CN116553380B

CN116553380B - 水轮发电机转子吊装自动插板机构的对正监测系统及方法

Info

Publication number: CN116553380B
Application number: CN202310504009.5A
Authority: CN
Inventors: 孔祥初; 严天明; 王乐胜; 邬浩
Original assignee: China Yangtze Power Co Ltd
Current assignee: China Yangtze Power Co Ltd
Priority date: 2023-05-06
Filing date: 2023-05-06
Publication date: 2023-12-01
Anticipated expiration: 2043-05-06
Also published as: CN116553380A

Abstract

本发明公开了一种水轮发电机转子吊装自动插板机构的对正监测系统及方法，包括多个插板机构，还包括过流保护模块和激光对正系统，过流保护模块设置在主机内部与电源以及远程控制模块电性连接；激光对正系统包括多个激光测距传感器；激光测距传感器连接在插板机构端部，激光测距传感器的光照方向竖直向下；每个插板机构端部均连接有一个激光测距传感器；激光测距传感器均与主机内部的远程控制模块电性连接；多个激光测距传感器组成环形的光照阵列，与下方的标靶机构配合。该系统用于解决现有的水轮发电机组转子吊装下放过程中，转子容易与定子内壁发生碰撞的问题，具有可对转子下放过程进行对正情况监测并及时进行预警的特点。

Description

水轮发电机转子吊装自动插板机构的对正监测系统及方法

技术领域

本发明属于水轮发电机检修技术领域，特别涉及一种水轮发电机转子吊装自动插板机构的对正监测系统及方法。

背景技术

大型水轮发电机组定转子之间的间隙较小，在转子吊进、吊出时存在与定子发生磕碰、挤压等风险，往往需要人员在定转子间插板防护并监测；现有技术的插板方法较为简单，需要多个操作人员分别围站一圈在定子外围，然后每人手持一根绳索，绳索底端系有插板，操作人员在转子下放过程中需要不断抽动绳索，拉动插板上下滑动，通过手感的受力情况来感受插板是否被转子与定子挤压了；为此，操作人员需爬上爬下定子以及翻越汇流排，存在临边作业及处于吊物下方的安全风险；且通过人手来进行拉动插板的方式，不仅速率不均，且非常容易误判，也存在报警反馈不及时，报警后与吊机联动不及时的多种问题；本厂设计了一种自动插板机构来进行自动插板，但是在插板过程中需要及时获知转子是否对正，从而避免发生碰撞；因此，需要设计一种水轮发电机转子吊装自动插板的机构的对正监测系统及方法来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种水轮发电机转子吊装自动插板机构的对正监测系统及方法，该系统用于解决现有的水轮发电机组转子吊装下放过程中，转子容易与定子内壁发生碰撞的问题，具有可对转子下放过程进行对正情况监测并及时进行预警的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

水轮发电机转子吊装自动插板机构的对正监测系统，包括多个插板机构，插板机构包括主机，主机内部设置有电源、远程控制模块、无线模块和报警模块；还包括过流保护模块和激光对正系统，过流保护模块设置在主机内部与电源以及远程控制模块电性连接；激光对正系统包括多个激光测距传感器；激光测距传感器连接在插板机构端部，激光测距传感器的光照方向竖直向下；每个插板机构端部均连接有一个激光测距传感器；激光测距传感器均与主机内部的远程控制模块电性连接；多个激光测距传感器组成环形的光照阵列，与下方的标靶机构配合。

进一步地，过流保护模块选用LAMBODA品牌型号为R-10A的过温过流保护模块。

进一步地，远程控制模块选用STM32F103C8T6型号的单片机，单片机与无线模块配合进行远程控制；无线模块选用型号为HW-297的WIFI和蓝牙模块；电源选用可充电锂电池。

