水电机组轴线测量装置的制作方法

本发明涉及水电机组安装检修领域，特别涉及一种水电机组轴线测量装置。

背景技术：

机组盘车是水电厂机组安装检修工作中十分重要的环节，通过对盘车数据进行分析，检查机组的轴线质量，为轴线处理及各导轴承瓦间隙的计算、分配提供依据，盘车质量直接影响到轴线质量。如果轴线质量不好，或轴线运转的空间位置调整不当，或各部轴承中心位置不重合，主轴在运转中就会产生过大的摆动，引起转动部件不平衡力增大，固定部件振动加剧等，使轴承运行条件恶化，严重威胁机组的安全稳定运行。

水电机组盘车过程中，首先要测量轴线数据，现有技术，机组的“盘车”都是采用传统的八点等角盘车方法，该方法是在转动部件的推力头处，将主轴等分为八点，即八个轴号。盘车时，依次在每个轴号处准确停留，并检查主轴是否处于自由状态，然后用百分表测量主轴在上导、法兰和水导等处的摆度数据，计算出法兰和水导的净摆度，再在方格纸上按事先定好的比例，分别绘制出法兰和水导的净摆度曲线。根据该曲线确定摆度最大值的大小、方位，并进行处理。但是由于机组转动部件质量高、惯性大，在操作时随机性较大，要准确停留在某个特定的轴号上非常困难，不是转过头就是转不到位，使盘车数据与特定轴号对应不准，增加盘车摆度计算的误差，降低了盘车质量，使得对盘车摆度大小及方位的判断带有一定的盲目性，直接影响了下一步轴线处理的难度，多数情况是增加了轴线处理的重复次数，延误直线工期，数据的不可靠性有时还会造成检修工作质量下降，给机组的安全稳定运行埋下隐患。

多点任意角盘车技术：国内一些水电厂在提高机组盘车质量方面做了很多探索和研究，但主要集中在盘车数据的处理环节，将传统8点盘车得到的测量结果通过曲线拟合的办法求出摆度特性曲线，然后，借助该曲线确定最大摆度值及其方位。由于这种办法在数据采集方面无法保证盘车数据的可靠性，同时，轴线处理时，加垫或刮削量的控制完全取决于技术人员的经验，误差很大，因此，对提高盘车质量作用不明显。对于“多点任意角盘车”，虽有人提出了相关理论，但在实际盘车工作中，还没有得到应用。

2003年乌溪江水电厂利用自主开发的悬式三导机组轴线处理软件进行机组轴线处理，该软件根据机械盘车数据，经过模拟曲线、剔除异常点、引入曲线可靠度、即时输出最佳轴线处理方向和数值，并对处理后的摆度实现预控，经湖南镇水电站3号机和黄坛口水电站4号机大修盘车实际应用，效果理想。针对使用常规测量方法存在的诸多弊病，如测量方法效率低、测量手段(设备)精度低、数据可靠性差、受主客观因素影响较大等，2004年水电八局在三峡左岸1#机组安装工作中采用了“光电测量法”，结果表明在测量速度、测量结果准确性、测量环境对测量结果影响等方面效果显著。因此，认为采用先进测量技术和通信技术可解决采用传统盘车方法时在数据测量环节存在的问题。

技术实现要素：

本发明的目的就在于要克服上述现有技术存在的缺陷，而提供一种水电机组轴线测量装置，从而避免了以往方法中存在的测量误差，减少了人工操作工作，减少了工作人员的劳动强度，加快盘车进度，可靠性高，也可以用于大型转动部件圆度的测量，实用性强。

本发明是由角度测量装置、数个摆度测量装置和计算机组成，角度测量装置和数个摆度测量装置以无线方式分别与计算机进行数据交换；

角度测量装置包括角度内部处理装置、光电编码器、数据线和光电编码器支架和编码器接口电路，光电编码器支架固定设置在油槽上，光电编码器安装在光电编码器支架上端，并与主轴同一轴心，编码器接口电路固定设置在角度内部处理装置内，光电编码器通过数据线连接在编码器接口电路上；

所述角度内部处理装置内具有微处理器、无线模块、键盘、显示器、信号发射器、电源和电池，无线模块、键盘、显示器、电源和电池分别与微处理器相连接，，信号发射器连接在无线模块上；

