CN115493491A - 监测发电机变形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种监测发电机变形的方法，包括S1、在发电机充压前，确定监测位置和监测站点；S2、通过设置在监测站点上的监测装置，得到监测位置的位置信息，作为第一监测位置信息；S3、建立标准空间坐标系，将第一监测位置信息转换成标准空间坐标系下的第一坐标数据；S4、当发电机充压后，重新得到监测位置的位置信息，作为第二监测位置信息；S5、将第二监测位置信息拟合到标准空间坐标系中，得到第二坐标数据；S6、比较第一坐标数据和第二坐标数据，得出变形监测结果。本发明能有效地获得发电机监测位置在三维空间中的变化，可掌握发电机在充压前后发电机的变形规律，测量数据类型丰富且对现场的干预较小，保证机组的正常投运，提高设备可靠性。

Description

监测发电机变形的方法

技术领域

本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种监测发电机变形的方法。

背景技术

现有的某核电半速发电机通常采用氢氢水冷却方式，即发电机定子铁芯和转子线圈用氢气冷却，定子线圈用水冷却，该类型发电机膛内充满3bar氢气。发电机两端转子与定子之间使用单流环式密封瓦进行密封，转子由球型的三瓦块可倾瓦支撑。

在机组大修期间，发电机常常需要进行气体置换、气密试验等充泄压工作，与此同时，在膛内3bar气体的压力变化下发电机发生膨胀、收缩的弹性形变，以及两端支撑轴瓦瓦位以及密封瓦瓦位的变化。然而，当球型瓦瓦位不正时，容易造成启机过程中轴瓦温度过高、偏差过大，发生底瓦乌金面微熔等现象；当密封瓦瓦位不正时，则造成密封油流量不稳定，甚至出现氢侧密封油窜油跑气等现象。因此，需要清楚地掌握在充泄压时发电机本体等部件的变形规律，以及轴瓦、密封瓦等瓦位变化。

现有的关于发电机变形方面的监测，手段过于单一，例如仅仅通过测量底瓦顶轴油压的大小来反映变形前后轴瓦的相对位置，无法真正显示发电机变形的真实状态，更无法了解轴瓦瓦位变化的真实原因。此外，在传统的位移及变形监测中，常常采用磁力百分表或位移传感器架设至某一外部不动点来观测发电机本体某个方位的相对变化，测量维度单一，无法观测到设备在空间三维中的实际变化，并且因发电机周围环境空间所限可监测的测点极其有限，再加上大修期间检修工作的开展，百分表座更不易架设，常常发生误碰，测量不准确的问题，对数据分析准确性、有效性带来了极大的影响，同时也给现场正常的维修工作造成了干扰。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种测量精度高、准确可靠的监测发电机变形的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种监测发电机变形的方法，包括以下步骤：

S1、在发电机充压前，确定监测位置，设计监测方案；

S2、测量所述监测位置的坐标，得到坐标数据；

S3、拟合所述坐标数据，得到标准模型；

S4、根据所述标准模型，建立标准三维空间坐标系；

S5、当发电机充压至工作压力后，重新测量所述监测位置的坐标，并拟合到所述标准三维空间坐标系中，得出监测结果。

优选地，所述步骤S1具体包括：

S11、选取基准点和监测点；

S12、安装监测装置，所述监测装置的监测范围包括基准点和所述监测点；

S13、检查并校准所述监测装置。

优选地，步骤S2具体包括：

S21、测量所述基准点、监测点以及监测面的坐标；

S22、调整所述监测装置的安装位置，重复执行步骤S21，得到坐标数据。

优选地，所述步骤S21具体包括根据实际监测面特征选择单点、稳定点以及连续点进行测量。

优选地，所述步骤S3具体包括：

S31、将所述坐标数据拟合到同一空间坐标系中；

S32、以圆柱为特征体分别拟合发电机转子各部位的轮毂面，以平面为特征体分别拟合各监测面，得到标准模型。

优选地，所述步骤S3还包括以下步骤：

S33、对所述坐标数据进行降噪处理到同一空间坐标系中，或对所述标准模型进行降噪处理，得到降噪模型。

优选地，步骤S4具体包括以发电机转子靠背轮的圆柱端面圆心为坐标原点，以监测装置上方的垂直坐标为Z轴，Y轴平行于对轮端面建立标准三维空间坐标系。

优选地，所述步骤S5具体包括：

S51、当发电机充压至工作压力后，重新测量所述监测位置中监测点以及监测面的坐标；

S52、将所述发电机充压后的所述监测面的坐标拟合至所述标准模型的相应平面中，得出所述发电机充压前后同一平面上各点的相对位移；

S53、标注出所述发电机充压后的所述监测点的坐标，得出所述发电机充压前后所述监测点在所述标准三维空间坐标系中的变化情况；

S54、分析所述发电机充压前后的相对位移和变化情况，得出监测结果。

优选地，所述步骤S5还包括：

S55、分别标注出所述发电机充压前后大端盖上径向面测点至相应发电机转子轮毂处中心线的距离。

优选地，所述监测发电机变形的方法还包括以下步骤：

S6、在发电机充压后按照预设时间重复步骤S5。

实施本发明具有以下有益效果：本发明能有效地获得发电机监测位置在三维空间中的变化，清楚地掌握发电机在充压前后发电机的变形规律，测量数据类型丰富以及对现场的干预较小，保证机组的正常投运，提高设备可靠性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的监测发电机变形方法的流程框图；

