专利名称：大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能复合控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及水力发电技术，具体说就是一种大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能控制系统。
背景技术：
大型水轮发电机的转子直径较大，重量可达几百吨。因受运输条件的限制，转子上的磁轭等大型部件，均需在工地进行安装。磁轭是由若干张3-4mm厚的钢片组成，集中了发电机转子2/3以上的重量，故大型水轮发电机在运行中，磁轭所产生的离心力是巨大的，可达近万吨。所以在磁轭安装时采用磁轭打键的方法预先给磁轭与转子支臂一预紧力，使 磁轭与转子支臂的径向胀紧量达到能满足机组安全运行的需要。磁轭打键分为冷打键和热打键两个步骤。磁轭冷打键主要目的是调整磁轭圆度，以减少磨圆工作量，使热打键时能获得准确的紧量；先用测圆架及千分表测得磁轭外圆的圆度；根据磁轭圆度记录，先打入半径方向偏小(凹入)的几个区域的磁轭键，借以调整磁轭圆度与偏心度，然后均匀、对称地用IOkg大锤把全部磁轭键打紧，直至连续三锤，键只下去O. 5—Imm为合格。打紧过程中注意测量转子圆度变化，随时进行调整；各键上端露出长度能满足热打键时打入深度，在各配对键的侧面用划针画一横线，作为热打键的起始线。磁轭热打键根据已选定的分离速度(一般为额定速度的L 4倍)时的离心力，计算出磁轭径向变形增量，从而计算出磁轭与转子支臂的温差At。加热磁轭使它膨胀，在冷打键的基础上，再在热状态下打入与其径向变形增量相等的预紧量，借以抵消机组运行中磁轭的径向变形增量。磁轭相对转子支臂的温差计算-.At= ζ/r.a, ζ —磁轭单侧紧量
(间隙增量ζ )，mm ；r---磁轭重心半径,mm ；a---线膨胀系数。磁轭键打入深度计算L =
i/j, ξ —磁轭单侧紧量(间隙增量磁轭键斜率，通常取1/200。加热方法有铜损法、铁损法和电热法等；在控制方法上是根据以往经验人工操作加热过程，升温速度过快，则使磁轭在受热膨胀时内外温度不均而产生内应力，升温速度过慢，则使周期太长，延长工作进度；在测量间隙增量的方法上是采用量具手工测量，误差较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动执行加热工艺规定的“升温速度”和“间隙增量”、改变人工操作加热过程和采用量具手工测量的现状、使热打键安装过程全自动化的大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能控制系统。本发明的目的是这样实现的大型水轮发电机转子磁轭热打键安装，是由保温壳体8、磁轭组件30、磁轭键13和转子支臂组件31组成的，保温壳体8连接磁轭组件30，磁轭组件30连接磁轭键13，磁轭键13连接转子支臂组件31。本发明大型水轮发电机转子磁轭热打键安装还有以下技术特征(I)所述的保温壳体8包括硅酸铝保温层7、工业炉测温钼电阻9、送风管道10和热风机11，硅酸铝保温层7位于保温壳体8内部，热风机11连接送风管道10，送风管道10连接保温壳体8。(2)所述的磁轭组件30包括磁轭12、激光测距仪安装板6和激光测距仪5，磁轭12连接激光测距仪安装板6，激光测距仪安装板6连接激光测距仪5。(3)所述的转子支臂组件31包括转子支臂14、激光反射板4、转子支臂测温钼电阻2、喷水管道3和喷头15，转子支臂14连接激光反射板4，转子支臂测温钼电阻2设置在转子支臂14表面，喷水管道3连接喷头15，喷水管道3和喷头15设置在转子支臂14外侧。本发明大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能控制系统，它是由输入系统32、小型DCS系统18、热风机11、喷水电磁阀16和电铃17组成的，输入系统32连接小型DCS系统18，小型DCS系统18连接热风机11、喷水电磁阀16和电铃17。本发明大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能控制系统还有以下技术特征