摆度测量装置包括摆度内部处理装置、微调平台Ⅰ、数据线、微调平台Ⅱ、探头Ⅰ、探头Ⅱ、电涡流传感器Ⅰ、电涡流传感器Ⅱ和A/D接口电路，A/D接口电路固定设置在摆度内部处理装置内，电涡流传感器Ⅰ和电涡流传感器Ⅱ分别与A/D接口电路相连接，探头Ⅰ设置在微调平台Ⅰ上，探头Ⅱ设置在微调平台Ⅱ上，探头Ⅰ与探头Ⅱ在同一平面的X、Y方向呈垂直方位设置，探头Ⅰ和探头Ⅱ分别通过数据线与摆度内部处理装置相连接，摆度内部处理装置与角度内部处理装置组成结构相同；

计算机上具有信号接收器，信号发射器与信号接收器相配合。

本发明的工作原理：

使用时，根据需要，选择至少一个摆度测量装置，当选择数个摆度测量装置时，数个摆度测量装置的传感器探头必须垂直在同一轴线上，分别将角度测量装置和摆度测量装置摆放到指定位置，再把光电编码器连接到主轴上，打开摆度测量装置的电源，待开机后进入主菜单，查看角度测量装置和摆度测量装置的(上、下、水导)是否正确，如果不正确，根据传感器探头所在测量端的位置，进入主菜单调整，其它参数一般保持默认值；如果不小心修改了除位置外的默认值，可恢复出厂设置，进入摆度测量装置的主菜单，选择“调整探头”选项，然后手动调整探头与待测面的距离，使位移值在1000μm左右(不要求一定调整到1000μm，越接近越好)，调整好初始位移后，进入摆度测量装置的主菜单，选择“开始预热”，等待30min预热，预热完成后，进入摆度测量装置的主菜单，选择“开始预热”，等待测试；

接通角度测量装置的电源，进入主菜单选择“开始测试”，等待测试，把数传电台模块通过USB连接到电脑，打开盘车系统数据采集软件，点击查找测试端，确保每个测试点都处于测控网络中，如果有测量端没有被发现，检查测量端是否设置正确，待检查到所有测量端口后便可以进行盘车数据的采集；

在仪器以表中，为了降低成本，通常采用触点式的开关作为输入设备，但是在操作时，由于机械触点的弹性作用，其闭合和断开并不是那么理想，也就是按键的抖动现象，本发明采用了软件的方法消除抖动，在CPU检测按键变位信号后，调用一个延时函数就可以实现，通常延时函数的延时时间设计成10～20ms；

角度测量装置工作时，打开电源，光电编码器与主轴同心转动，主轴转动，光电编码器采集主轴转动角度数值，将测量的角度数值通过编码器接口电路传输给摆度内部处理装置，摆度内部处理装置将采集的数据传输给计算机；

摆度测量装置工作时，通过微调平台Ⅰ调整探头Ⅰ与主轴的距离，通过微调平台Ⅱ调整探头Ⅱ与主轴的距离，探头Ⅰ与探头Ⅱ在同一平面的X、Y方向呈垂直方位设置，调完后，启动摆度测量装置，然后将采集的摆度数据通过A/D接口电路传输给摆度内部处理装置内，摆度内部处理装置将采集的数据传输给计算机，计算机进行分析和处理数据。

本发明的有益效果：

1、本发明测量精度高，避免了人工数据处理的误差，采用位移传感器测量各观测点的摆度，光电编码器测量各测点对应的角度，提高了测量的精确度，减少了人工读表可能带来的误差，测量数据采用数传电台方式发送到上位机，避免了繁琐的现场布线，减少工作人员劳动强度，安装使用更方便快捷，同时可避免长距离电缆传输带来的干扰噪声，提高了位移测量的稳定性和精度；

2、本发明可实现任意角的摆度测量，传统的人工盘车通常只选取八个点进行摆度测量，引入无线数据采集系统后，可以实现360°任意角度的测量，避免了盘车时由于测量位置不准确造成的对盘车质量的影响；

3、本发明数据实时，可视化的处理，利用无线数据采集系统，可以实时采集盘车过程中各监测点的摆度值，同时，后台的数据分析处理软件可是快速完成盘车数据的分析处理，绘出摆度坐标曲线，便于轴线分析；

4、本发明可给出切实可行的轴线处理意见，加快盘车速度。在进行数据处理中，能够根据采集的盘车数据，进行摆度计算分析，给出轴线调整的处理意见，对现场的技术人员以指导，避免了由于手工计算可能带来的计算误差，因此，根据演示的指导，能更精准的完成盘车任务，提高处理速度。