优选地，标靶机构包括环形结构的靶圈，靶圈上表面为环形结构的水平面，靶圈侧表面均为斜坡状的圆锥面结构。

优选地，靶圈侧表面的倾斜度小于30度。

优选地，靶圈侧表面连接有不少于三根螺纹伸缩杆，螺纹伸缩杆端部连接有胶垫与定子内壁抵触配合。

优选地，报警模块包括三色指示灯和蜂鸣器。

进一步地，多个插板机构周向连接在转子上表面。

水轮发电机转子吊装自动插板机构的对正监测系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，根据转子吊装施工的具体需求，选取若干个插板机构；以转子中心为原点建立平面坐标系，对若干个插板机构进行标号~n，每个标号对应一个具体的方位角度；

S2，将若干个插板机构等间距连接在转子表面，设置好插板的位置；

S3，将靶圈固定在定子下方，使靶圈的圆心与定子圆心重合；靶圈的内径大于转子的外径；

S4，标定激光对正机构：

启动激光测距传感器；使每台激光测距传感器的光点均落在靶圈上表面的环形结构的水平面上，并使所有的激光测距传感器的光点同圆；记录此时激光测距传感器的初始测距数值h；

S5，启动插板机构进行自动插板，然后通过起吊设备下放转子，对正监测系统进行预警：

S501，下放过程中，三色指示灯指示运行状态：正常运行时绿灯亮，投电未运行时黄灯亮，发生偏移时红灯亮；

S502，插板在转子与定子的缝隙间往复运动，当发生偏移时，定转子间隙过小，插板被定子和转子挤压，导致瞬时电流迅速升高超过设定的最大值，此时过流保护模块启动过流保护，驱动报警模块进行红灯警报，并通过蜂鸣器发出音报警；

S503，当发生偏移时，部分激光测距传感器向下照射的光点移动至靶圈的环形水平面以外，落在靶圈外侧的圆锥面上；此时也通过主机驱动报警模块进行红灯警报，并通过蜂鸣器发出音报警；

S6，当发生偏移后，通过对正监测系统进行数据计算和修正：

S601，当转子朝向某一方向偏移时，监测到对应方向的插板受到挤压，从而该标号的插板机构启动过流保护模块，获取该插板机构的标号m对应的方位角度α，将（α+180°）的方向定位为回调修正方向；

S602，获取标号m的激光测距传感器对应的测距数据h1，获取吊机下放的距离h2，计算激光测距传感器不偏移时的标准高度h3=h-h2；计算高度差△h= h1- h3；然后通过已知的靶圈斜面的角度β，根据正切函数计算偏移量x；将x设定为回调修正距离；

S603，通过上述计算数据来调度起吊设备进行调整，使转子朝着回调修正方向移动回调修正距离，从而完成快速修正；

S7，远程控制模块通过无线模块与终端设备通讯连接，操作人员通过终端设备查看吊装过程中的各个参数数据，并且通过远程控制模块控制主机相关设备复位以及启停。

进一步地，主机一端连接有运动机构；运动机构包括主机一端连接的支座，支座上表面连接有直流电机，直流电机输出端连接有卷线盘，卷线盘表面绕有刚性绳；支座一侧表面连接有伸缩杆，伸缩杆端部连接有U型架，U型架内壁转动连接有定滑轮；刚性绳另一端绕过定滑轮上表面与插板连接；插板与条状的卡槽滑动连接，卡槽背侧连接有磁铁与转子侧表面磁吸连接；卡槽内壁两侧开设有条状的滑槽与插板滑动连接，插板侧表面连接有条状的滑块与滑槽配合；卡槽底部连接有弹簧，弹簧通过弹性绳与插板底部连接；插板顶部和底部均连接有挂钩与刚性绳或弹性绳挂接。