(I)所述的输入系统32包括工业炉测温钼电阻9、环境温度测温钼电阻I、转子支臂测温钼电阻2和激光测距仪5，工业炉测温钼电阻9、环境温度测温钼电阻I、转子支臂测温钼电阻2和激光测距仪5分别连接小型DCS系统18。(2)所述的小型DCS系统(18)是由钼电阻输入模板(19)、特殊钼电阻输入模板
(35)、模拟量输入模板(21)、控制器内部现场总线(20)、开关量输出模板(22)、特殊开关量输出模板(23)、三相固态继电器(24)、固态继电器(25)、主控制器板(26)、工业计算机(27)和打印机(28)组成的，钼电阻输入模板(19)、特殊钼电阻输入模板(35)、模拟量输入模板
(21)分别连接控制器内部现场总线(20)，控制器内部现场总线(20)分别连接开关量输出模板(22)、特殊开关量输出模板(23)和主控制器板(26),开关量输出模板(22)连接三相固态继电器(24)，特殊开关量输出模板(23)连接固态继电器(25)，主控制器板(26)连接工业计算机(27)，工业计算机(27)连接打印机(28)。(3)所述的小型DCS系统(18)的系统软件由I/O组态软件、控制策略组态软件、报警事件组态软件、报表管理组态软件、历史数据管理组态软件、画面及浏览组态软件、类C语言组态软件等组成，利用系统软件可以开发出专用软件。(4)所述的小型DCS系统(18)的专用软件由操作使用画面和智能复合控制算法组成。操作使用画面包括a.设定参数画面；b.显示参数表格画面；c.动态主视参数画面；d.动态俯视参数画面。智能复合控制算法包括a.存储加热工艺，即存储设定“升温速度”、设定“间隙增量”。b.采用三位式控制算法使“平均温差”按照存储加热工艺的设定“升温速度”进行升温。c.采用二位式控制算法使“转子支臂平均温度”恒等于“环境温度”。d.当“间隙增量”等于或大于设定“间隙增量”时，工作结束，开始热打键。本发明大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能控制系统，根据各种大型发电机的型号和过去的工作经验，存储多个加热工艺，在小型DCS的控制下，自动执行加热工艺规定的“升温速度”和“间隙增量”，改变了人工操作加热过程和采用量具手工测量的现状，使热打键安装过程全自动化。
图I为本发明主视安装示意图；图2为本发明俯视安装示意图3为小型DCS系统原理图；图4为画面I (设定参数画面)示意图；图5为画面2 (显示参数表格画面)示意图；图6为画面3 (动态主视参数画面)示意图；图7为画面4 (动态俯视参数画面)示意图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明作进一步说明。实施例1，结合图I、图2、图3，本发明大型水轮发电机转子磁轭热打键安装，是由 保温壳体(8)、磁轭组件(30)、磁轭键(13)和转子支臂组件(31)组成的，保温壳体(8)连接磁轭组件(30)，磁轭组件(30)连接磁轭键(13)，磁轭键(13)连接转子支臂组件(31)。本发明大型水轮发电机转子磁轭热打键安装，还有以下技术特征所述的保温壳体(8)包括硅酸铝保温层(7)、工业炉测温钼电阻(9)、送风管道(10)和热风机(11)，硅酸铝保温层(7)位于保温壳体⑶内部，热风机(11)连接送风管道
(10)，送风管道(10)连接保温壳体(8)。所述的磁轭组件(30)包括磁轭(12)、激光测距仪安装板(6)和激光测距仪(5)，磁轭(12)连接激光测距仪安装板￠)，激光测距仪安装板(6)连接激光测距仪(5)。所述的转子支臂组件(31)包括转子支臂(14)、激光反射板(4)、转子支臂测温钼电阻(2)、喷水管道(3)和喷头(15)，转子支臂(14)连接激光反射板(4)，转子支臂测温钼电阻(2)设置在转子支臂(14)表面，喷水管道(3)连接喷头(15)，喷水管道(3)和喷头