5、本发明的采用可显著缩短检修工期，提高电站、机组运行的灵活性，提高检修质量，使机组运行的安全稳定性得到保证，减少日常维护的工作量。

附图说明

图1是本发明工作时的结构示意图。

图2是本发明角度测量装置的工作流程示意图。

图3是本发明摆度测量装置的工作流程示意图。

图4是本发明键盘工作原理示意图。

图5是本发明键盘的抖动波形示意图。

图6是本发明传感器电涡流传感器输出特性曲线图。

图7是本发明数据处理的曲线拟合窗体图。

图8是本发明机组盘车数据采集结果窗体图。

图9是本发明数据处理软件给出的轴线处理建议窗体图。

具体实施方式

请参阅图1、图2和图3所示，本发明是由角度测量装置1、数个摆度测量装置2和计算机3组成，角度测量装置1和数个摆度测量装置2以无线方式分别与计算机3进行数据交换；

角度测量装置1包括角度内部处理装置11、光电编码器12、数据线13和光电编码器支架14和编码器接口电路15，光电编码器支架14固定设置在油槽41上，光电编码器12安装在光电编码器支架14上端，并与主轴4同一轴心，编码器接口电路15固定设置在角度内部处理装置11内，光电编码器12通过数据线13连接在编码器接口电路15上；

所述角度内部处理装置11内具有微处理器111、无线模块112、键盘113、显示器114、信号发射器115、电源116和电池117，无线模块112、键盘113、显示器114、电源116和电池117分别与微处理器111相连接，，信号发射器115连接在无线模块112上；

摆度测量装置2包括摆度内部处理装置21、微调平台Ⅰ22、数据线13、微调平台Ⅱ23、探头Ⅰ24、探头Ⅱ25、电涡流传感器Ⅰ26、电涡流传感器Ⅱ27和A/D接口电路28，A/D接口电路28固定设置在摆度内部处理装置21内，电涡流传感器Ⅰ26和电涡流传感器Ⅱ27分别与A/D接口电路28相连接，探头Ⅰ24设置在微调平台Ⅰ22上，探头Ⅱ25设置在微调平台Ⅱ23上，探头Ⅰ24与探头Ⅱ25在同一平面的X、Y方向呈垂直方位设置，探头Ⅰ24和探头Ⅱ25分别通过数据线13与摆度内部处理装置21相连接，摆度内部处理装置21与角度内部处理装置11组成结构相同；

计算机3上具有信号接收器31，信号发射器115与信号接收器31相配合。

本发明实施的工作原理和过程：

请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，使用时，根据需要，选择至少一个摆度测量装置2，当选择数个摆度测量装置2时，数个摆度测量装置2的传感器探头必须垂直在同一轴线上，分别将角度测量装置1和摆度测量装置2摆放到指定位置，再把光电编码器12连接到主轴4上，打开摆度测量装置2的电源，待开机后进入主菜单，查看角度测量装置1和摆度测量装置2的(上、下、水导)是否正确，如果不正确，根据传感器探头所在测量端的位置，进入主菜单调整，其它参数一般保持默认值；如果不小心修改了除位置外的默认值，可恢复出厂设置，进入摆度测量装置2的主菜单，选择“调整探头”选项，然后手动调整探头与待测面的距离，使位移值在1000μm左右(不要求一定调整到1000μm，越接近越好)，调整好初始位移后，进入摆度测量装置2的主菜单，选择“开始预热”，等待30min预热，预热完成后，进入摆度测量装置2的主菜单，选择“开始预热”，等待测试；

接通角度测量装置1的电源，进入主菜单选择“开始测试”，等待测试，把数传电台模块通过USB连接到电脑，打开盘车系统数据采集软件，点击查找测试端，确保每个测试点都处于测控网络中，如果有测量端没有被发现，检查测量端是否设置正确，待检查到所有测量端口后便可以进行盘车数据的采集；

在仪器以表中，为了降低成本，通常采用触点式的开关作为输入设备，但是在操作时，由于机械触点的弹性作用，其闭合和断开并不是那么理想，也就是按键的抖动现象，本发明采用了软件的方法消除抖动，在CPU检测按键变位信号后，调用一个延时函数就可以实现，通常延时函数的延时时间设计成10～20ms；

角度测量装置1工作时，打开电源116，光电编码器12与主轴4同心转动，主轴4转动，光电编码器12采集主轴4转动角度数值，将测量的角度数值通过编码器接口电路15传输给摆度内部处理装置21，摆度内部处理装置21将采集的数据传输给计算机3；

摆度测量装置2工作时，通过微调平台Ⅰ22调整探头Ⅰ24与主轴4的距离，通过微调平台Ⅱ23调整探头Ⅱ25与主轴4的距离，探头Ⅰ24与探头Ⅱ25在同一平面的X、Y方向呈垂直方位设置，调完后，启动摆度测量装置2，然后将采集的摆度数据通过A/D接口电路28传输给摆度内部处理装置21内，摆度内部处理装置21将采集的数据传输给计算机3，计算机3进行分析和处理数据。