新型轉(zhuǎn)子吊裝監(jiān)測系統(tǒng)

王兆禹　劉亮　劉文峰　王一平

摘? 要：文章利用紅外線傳播速度快，不會(huì)受到反射界面和灰塵干擾等優(yōu)點(diǎn)，采用紅外線傳感器作為監(jiān)測裝置，并通過多個(gè)傳感器交錯(cuò)安裝形成了全方位無死角的測量范圍，通過全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控轉(zhuǎn)子的吊裝位置，避免發(fā)生與定子的碰撞。

關(guān)鍵詞：紅外線;傳感器;轉(zhuǎn)子

中圖分類號(hào)：TV734? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）34-0063-03

Abstract： In this paper， the infrared sensor is used as the monitoring device， and the measurement range without dead angle is formed through the staggered installation of multiple sensors. The lifting position of the rotor is monitored in real time in all directions to avoid collision with the stator.

Keywords： infrared ray; sensor; rotor

引言

發(fā)電廠水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子具有個(gè)頭大，重量重的特點(diǎn)，在檢修施工中一般采用人工插板的方式，將薄木板放入定、轉(zhuǎn)子縫隙，讓木板不斷的游動(dòng)，起重指揮人員根據(jù)插板人員的反饋信息，來判斷定、轉(zhuǎn)子間隙。但是這種方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，為了節(jié)約成本，采用紅外線傳感器對轉(zhuǎn)子吊裝過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子周圍布置紅外線傳感器，將轉(zhuǎn)子吊裝的過程通過傳感器傳送到電子顯示器，對整個(gè)吊裝過程起到監(jiān)測和控制作用。將紅外線傳感器應(yīng)用到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子吊裝的監(jiān)測定位環(huán)節(jié)，不僅可以做到高效率的監(jiān)測和定位，還可以減小人力，做到機(jī)械化和信息化，采用傳感器對轉(zhuǎn)子中心位置，轉(zhuǎn)子水平度，定子和轉(zhuǎn)子間隙，轉(zhuǎn)子聯(lián)軸位置角度進(jìn)行測量或定位，讓橋機(jī)司機(jī)和指揮人員用更便捷的方式判斷轉(zhuǎn)子位置，縮短轉(zhuǎn)子吊裝時(shí)間，提高轉(zhuǎn)子吊裝質(zhì)量和吊裝過程的安全性。

1 紅外線傳感器

1.1 傳感器的應(yīng)用與發(fā)展

現(xiàn)代的發(fā)展是依托于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵是信息技術(shù)的不斷變革，信息技術(shù)主要是指能夠快速的傳導(dǎo)和反饋信號(hào)，可以不間斷的將接收的信號(hào)發(fā)送到接收裝置。發(fā)送和接收的裝置主要是由傳感器構(gòu)成[1]。傳感器是將獲取的信號(hào)通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成另一種信號(hào)的元件。不同的信號(hào)會(huì)對應(yīng)不同的傳感器，傳感器也由最初的結(jié)構(gòu)型傳感器歷經(jīng)集成型傳感器發(fā)展到現(xiàn)在的智能型傳感器，隨著結(jié)構(gòu)的變化，傳感器也實(shí)現(xiàn)了從最初的單一信號(hào)間的傳遞發(fā)展為不同信號(hào)間的傳遞。智能傳感器主要是受計(jì)算機(jī)控制，可以自動(dòng)執(zhí)行一些計(jì)算操作，對傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并能對它的內(nèi)部行為進(jìn)行調(diào)節(jié)，采集最佳的數(shù)據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器所擁有的功能正在擴(kuò)大，可以進(jìn)行特征檢測、多維掃描等任務(wù)，手機(jī)，數(shù)碼設(shè)備，工業(yè)設(shè)備中都含有大量的傳感器。

1.2 傳感器的構(gòu)成

傳感器由敏感元件、傳感元件、變送器和其它輔助單元組成，有時(shí)也將信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路、輔助電源作為傳感器的組成部分。傳感器的組成框圖如圖1所示。

1.2.1 敏感元件

敏感元件是指能夠敏銳地感知被測變量并發(fā)出響應(yīng)的元件。不同材質(zhì)制成的元件可以感受不同的物理性質(zhì)，按照輸入的物理量可以分為熱敏元件、光敏元件、力敏元件、氣敏元件等。它可以感知物理、化學(xué)、生物的信息，可以超過人類感覺器官的功能，是傳感器的重要組成部分。

1.2.2 傳感元件

傳感元件不會(huì)感受到被測量，只能把敏感元件接收的信號(hào)經(jīng)過不同的規(guī)律轉(zhuǎn)化成可以被接收的信號(hào)，輸送到下一級(jí)。由于敏感元件接收的信號(hào)種類不同，包括溫度，氣壓，激光等，不方便遠(yuǎn)距離快速傳輸，大多都轉(zhuǎn)化成電信號(hào)進(jìn)行輸出。現(xiàn)在的傳感器內(nèi)部多采用集成電路，對傳感器的硬件和軟件兩方面進(jìn)行集成，包括：傳感器元件的集成，處理單元和識(shí)別單元的集成等。傳感器的智能化極大的提高了工業(yè)的發(fā)展，傳感器在市場上的比重也會(huì)與日俱增。

