从而提高控制精度。同时在压紧单元模块的固定轮901处设置压力传感器，通过压力传感器获取到的数据可以推算出所在钢缆8所承受的负载。在固定板上设置用于监测活动压块904位置的光栅，通过活动压块904的位置信息，可以计算出钢缆8的伸缩量，结合钢缆8的初始长度值，进而计算出钢缆8的有效长度。

所述牵引调节器9对钢缆8无破坏性，即使牵引调节器9发生故障，钢缆8依然能够起到牵引作用，避免事故发生；压紧单元模块为省力机构，力被放大，另外采用异步依次触发动作，能够在满足动力要求的前提下，最大程度减小动力电机的功率；钢缆8的变形量小，适合对钢缆8的有效长度进行微调。

以上公开的仅为本专利的具体实施例，但本专利并非局限于此，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，做出的变形应视为属于本发明保护范围。

Claims (9)

1.一种大中型水轮发电机组转子智能吊装系统，其特征在于：包括定子上方测距模组(10)、3D摄像机模组(11)、摄像机模组一(12)、定子下方测距模组(13)、摄像机模组二(14)、工控机(16)和平板电脑(17)，所述定子上方测距模组(10)、3D摄像机模组(11)、摄像机模组一(12)沿定子(2)圆周阵列固定分布在定子(2)上方，所述定子下方测距模组(13)、摄像机模组二(14)圆周阵列固定分布在定子(2)下方，定子上方测距模组(10)、3D摄像机模组(11)、摄像机模组一(12)、定子下方测距模组(13)、摄像机模组二(14)均作为输入端连接至工控机(16)，工控机(16)无线连接作为交互终端的平板电脑(17)。

2.根据权利要求1所述的大中型水轮发电机组转子智能吊装系统，其特征在于：还包括设置在转子(1)与定子(2)间隙处的扁平条形的防撞隔离板(18)，所述防撞隔离板(18)由基板(181)和若干个设置在基板(181)一侧的滚轮单元模块组成，所述滚轮单元模块包括第一连杆(182)、滚轮(184)、第二连杆(185)和弹性拉杆(188)，所述第一连杆(182)通过固定销轴(183)铰接固定在基板(181)上，在第一连杆(182)端部设置滚轮(184)，同时第一连杆(182)与第二连杆(185)一端铰接，第二连杆(185)的另一端设置有活动销(186)，所述活动销(186)置于设置在基板(181)上的导向槽(187)内，并且在固定销轴(183)与活动销(186)之间设置有弹性拉杆(188)。

3.根据权利要求2所述的大中型水轮发电机组转子智能吊装系统，其特征在于：所述弹性拉杆(188)内置拉力传感器，所述拉力传感器连接工控机(16)。

4.根据权利要求2所述的大中型水轮发电机组转子智能吊装系统，其特征在于：所述弹性拉杆(188)内置限位开关，所述限位开关连接报警器和工控机。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的大中型水轮发电机组转子智能吊装系统，其特征在于：还包括牵引调节器(9)，所述牵引调节器(9)设置在吊装转子(1)的钢缆(8)上，所述牵引调节器(9)由一个固定板、多个压紧单元模块、一个活动压块(904)以及活动压块驱动装置组成，所述压紧单元模块包括固定轮(901)、摆臂(902)和活动轮(903)，固定轮(901)通过销轴固定设置在固定板上，所述摆臂(902)一端连接固定轮(901)，另一端连接活动轮(903)，活动轮(903)呈浮动状态，钢缆(8)从固定轮(901)和活动轮(903)之间穿过，多个压紧单元模块沿钢缆(8)方向等间距设置，固定轮(901)在钢缆(8)一侧，活动轮(903)在钢缆(8)另一侧，在活动轮(903)一侧设置有具有沿钢缆(8)方向直线自由度的活动压块(904)，活动压块(904)连接活动压块驱动装置，所述活动压块(904)前端设置有导向部(9041)，活动压块(904)在向前推进过程中会依次与活动轮(903)接触。

6.根据权利要求5所述的大中型水轮发电机组转子智能吊装系统，其特征在于：所述活动压块驱动装置包括螺母(905)、丝杆(906)、减速器(908)和电机(909)，所述螺母(905)固定在活动压块(904)上，螺母(905)套装在丝杆(906)，丝杆(906)与螺母(905)螺纹配合连接，丝杆(906)两端通过轴承座(907)固定，丝杆(906)末端连接减速器(908)输出端，减速器(908)的输入端连接电机(909)。

7.根据权利要求6所述的大中型水轮发电机组转子智能吊装系统，其特征在于：所述电机(909)为伺服电机。

8.根据权利要求7所述的大中型水轮发电机组转子智能吊装系统，其特征在于：在压紧单元模块的固定轮(901)处设置压力传感器。

9.根据权利要求8所述的大中型水轮发电机组转子智能吊装系统，其特征在于：在固定板上设置用于监测活动压块(904)位置的光栅。

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