(15)设置在转子支臂(14)外侧。本发明大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能控制系统，它是由输入系统、小型DCS系统(18)、热风机(11)、喷水电磁阀(16)和电铃(17)组成的，输入系统
(32)连接小型DCS系统(18)，小型DCS系统(18)连接热风机(11)、喷水电磁阀(16)和电铃(17)。本发明大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能控制系统，还有以下技术特征所述的输入系统(32)包括工业炉测温钼电阻(9)、环境温度测温钼电阻(I)、转子支臂测温钼电阻⑵和激光测距仪(5)，工业炉测温钼电阻(9)、环境温度测温钼电阻(I)、转子支臂测温钼电阻(2)和激光测距仪(5)分别连接小型DCS系统(18)。所述的小型DCS系统(18)是由钼电阻输入模板(19)、特殊钼电阻输入模板(35)、模拟量输入模板(21)、控制器内部现场总线(20)、开关量输出模板(22)、特殊开关量输出模板(23)、三相固态继电器(24)、固态继电器(25)、主控制器板(26)、工业计算机(27)和打印机(28)组成的，钼电阻输入模板(19)、特殊钼电阻输入模板(35)、模拟量输入模板
(21)分别连接控制器内部现场总线(20)，控制器内部现场总线(20)分别连接开关量输出模板(22)、特殊开关量输出模板(23)和主控制器板(26),开关量输出模板(22)连接三相固态继电器(24)，特殊开关量输出模板(23)连接固态继电器(25)，主控制器板(26)连接工业计算机(27)，工业计算机(27)连接打印机(28)。所述的小型DCS系统(18)的系统软件由I/O组态软件、控制策略组态软件、报警事件组态软件、报表管理组态软件、历史数据管理组态软件、画面及浏览组态软件、类C语言组态软件等组成，利用系统软件开发专用软件。所述的小型DCS系统(18)的专用软件由操作使用画面和智能复合控制算法组成；操作使用画面包括a.设定参数画面；b.显示参数表格画面；c.动态主视参数画面；d.动态俯视参数画面。智能复合控制算法包括a.存储加热工艺，即存储设定“升温速度”、设定“间隙增量” ;b.，采用三位式控制算法使“平均温差”按照存储加热工艺的设定“升温速度”进行升温；c.采用二位式控制算法使“转子支臂平均温度”恒等于“环境温度”;d.当“间隙增量”等于或大于设定“间隙增量”时，工作结束，开始热打键。实施例2，结合图I-图7，本发明由保温壳体(8)、硅酸铝保温层(7)、热风机(11)、送风管道(10)、工业炉测温钼电阻(9)、转子支臂测温钼电阻(2)、环境温度测温钼电阻
(I)、喷水电磁阀(16)、喷水管道(3)、喷头(15)、激光测距仪(5)、激光测距仪安装板(6)、 激光反射板(4)、电铃(17)、小型DCS系统(18)及专用软件组成。具体工作过程如下所述I、硬件在专用软件作用下的工作过程由保温壳体(8)、硅酸铝保温层(7)、热风机(11)、送风管道(10)组成对磁轭(12)封闭式加热的工业炉，其炉内温度由多支工业炉测
温钼电阻(9) (0-0#至0-7#、1-0#至1-7#..........n-0#至n-7#)测得，分别变成标准电阻
信号进入小型DCS系统(18)的多个钼电阻(PtlOO)输入模板(19) (0#_n#)，在主控制器板
(26)的控制下变为多个数字信号0—400。。(0-0#至0-7#、1-0#至1-7#..........n-0#至
n-7#)，将多个数字信号 0—400°C (0-0#至0-7#、1-0#至 1-7#..........n-0#至n_7#)取平