进一步地，直流电机设置有型号为RYC-FB001的电机正反转驱动控制模块，电机正反转驱动控制模块与远程控制模块电性连接。

进一步地，激光测距传感器优选凯基特TLS-01C的激光测距传感器，可以在30m距离内检测检测垂直或倾斜的目标，不受颜色、材料或光泽度影响。

本发明的有益效果为：

该系统用于自动插板预警系统，与插板机构配合；当插板机构在动作过程中，利用过电流保护模块来检测是否存在顺时电流增大的现象，从而判定插板是否被定子和转子之间的缝隙夹住，进一步可以判断转子在吊装过程中是否与定子内壁发生了接触碰撞；通过激光对正系统可以对转子下放过程中是否偏移中心进行辅助判定；通过过电流保护系统与插板机构的配合，结合激光对正系统，可以计算出偏移的方位和偏移量，便于吊装机构进行定量回调和修正，极大地提高了转子吊装的效率。

附图说明

图1为本发明吊装的整体示意图；

图2为本发明吊装时的主视示意图；

图3为本发明中插板机构的主视示意图；

图4为本发明中支撑机构的结构示意图；

图5为本发明中支撑机构的主视示意图；

图6为本发明中支撑机构的侧视示意图；

图7为本发明中运动机构的结构示意；

图8为本发明中标靶机构的结构示意图；

图9为本发明中主机的接线框图示意图；

图中：插板机构1，转子11，主机14，支座141，直流电机142，伸缩杆143，U型架144，定滑轮145，卷线盘146，刚性绳147，插板2，卡槽21，弹簧22，弹性绳23，激光测距传感器31，靶圈32，电源4，远程控制模块5，无线模块6，报警模块7，终端设备8。

具体实施方式

实施例1：

如图1~图9中，水轮发电机转子吊装自动插板机构的对正监测系统，包括多个插板机构1，插板机构1包括主机14，主机14内部设置有电源4、远程控制模块5、无线模块6和报警模块7；还包括过流保护模块和激光对正系统，过流保护模块设置在主机14内部与电源4以及远程控制模块5电性连接；激光对正系统包括多个激光测距传感器31；激光测距传感器31连接在插板机构1端部，激光测距传感器31的光照方向竖直向下；每个插板机构1端部均连接有一个激光测距传感器31；激光测距传感器31均与主机14内部的远程控制模块5电性连接；多个激光测距传感器31组成环形的光照阵列，与下方的标靶机构配合。

进一步地，远程控制模块5选用STM32F103C8T6型号的单片机，单片机与无线模块6配合进行远程控制；无线模块6选用型号为HW-297的WIFI和蓝牙模块；电源4选用可充电锂电池。

优选地，标靶机构包括环形结构的靶圈32，靶圈32上表面为环形结构的水平面，靶圈32侧表面均为斜坡状的圆锥面结构。

优选地，靶圈32侧表面的倾斜度小于30度。

优选地，靶圈32侧表面连接有不少于三根螺纹伸缩杆143，螺纹伸缩杆143端部连接有胶垫与定子内壁抵触配合。

优选地，报警模块7包括三色指示灯和蜂鸣器。

实施例2：

进一步地，多个插板机构1周向连接在转子11上表面。

进一步地，主机14一端连接有运动机构；运动机构包括主机14一端连接的支座141，支座141上表面连接有直流电机142，直流电机142输出端连接有卷线盘146，卷线盘146表面绕有刚性绳147；支座141一侧表面连接有伸缩杆143，伸缩杆143端部连接有U型架144，U型架144内壁转动连接有定滑轮145；刚性绳147另一端绕过定滑轮145上表面与插板2连接；插板2与条状的卡槽21滑动连接，卡槽21背侧连接有磁铁与转子11侧表面磁吸连接；卡槽21内壁两侧开设有条状的滑槽与插板2滑动连接，插板2侧表面连接有条状的滑块与滑槽配合；卡槽21底部连接有弹簧22，弹簧22通过弹性绳23与插板2底部连接；插板2顶部和底部均连接有挂钩与刚性绳147或弹性绳23挂接。