图2是本发明的监测发电机变形方法步骤S1的具体流程框图；

图3是本发明的监测发电机变形方法步骤S2的具体流程框图；

图4是本发明的监测发电机变形方法步骤S3的具体流程框图；

图5是本发明的监测发电机变形方法的逻辑框图；

图6是本发明的发电机端部结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”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、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

图1和图5示出本发明的一种监测发电机变形的方法，包括以下步骤：

步骤S1、在发电机充压前，进行测量前的准备工作，确定监测位置和监测站点，设计监测方案。

如图2所示，具体地，步骤S1具体包括：

S11、确定监测位置，监测位置包括选取自发电机上的监测点和/或监测面；

其中，监测点和/或监测面的设置数量也可为若干个；结合图6，该图为某核电发电机端部结构示意图，监测的部件包括且不限于发电机本体4、大端盖、密封瓦室5、轴承7等，大端盖包括大端盖上半1和大端盖下半2。上述各监测的部件之间的结构关系大致为：发电机大端盖通过法兰螺栓紧固在发电机本体上；发电机密封瓦5通过立面法兰螺栓紧固在发电机大端盖上；发电机大端盖内部坐落有轴承瓦枕6，轴承瓦枕6上方为发电机轴承支撑至发电机转子；轴承瓦枕6用螺栓紧固在轴承压盖3上，以对轴承7起一定的紧力和限位作用。因此，关于监测点和/或监测面的选取可根据实际测量需求，在发电机本体及其部件上粘贴稳定的监测点。

进一步地，步骤S11中的选取自发电机上的监测面包括监测面上的单个监测点，或包括监测面上的多个监测点，监测点间隔一定距离设置。

S12、确定监测站点，将监测装置置于监测站点上；其中，监测站点的监测范围应包括监测位置，例如选定为发电机相邻的稳定平台上；监测装置可选用激光跟踪仪，将激光跟踪仪布置至发电机相邻的稳定平台上，如低压缸缸面洼窝处等。

S13、检查并校准监测装置，使监测装置保持竖直，完成测量前的准备工作。当激光跟踪仪充分预热后，使用TrackerCalib软件进行激光跟踪仪前视后视检查，并使用QVC功能校准；随后校准激光跟踪仪物理水平，保证设备垂直坐标在重力方向。

进一步地，步骤S11中，还包括确定发电机外的基准点；步骤S12中，确定多个监测站点，且每一监测站点的监测范围包括基准点和至少一个监测位置；由于单个监测站点的检测范围有限，不一定能包括所有的监测位置，因此需要确定多个监测站点，以完成所有监测位置的监测。当监测站点的数量为多个时，需要确定基准点进行测量；具体地，选取基准点具体包括在发电机相邻的低压缸或其他稳定的建筑物(如混凝土支柱等)上选取分散且稳定的基准点，并在每个基准点上对应布置基准靶球座；调整激光跟踪仪初始架设站点位置，保证激光跟踪仪中发出的激光束既能看到上述基准点，即布置的基准靶球座位置，又尽可能地看到发电机上布置的监测点。

S2、通过设置在监测站点上的监测装置，得到监测位置的位置信息，例如包括在该监测装置监测到各监测位置的距离、角度等数据，作为第一监测位置信息。

如图3所示，具体地，步骤S2具体包括：

S21、在一个监测站点得到基准点的位置信息和监测位置的第一监测位置信息；具体地，可采用SpatialAnalyzer(简称：SA)软件测量各基准点坐标，即测量各基准靶球座空间坐标，随后测量发电机上各稳定的监测点和/或监测面，监测面即可移动测量的几何面，如发电机转子不同位置处的轮毂圆柱(如油挡洼窝处、接地碳刷处、靠背轮处等)，密封瓦室轴向平面，发电机轴承7和轴承瓦枕6等部件的轴向平面，发电机大端盖油挡洼窝处的轴向面、径向面以及轴承上半未安装时，发电机轴承、轴承瓦枕6和发电机大端盖的水平中分面。