均值，计算出“炉内平均温度”(代表磁轭温度)。环境温度测温钼电阻(I)和多个转子支臂测温钼电阻(2) (1#—4#号)分别变成标准电阻信号进入小型DCS系统(18)的单独一块钼电阻(Pt 100)输入模板(35)，在“主控制器板”(26)的控制下变为多个数字信号0-40(TC，即“环境温度”和多个“转子支臂温度”号)；将多个“转子支臂温度”号)
取平均值得到“转子支臂平均温度”(代表转子支臂温度)。“炉内平均温度”减去“转子支臂平均温度”得到“平均温差”，代表磁轭(12)相对转子支臂(14)之间的温差At。磁轭
(12)与转子支臂(14)的间隙由激光测距仪(5)测得，变成标准4-20mA信号进入小型DCS系统(18)的单独模拟量输入模板(21) (4-20mA)，在主控制器板(26)的控制下变为数字信号50mm--350mm ;在初开机时，即工业炉内温度为环境温度时测得的间隙为“环境温度间隙” ζ 1，工业炉升温过程中测得的间隙为“升温间隙” ζ2，“升温间隙” ζ2减去“环境温度间隙” ζ I得到“间隙增量” ζ (代表磁轭单侧紧量ζ)，既ζ = ζ2-ζ1。主控制器板(26)控制多个开关量输出模板(22) (0#—η#)输出高电平或低电平，这些多个高电平或低电平
控制多个三相固态继电器(24) (0-0#至0-7#、1-0#至1-7#..........n-0#至η-7#)的“通”
或“断”，这个“通”或“断”使三相AC 380V电源与多个热风机(11) (0-0#至0-7#、1-0#至
1-7#..........n-0#至n-7#)联接或断开，既多个“热风机” (11) (0-0#至0-7#、1-0#至
1-7#..........n-0#至n-7#)运行或停止。“主控制器板”(26)控制单独一块开关量输出
模板(23)输出高电平或低电平，两个通道的高电平或低电平控制两个固态继电器(25)的“通”或“断”，这两个“通”或“断”控制AC 220V电源与喷水电磁阀(16)的联接或断开及电铃(17)的联接或断开。2、专用软件与控制算法利用“I/O组态软件”、“控制策略组态软件”、“报警事件组态软件”、“报表管理组态软件”、“历史数据管理组态软件”、“画面及浏览组态软件”、“类C语言组态软件”等组成的系统软件来开发大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能控制系统的专用软件。首先应用“画面及浏览组态软件”编制出“画面I :设定叁数画面(图4)”、“画面2 :显示参数表格画面(图5) ”、“画面3 :动态主视参数画面(图6) ”、“画面4 :动态俯视参数画面(图7)”。应用“I/O组态软件”对所有的钼电阻PtlOO输入、4—20mA输入进行A/D转换并量化为0--400°C和50mm--350mm，对所有的开关量输出进行高电平有效或低电平有效确认。应用“控制策略组态软件”、“类C语言组态软件”、“报警事件组态软件”、“报表管理组态软件”、“历史数据管理组态软件”与“画面I :设定叁数画面(图4)”、“画面
2:显示参数表格画面(图5) ”、“画面3 :动态主视参数画面(图6) ”、“画面4 :动态俯视参数画面(图7) ”相链接，首先使画面I具有设定叁数功能,然后使画面I、画面2、画面3、画面4具有各种动态显示、画面切换和打印输出等功能。应用“控制策略组态软件”和“类C语言组态软件”编制各种控制算法a.存储加热工艺，即存储设定升温速度、设定间隙增量；b.采用三位式控制算法使“平均温差”按照存储加热工艺的设定“升温速度”进行升温，即所有热风机11都通电ON、或热风机11中一半通电一半不通电1/20N、或所有热风机11都断电OFF ；c.采用二位式控制算法使“转子支臂平均温度”基本恒等于“环境温度”，即“转子支臂平均温度”高于“环境温度”时，“喷水电磁阀”(16)通电0N，利用喷水管道(3)和喷 头(15)对转子支臂(14)进行冷水降温，“转子支臂平均温度”低于“环境温度”时，“喷水电磁阀”(16)通电0FF;d.