水輪機接力器計算機檢漏系統(tǒng)的研究

張西克 楊磊 劉紀新 宋慶軍

摘 要：在水利發(fā)電中，水輪機接力器的主要作用是將油壓力轉(zhuǎn)化成調(diào)節(jié)桿的推拉力，將軸向移動轉(zhuǎn)化成葉片繞樞軸的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)葉片安放角度改變的目的。由于水輪機接力器存在著漏油等缺點，在帶動葉片調(diào)角，容易造成水輪機組的接力器無法同步。因此，利用計算機技術(shù)，實現(xiàn)對水輪機接力器的泄漏檢測，是保證水輪機接力器的重要的措施和保證水輪機健康穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：接力器;計算機;泄漏檢測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.157

1 引言

在水利發(fā)電中，液壓接力器將工作液壓站的液壓油壓力轉(zhuǎn)化成調(diào)節(jié)桿的推拉力，帶動連桿—轉(zhuǎn)臂機構(gòu)將軸向移動轉(zhuǎn)化成葉片繞樞軸的轉(zhuǎn)動。由于接力器在一定工作年限后，會發(fā)生漏油故障，造成單個接力器無法動作，無法實現(xiàn)葉片調(diào)角，影響水輪機組的22個接力器無法同步，造成設備停機。

因此，利用先進的計算機技術(shù)手段，對接力器的工作油介質(zhì)的壓力和溫度及接力器位移和振動等參數(shù)進行檢測和故障分析，實現(xiàn)接力器漏油檢測、特別是活塞在任意上接力器的檢漏，對接力器運行狀態(tài)進行故障信息監(jiān)測，是保證水輪機健康穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)。

2 計算機檢漏系統(tǒng)設計

考慮到檢測裝置的可行性和操作簡易型，水輪機液壓接力器的計算機檢漏系統(tǒng)包括液壓加載系統(tǒng)、檢測傳感器、采集卡、PCL、工業(yè)一體式計算機及上位機故障診斷系統(tǒng)幾部分組成。系統(tǒng)設計方案如圖1所示。

2.1 硬件設計

（1）加壓液壓站設計。加壓液壓站為整個系統(tǒng)提供液壓動力源，并通過快速連接裝置實現(xiàn)與液壓接力器的快速連接。加壓液壓站共設計4路液壓加壓管路，每次測量可實現(xiàn)4個液壓接力器的計算機檢測。每路管路與液壓接力器的連接通過在活塞缸兩邊附加的三通閥連接，液壓接力器工作時，三通閥旁路關(guān)閉，實現(xiàn)接力器的正常作業(yè);檢測時三通閥旁路打開，斷開原工作管路，實現(xiàn)計算機檢測。

（2） PLC控制系統(tǒng)選型設計。PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)計算機檢測中的液壓站的控制?？刂葡到y(tǒng)硬件包括電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、A/D 模塊。電源模塊將AC220V的交流電壓轉(zhuǎn)換成24 V直流電，為其它模塊供電。CPU模塊用于控制總線上模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸，并執(zhí)行用戶程序。選擇德國西門子1200系列PLC，主CPU選擇1214。數(shù)字量輸入模塊用于將控制系統(tǒng)送來的外部數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成S7-1200內(nèi)部信號電平， 選擇1塊16點輸入的SM1221。輸出模塊用于將S7-1200內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)所要求的外部信號電平，選擇1塊16點輸出的SM1222。

（3）檢測傳感器選型。4路檢測管路中，每路需要檢測進出口液壓壓力，液壓站的工作壓力最大為10MPa，最大工作壓力16Mpa，因此選擇量程為0-16 MPa的壓力傳感器，變送輸出信號為4-20mA。液壓接力器的位移檢測選擇軸編碼器共需8路模擬量口，接力器位移檢測采用光電軸編碼器實現(xiàn)。因此選擇選擇2000脈沖的NPN開路集電極輸出的增量式光電軸編碼器。

（4）采集卡。采集卡用于實現(xiàn)液壓接力器在計算機檢測中的壓力和位移信號，并通過計算機的PCI槽與檢測計算機相連。采集卡選擇研華的PCI1516卡即可滿足需求。

（5）計算機選型。計算機用于實現(xiàn)PLC的組態(tài)控制，控制液壓站對被檢測的接力器加壓，并將壓力及位移信號通過采集卡轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。為了現(xiàn)場操作方面，本系統(tǒng)選擇Triple Saver型號的一體式工業(yè)控制計算機。

2.2 軟件設計

利用采集的壓力和位移信號對液壓接力器的泄露故障進行檢測，需對采集的壓力等信號進行時頻分析，采用Matlab語言編寫和特征提取的程序，用Visual C++完成上位機組態(tài)監(jiān)控界面設計，實現(xiàn)接力器泄漏的故障診斷。

在時頻分析時，利用希爾伯特黃變換對接力器狀態(tài)參數(shù)進行EMD能量熵的分解，并獲取每一個分量的內(nèi)并模態(tài)函數(shù)（IMF），利用獲得的每個IMF條件分量的特征值利用進行故障識別，其故障識別算法流程為圖2 所示。

上位機監(jiān)控采用Visual C++完成，實現(xiàn)故障信息監(jiān)測，如圖3所示。

3 結(jié)束語

論文采用上位機、數(shù)據(jù)采集卡、PLC、液壓站及壓力和位移傳感器，實現(xiàn)了接力器的計算機泄露檢測及故障診斷，該系統(tǒng)已經(jīng)成功應用在泰山抽水蓄能電站，目前應用效果良好，為該電站的接力器故障診斷提供了有力的保障。

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作者簡介：張西克（1982-），男，山東泰安人，工程碩士，副高級工程師，從事技術(shù)管理與機械狀態(tài)檢測及機械故障診斷等科研工作。