该步骤中选用的测点方法根据步骤S11中实际监测面上所选取的监测点情况进而选择单点、稳定点以及连续点等测量方式。单点、稳定点以及连续点是激光测量过程中的三种方式：单点是指靶球放好后，由人工进行采点；稳定点是指靶球放在监测面稳定后自动采点，这种方式一般会用在对一个物体连续测量并且监测点不太多的情况，介于单点和连续点之间；连续点是指靶球不离开被测物表面，连续测量，类似于扫描，适用于监测点点集较多的情况。

S22、切换监测站点，重复执行步骤S21，直至完成所有监测位置的测量；若设置在单个监测站点上的监测装置的监测范围无法完全包含所需要监测的监测点及监测面时，重新移动并调整监测装置至发电机另一侧的监测站点，新的站点保证能测到基准靶球座以及上述步骤中未测量的发电机各部件。重复执行步骤S21，测量基准靶球座的位置信息以及前次测量时发电机上未测量到的监测点及各部件表面的位置信息，综合得到第一监测位置信息。

S3、建立标准三维空间坐标系，将第一监测位置信息转换成标准三维空间坐标系下的第一坐标数据。

具体地，步骤S3中建立标准三维空间坐标系具体包括：

S31、以发电机的转子靠背轮的圆柱端面圆心为坐标原点，以竖直方向为Z轴，以Y轴平行于对轮端面建立标准三维空间坐标系。具体地，以发电机转子靠背轮的圆柱端面圆心为坐标原点，以监测装置的激光跟踪仪设备上方的垂直坐标为Z轴，Y轴平行于对轮端面建立标准三维空间坐标系；使用SA软件将各监测站点下的位置信息拟合到该标准三维空间坐标系中，即将发电机充压前，根据监测装置设置在不同监测站点下分别测量得到的第一监测位置信息拟合到同一空间坐标系中，从而将第一监测位置信息转换成标准三维空间坐标系下的第一坐标数据。

S4、当发电机充压至工作压力后，重新得到监测位置的位置信息，作为第二监测位置信息；如图4所示，步骤S4具体包括：

S41、在一个监测站点得到基准点的位置信息和监测位置的第二监测位置信息；

S42、切换监测站点，重复执行步骤S41，直至完成所有监测位置的测量。

S5、将第二监测位置信息拟合到标准三维空间坐标系中，得到第二坐标数据；

步骤S5还包括，将在各个监测站点测量的基准点的位置信息拟合至标准三维空间坐标系中，并得到所有监测位置在标准三维空间坐标系中的第一坐标数据和第二坐标数据。

S6、比较第一坐标数据和第二坐标数据，得出变形监测结果。通过比较发电机充压前后各部件形变，通过对上述数据的分析，根据不同部件相互之间的关系，可求得状态变化后各部件之间的相对位移以及实际变形量，得出变形监测结果。

步骤S6包括：

S61、以圆柱作为特征体分别拟合发电机充压前的转子各部位的轮毂面，以平面作为特征体分别拟合各监测面；以及

以圆柱作为特征体分别拟合发电机充压后的转子各部位的轮毂面，以平面作为特征体分别拟合各监测面；

比较充压前后的各拟合面，得出面变形结果；充压后通过重新拟合发电机转子各部位的轮毂面，得出发电机转子的圆心坐标，与发电机充压前的坐标对比，可得出发电机转子圆心在同一空间坐标系中的变化情况。具体地，使用SA软件标注出发电机充压后的监测点的坐标，得出发电机充压前后各监测点在标准三维空间坐标系中的变化情况；将发电机充压后的监测面的坐标拟合至标准三维空间坐标系中，得出发电机充压前后在标准三维空间坐标系中的同一平面上各点的相对位移；

进一步地，步骤S6还包括步骤S62、计算出发电机冲压前后大端盖上径向面上的监测点至转子轮毂处中心轴线的距离，得出油挡洼窝在充泄压后相对转子中心轴线的变化。

进一步地，步骤S6还包括以下步骤：

S63、对各特征体进行降噪处理。具体地，一般根据激光跟踪仪测量得到的位置信息往往有较多的噪声点，可能会导致误差出现，为了消除误差，因此可对各特征体进行降噪处理。以圆柱为特征体分别拟合发电机转子各部位的轮毂面，对拟合的圆柱中坐标进行降噪处理，并建立各圆柱关键点，即圆柱前中后中心点，连接前后中心点形成该圆柱中心轴线；以平面为特征体分别拟合各监测面，并对监测面进行降噪处理。

更一步地，发电机充压后可按照预设时间重复步骤S4至步骤S6。具体地，考虑发电机变形存在时滞性，可以在充压后的不同时间段，例如在刚充压、充压后2h、充压后24h等不同阶段，重复步骤S4至步骤S6，监测充压后发电机变形状态。可理解地，在发电机泄压后也可执行步骤S4至步骤S6，监测泄压后的发电机变形状态。