进一步地，直流电机142设置有型号为RYC-FB001的电机正反转驱动控制模块，电机正反转驱动控制模块与远程控制模块5电性连接。

进一步地，激光测距传感器31优选凯基特TLS-01C的激光测距传感器31，可以在30m距离内检测检测垂直或倾斜的目标，不受颜色、材料或光泽度影响。

实施例3：

上述水轮发电机转子吊装自动插板机构的对正监测系统的方法，包括以下步骤：

S1，根据转子11吊装施工的具体需求，选取若干个插板机构1；以转子11中心为原点建立平面坐标系，对若干个插板机构1进行标号1~n，每个标号对应一个具体的方位角度；

S2，将若干个插板机构1等间距连接在转子11上表面；

S3，将靶圈32固定在定子下方，使靶圈32的圆心与定子圆心重合；靶圈32的内径大于转子11的外径；

S4，标定激光对正机构：

启动激光测距传感器31；使每台激光测距传感器31的光点均落在靶圈32上表面的环形结构的水平面上；并调整伸缩杆143的长度，使所有的激光测距传感器31的光点同圆；记录此时激光测距传感器31的初始测距数值h；

S5，在激光测距传感器31正下方的转子11侧表面依次吸附卡槽21，每个卡槽21均与转子11的轴向平行设置；然后将插板2通过滑槽结构与卡槽21滑动连接，将插板2顶部与刚性绳147挂接，底部与弹性绳23挂接；

S6，启动直流电机142，直流电机142设置有正反转控制模块，按照预设的频率执行周期性的正反转动，从而通过刚性绳147牵动插板2上升，然后放松刚性绳147，插板2受到弹性绳23以及弹簧22的拉力下降，从而使插板2在卡槽21内做上下往复运动；

S7，通过起吊设备下放转子11，进行预警：

S701，下放过程中，三色指示灯指示运行状态：正常运行时绿灯亮，投电未运行时黄灯亮，发生偏移时红灯亮；

S702，插板2在转子11与定子的缝隙间往复运动，当发生偏移时，定转子11间隙过小，插板2被定子和转子11挤压，导致直流电机142拉扯的负载瞬时增大、瞬时电流迅速升高超过设定的最大值，此时过流保护模块启动过流保护，驱动报警模块7进行红灯警报，并通过蜂鸣器发出音报警；

S703，当发生偏移时，部分激光测距传感器31向下照射的光点移动至靶圈32的环形水平面以外，落在靶圈32外侧的圆锥面上；此时也通过主机14驱动报警模块7进行红灯警报，并通过蜂鸣器发出音报警；

S8，当发生偏移后，通过对正监测系统进行数据计算和修正：

S801，当转子11朝向某一方向偏移时，监测到对应方向的插板2受到挤压，从而该标号的插板机构1启动过流保护模块，获取该插板机构1的标号m对应的方位角度α，将（α+180°）的方向定位为回调修正方向；

S802，获取标号m的激光测距传感器31对应的测距数据h1，获取吊机下放的距离h2，计算激光测距传感器31不偏移时的标准高度h3=h-h2；计算高度差△h= h1- h3；然后通过已知的靶圈32斜面的角度β，根据正切函数计算偏移量x；将x设定为回调修正距离；

S803，通过上述计算数据来调度起吊设备进行调整，使转子11朝着回调修正方向移动回调修正距离，从而完成快速修正，避免矫枉过正再次碰撞；

S9，远程控制模块5通过无线模块6与终端设备8通讯连接，操作人员通过终端设备8查看吊装过程中的各个参数数据，并且通过远程控制模块5控制主机14相关设备复位以及启停。

进一步地，步骤S702中，根据公式P=Fv；P=UI，可得Fv=UI，电压稳定，速度稳定的情况下，若插板2被挤压，负载迅速增大，导致F增大，故电流I也增大，超过过流保护整定值，过流保护此时动作，装置停止运行。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims

1.水轮发电机转子吊装自动插板机构的对正监测系统，包括多个插板机构（1），插板机构（1）包括主机（14），主机（14）内部设置有电源（4）、远程控制模块（5）、无线模块（6）和报警模块（7）；其特征在于：还包括过流保护模块和激光对正系统，过流保护模块设置在主机（14）内部与电源以及远程控制模块电性连接；激光对正系统包括多个激光测距传感器（31）；激光测距传感器（31）连接在插板机构（1）端部，激光测距传感器（31）的光照方向竖直向下；每个插板机构（1）端部均连接有一个激光测距传感器（31）；激光测距传感器（31）均与主机（14）内部的远程控制模块电性连接；多个激光测距传感器（31）组成环形的光照阵列，与下方的标靶机构配合；标靶机构包括环形结构的靶圈（32），靶圈（32）上表面为环形结构的水平面，靶圈（32）侧表面均为斜坡状的圆锥面结构；靶圈（32）侧表面连接有不少于三根螺纹伸缩杆，螺纹伸缩杆端部连接有胶垫与定子内壁抵触配合；报警模块（7）包括三色指示灯和蜂鸣器。

2.根据权利要求1所述的水轮发电机转子吊装自动插板机构的对正监测系统，其特征在于：所述靶圈（32）侧表面的倾斜度小于30度。

3.根据权利要求1~2任意一项所述的水轮发电机转子吊装自动插板机构的对正监测系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，根据转子（11）吊装施工的具体需求，选取若干个插板机构（1）；以转子（11）中心为原点建立平面坐标系，对若干个插板机构（1）进行标号1~n，每个标号对应一个具体的方位角度；

S2，将若干个插板机构（1）等间距连接在转子（11）表面，设置好插板的位置；

S3，将靶圈（32）固定在定子下方，使靶圈（32）的圆心与定子圆心重合；靶圈（32）的内径大于转子（11）的外径；

S4，标定激光对正系统：

启动激光测距传感器（31）；使每台激光测距传感器（31）的光点均落在靶圈（32）上表面的环形结构的水平面上，并使所有的激光测距传感器（31）的光点同圆；记录此时激光测距传感器（31）的初始测距数值h；

S5，启动插板机构（1）进行自动插板，然后通过起吊设备下放转子（11），对正监测系统进行预警：

S502，插板在转子（11）与定子的缝隙间往复运动，当发生偏移时，定转子间隙过小，插板被定子和转子（11）挤压，导致瞬时电流迅速升高超过设定的最大值，此时过流保护模块启动过流保护，驱动报警模块（7）进行红灯警报，并通过蜂鸣器发出音报警；

S503，当发生偏移时，部分激光测距传感器（31）向下照射的光点移动至靶圈（32）的环形水平面以外，落在靶圈（32）外侧的圆锥面上；此时也通过主机（14）驱动报警模块（7）进行红灯警报，并通过蜂鸣器发出音报警；

S601，当转子（11）朝向某一方向偏移时，监测到对应方向的插板受到挤压，从而该标号的插板机构（1）启动过流保护模块，获取该插板机构（1）的标号m对应的方位角度α，将（α+180°）的方向定位为回调修正方向；

S602，获取标号m的激光测距传感器（31）对应的测距数据h1，获取起吊设备下放的距离h2，计算激光测距传感器（31）不偏移时的标准高度h3=h-h2；计算高度差△h= h1- h3；然后通过已知的靶圈（32）斜面的角度β，根据正切函数计算偏移量x；将x设定为回调修正距离；

S603，通过上述计算数据来调度起吊设备进行调整，使转子（11）朝着回调修正方向移动回调修正距离，从而完成快速修正；

S7，远程控制模块（5）通过无线模块（6）与终端设备（8）通讯连接，操作人员通过终端设备（8）查看吊装过程中的各个参数数据，并且通过远程控制模块（5）控制主机（14）相关设备复位以及启停。