当“间隙增量”等于大于“设定间隙增量”时，所有“热风机”都OFF,所有“喷水电磁阀” 0FF，“电铃” 0N，工作结束，开始热打键。3、操作使用方法所有画面均采用触摸屏方式操作，填写数字时，屏幕上会跳出数字键盘供选择。开机后，首先进入“画面I:设定叁数画面(图4)”根据各种大型发电机的型号和过去的工作经验，存储多个加热工艺(0#—n#)的“设定升温速度”和“设定间隙增量”;“升温速度”不可过大，也不可过小，过大则使磁轭(12)在受热膨胀时内外温度不均而产生内应力，过小则使周期太长，延长工作进度；“间隙增量”根据实际需要设定即可；在“选择”栏中确认某个加热工艺(每次只能选一个)；按“开始”键，即开始执行已确认的某个加热工艺；按“暂停”键，停止执行已确认的某个加热工艺；按“返回”键，不仅停止执行已确认的某个加热工艺，而且可以重新在“选择”栏中再次选择并确认某个加热工艺(每次只能选一个)，即换一个加热工艺；按“打印”键，打印机输出整个“画面I :设定叁数画面(图
4)”，以备留档；按“画面2”键，进入“画面2 :显示参数表格画面(图5)”；按“画面3”键，进入“画面3 :动态主视参数画面(图6) ”、按“画面4”键，进入“画面4 :动态俯视参数画面(图7) ”。在“画面2 :显示参数表格画面(图5) ”中显示所有工业炉测温热电阻(9) (0-0#
至0-7#、1-0#至1-7#..........n-0#至n_7#)的温度；显示“炉内平均温度”;显示所有转
子支臂测温热电阻(2) (1#-4#号)的温度；显示“转子支臂平均温度”；显示“环境温度”；显示“平均温差”(炉内平均温度一转子支臂平均温度=平均温差)；显示“间隙增量”;显示“热风机状态0F，1/20N” ；显示“喷水状态0F，ON” ；显示“加热工艺动态图”；按“打印”键，打印机输出整个“画面2 :显示参数表格画面(图5) ”，以备留档；按“画面I”键，进入“画面I :设定叁数画面(图4) ”;按“画面3”键，进入“画面3 :动态主视参数画面(图6) ”；按“画面4”键，进入“画面4:动态俯视参数画面(图7)”。在“画面3:动态主视参数画面(图6)”中显示“炉内平均温度”;显示“转子支臂平均温度”;显示“环境温度”;显示“热风机状态0F，1/20N, ON”;显示“喷水状态0F，ON” ;显示“间隙增量”;按“打印”键，打印机输出整个“画面3 :动态主视参数画面(图6) ”，以备留档；按“画面I”键，进入“画面I :设定叁数画面(图4) ” ；按“画面2”键，进入“画面2 :显示参数表格画面(图5) ” ；按“画面4”键，进入“画面4:动态俯视参数画面(图7)”。在“画面4:动态俯视参数画面(图7)”
中显示所有工业炉测温热电阻(9) (0-0#至0-7#、1-0#至1-7#..........n-0#至n_7#)
的温度；显示“热风机状态OF，1/20N, ON” ；显示“喷水状态0F，ON” ；显示“间隙增量”；按“打印”键，打印机输出整个“画面4 :动态俯视参数画面(图7) ”以备留档；按“画面I”键，进入“画面I :设定叁数画面(图4)”;按“画面2”键，进入“画面2 :显示参数表格画面(图
5)” ；按“画面3”键，进入“画面3 :动态主视参数画面(图6) ”。在“画面I :设定叁数画面(图4) ”、“画面2 :显示参数表格画面(图5) ”、“画面3 :动态主视参数画面(图6) ”和“画面4 :动态俯视参数画面(图7) ”上都实时显示动态时钟“XX时XX分XX秒”。当“间隙增量”等于大于“设定间隙增量”时，所有“热风机”都OFF，所有“喷水电磁阀”OFF，“电铃”0N，工作结束，开始热打键。 总之，根据各种大型发电机的型号和过去的工作经验，存储多个加热工艺(0#--n#)，在小型DCS的控制下，自动执行加热工艺规定的“升温速度”和“间隙增量”;改变了人工操作加热过程和采用量具手工测量的现状，使热打键安装过程全自动化。