本发明弥补了国内对核电发电机因冷却介质的充泄压所引起的变形监测的缺失，能清楚地掌握在充泄压时发电机本体等部件的变形规律，以及轴瓦、密封瓦等瓦位变化，以在大修期间执行相应的瓦位调整及干预方案，保证机组的正常投运，提高设备可靠性。本发明所采用的激光跟踪仪测量发电机本体及部件变形的方式测量精度高、测量数据类型丰富以及对现场的干预较小，较传统监测方式，本发明采点丰富，能有效地获得设备在三维空间中的位置变化，提高了测量数据的准确性，降低对测量环境的要求以及对工作过程带来的干扰，从而掌握真实地变化规律，正确地指导设备调整工作。该方法可用于监测各台机组发电机在充压前、充压后2h以及充压后24h等不同阶段的状态，对发电机变形情况实现了可视化、可量化，进一步指导了发电机球型支撑轴承的调整工作，并且收集了密封瓦室端面真实的变形情况，为后续分析密封油流量变化以及密封瓦室更换工作奠定了良好基础。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种监测发电机变形的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在发电机充压前，确定监测位置和监测站点；

S2、通过设置在所述监测站点上的监测装置，得到所述监测位置的位置信息，作为第一监测位置信息；

S3、建立标准三维空间坐标系，将所述第一监测位置信息转换成所述标准三维空间坐标系下的第一坐标数据；

S4、当发电机充压至工作压力后，重新得到所述监测位置的位置信息，作为第二监测位置信息；

S5、将所述第二监测位置信息拟合到所述标准三维空间坐标系中，得到第二坐标数据；

S6、比较所述第一坐标数据和所述第二坐标数据，得出变形监测结果。

2.根据权利要求1所述的监测发电机变形的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

S11、确定监测位置，所述监测位置包括选取自所述发电机上的监测点和/或监测面；

S12、确定所述监测站点，将所述监测装置置于所述监测站点上；其中，所述监测站点的监测范围包括所述监测位置；

S13、检查并校准所述监测装置，使所述监测装置保持竖直。

3.根据权利要求2所述的监测发电机变形的方法，其特征在于，所述步骤S11中，还包括确定所述发电机外的基准点，所述步骤S12中，确定多个所述监测站点，且每一所述监测站点的监测范围包括所述基准点和至少一个所述监测位置；所述步骤S2具体包括：

S21、在一个所述监测站点得到所述基准点的位置信息和所述监测位置的所述第一监测位置信息；

S22、切换监测站点，重复执行步骤S21，直至完成所有监测位置的测量；

所述步骤S4具体包括：

S41、在一个所述监测站点得到所述基准点的位置信息和所述监测位置的所述第二监测位置信息；

S42、切换监测站点，重复执行步骤S41，直至完成所有监测位置的测量；

所述步骤S5还包括，将在各个所述监测站点测量的所述基准点的位置信息拟合至所述标准三维空间坐标系中，并得到所有所述监测位置在所述标准三维空间坐标系中的所述第一坐标数据和所述第二坐标数据。

4.根据权利要求2所述的监测发电机变形的方法，其特征在于，所述步骤S11中的选取自所述发电机上的监测面包括所述监测面上的单个监测点，或包括所述监测面上的多个监测点，所述监测点间隔一定距离设置。

5.根据权利要求3所述的监测发电机变形的方法，其特征在于，所述步骤S3中建立标准三维空间坐标系具体包括：S31、以所述发电机的转子靠背轮的圆柱端面圆心为坐标原点，以竖直方向为Z轴，以Y轴平行于对轮端面建立所述标准三维空间坐标系。

6.根据权利要求3所述的监测发电机变形的方法，其特征在于，所述步骤S6包括：

S61、以圆柱作为特征体分别拟合所述发电机充压前的转子各部位的轮毂面，以平面作为特征体分别拟合各监测面；以及

以圆柱作为特征体分别拟合所述发电机充压后的转子各部位的轮毂面，以平面作为特征体分别拟合各监测面；

比较充压前后的各拟合面，得出面变形结果。

7.根据权利要求6所述的监测发电机变形的方法，其特征在于，步骤S6还包括S62、计算出发电机冲压前后大端盖上径向面上的监测点至转子轮毂处中心轴线的距离，得出油挡洼窝在充泄压后相对转子中心轴线的变化。

8.根据权利要求6所述的监测发电机变形的方法，其特征在于，所述步骤S6还包括以下步骤：

S63、对各所述第二特征体进行降噪处理。

9.根据权利要求1所述的监测发电机变形的方法，其特征在于，所述监测发电机变形的方法还包括以下步骤：

S7、在发电机充压后按照预设时间重复步骤S4和步骤S5。

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