1.2.3 變送器

變送器是在傳感器的基礎(chǔ)上，將非標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，它有兩個(gè)功能，第一個(gè)功能是將各種從傳感器來的物理量轉(zhuǎn)變成一種信號(hào)，比如利用熱電偶，將溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?。第二個(gè)功能是將接收的信號(hào)通過運(yùn)算放大器輸送到其他儀表或接收裝置。變送器可以采集到微弱的信號(hào)放大，便于傳送或啟動(dòng)控制元件。

1.2.4 信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路

信號(hào)調(diào)節(jié)器作用是將原始信號(hào)加工，滿足下一環(huán)節(jié)輸入要求的需要。信號(hào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以進(jìn)行電平調(diào)整，信號(hào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以變換信號(hào)形式，匹配濾波和阻抗，將非線性信號(hào)調(diào)整為線性信號(hào)。

1.3 紅外線傳感器的結(jié)構(gòu)

紅外線傳感器由紅外光學(xué)系統(tǒng)、紅外調(diào)制系統(tǒng)、紅外探測器、前置放大器、信號(hào)處理器、顯示器伺服系統(tǒng)六部分組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。紅外光學(xué)系統(tǒng)可以感受到周圍環(huán)境的紅外線變化，能夠無接觸測量，將收集的信號(hào)傳送到下一級(jí)的紅外調(diào)制系統(tǒng)中。紅外調(diào)制系統(tǒng)能將接收的二進(jìn)制信號(hào)編碼調(diào)制為一系列的脈沖信號(hào)，同時(shí)也抑制其他信號(hào)的干擾，經(jīng)過調(diào)制的信號(hào)傳入到下一級(jí)經(jīng)前置放大器進(jìn)行放大處理輸送到信號(hào)處理器中，信號(hào)處理器是從紅外信號(hào)中提取景物的溫度、方位、相對運(yùn)動(dòng)速度等有關(guān)信息，送給顯示器伺服系統(tǒng)。紅外傳感器可以用于輻射和光譜測量，搜索跟蹤紅外目標(biāo)，確定物體的空間位置。

1.4 紅外線傳感器工作原理

紅外線通過接收器進(jìn)入到傳感器內(nèi)部，溫度的變化引起電荷的劇烈變化，電荷的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一系列的信號(hào)波動(dòng)，通過紅外調(diào)制系統(tǒng)將二進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，就可以被接收器接收并獲得物體的信息[5]。據(jù)此，紅外線傳感器可廣泛用于勘測、偵察、成像等領(lǐng)域。紅外傳感器將一部分的射線轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，通過電阻值的變化輸出信號(hào)，可以常溫動(dòng)作下操作，價(jià)格實(shí)惠。

2 監(jiān)測控制系統(tǒng)

2.1 監(jiān)測系統(tǒng)的組裝

水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子吊裝裝置由于結(jié)構(gòu)或功能限制，往往只有下端有機(jī)械軸承固定，而上端開放，這就使得轉(zhuǎn)子與定子之間的契合距離成為一個(gè)不容忽視的問題。針對這類轉(zhuǎn)子吊裝問題，新型的轉(zhuǎn)子吊裝監(jiān)測控制系統(tǒng)由六個(gè)紅外線傳感器組成，分別成60°夾角固定安裝在轉(zhuǎn)子四周，如圖3轉(zhuǎn)子安裝俯視圖所示。

整個(gè)轉(zhuǎn)子的安裝設(shè)計(jì)中，紅外測距儀無法直接放入轉(zhuǎn)子預(yù)先設(shè)計(jì)的六個(gè)位置中，需要用合適的卡具將紅外測距儀進(jìn)行固定，如圖4紅外測距傳感器卡具所示。

當(dāng)轉(zhuǎn)子在下降與定子契合的過程中，其身上的紅外測距傳感器將全方位的監(jiān)測，通過傳感器給出的信號(hào)能夠進(jìn)一步判斷出轉(zhuǎn)子與定子間的間距，從而保證水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子吊裝定位的順利進(jìn)行，如圖5所示。

轉(zhuǎn)子吊裝監(jiān)測控制系統(tǒng)如圖6所示。

2.2 監(jiān)測控制過程

當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子過近時(shí)會(huì)觸發(fā)警報(bào)，警報(bào)器組成主要由紅外傳感器、信號(hào)放大電路、電壓比較器、延時(shí)電路、音響報(bào)警電路和顯示電路等組成， 如圖7所示。

紅外線傳感器接受到的信號(hào)一方面會(huì)通過信號(hào)放大電路，電壓比較器，延時(shí)電路傳遞給音響報(bào)警電路發(fā)出警報(bào)，另一方面會(huì)傳遞到顯示電路上通過顯示器傳遞給操作員進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而避免危險(xiǎn)發(fā)生。

3 結(jié)束語

通過對轉(zhuǎn)子吊裝監(jiān)測系統(tǒng)的改進(jìn)，我們設(shè)計(jì)出了由多個(gè)紅外線傳感器組成的新型監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由六個(gè)紅外線傳感器構(gòu)成，通過傳感器全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控轉(zhuǎn)子的吊裝過程，避免發(fā)生與定子的碰撞。通過顯示器第一時(shí)間傳遞給操作員信息，以便進(jìn)行調(diào)控。紅外線傳感器的應(yīng)用極大地提高了監(jiān)測控制效率，解決了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子吊裝監(jiān)測的難題。

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