权利要求
1.一种大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能复合控制系统，它是由输入系统(32)、小型DCS系统(18)、热风机(11)、喷水电磁阀(16)和电铃(17)组成的，其特征在于输入系统(32)连接小型DCS系统(18)，小型DCS系统(18)连接热风机(11)、喷水电磁阀(16)和电铃(17)。
2.根据权利要求I所述的一种大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能复合控制系统，其特征在于所述的输入系统(32)包括工业炉测温钼电阻(9)、环境温度测温钼电阻(I)、转子支臂测温钼电阻(2)和激光测距仪(5)，工业炉测温钼电阻(9)、环境温度测温钼电阻(I)、转子支臂测温钼电阻⑵和激光测距仪(5)分别连接小型DCS系统(18)。
3.根据权利要求I所述的一种大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能复合控制系统，其特征在于所述的小型DCS系统(18)是由钼电阻输入模板(19)、特殊钼电阻输入模板(35)、模拟量输入模板(21)、控制器内部现场总线(20)、开关量输出模板(22)、特殊开关量输出模板(23)、三相固态继电器(24)、固态继电器(25)、主控制器板(26)、工业计算机(27)和打印机(28)组成的，钼电阻输入模板(19)、特殊钼电阻输入模板(35)、模拟量输入模板(21)分别连接控制器内部现场总线(20)，控制器内部现场总线(20)分别连接开关量输出模板(22)、特殊开关量输出模板(23)和主控制器板(26),开关量输出模板(22)连接三相固态继电器(24),特殊开关量输出模板(23)连接固态继电器(25),主控制器板(26)连接工业计算机(27)，工业计算机(27)连接打印机(28)。
4.根据权利要求I所述的一种大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能控制系统，其特征在于所述的小型DCS系统(18)的系统软件由I/O组态软件、控制策略组态软件、报警事件组态软件、报表管理组态软件、历史数据管理组态软件、画面及浏览组态软件、类C语言组态软件等组成，利用系统软件开发专用软件。
5.根据权利要求I所述的一种大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能控制系统，其特征在于所述的小型DCS系统(18)的专用软件由操作使用画面和智能复合控制算法组成；操作使用画面包括a.设定参数画面；b.显示参数表格画面；c.动态主视参数画面；d.动态俯视参数画面；智能复合控制算法包括a.存储加热工艺，即存储设定“升温速度”、设定“间隙增量”;b.采用三位式控制算法使“平均温差”按照存储加热工艺的设定“升温速度”进行升温；c.采用二位式控制算法使“转子支臂平均温度”恒等于“环境温度”；d.当“间隙增量”等于大于设定“间隙增量”时，工作结束，开始热打键。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种自动执行加热工艺规定、使热打键安装过程全自动化的大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能控制系统。大型水轮发电机转子磁轭热打键安装是由保温壳体、磁轭组件、磁轭键和转子支臂组件组成的，保温壳体连接磁轭组件，磁轭组件连接磁轭键，磁轭键连接转子支臂组件。本发明大型水轮发电机转子磁轭热打键安装智能控制系统，由输入系统、小型DCS系统、热风机、喷水电磁阀和电铃组成的，输入系统连接小型DCS系统，小型DCS系统连接热风机、喷水电磁阀和电铃。在小型DCS的控制下，自动执行加热工艺规定的“升温速度”和“间隙增量”，改变了人工操作加热过程和采用量具手工测量的现状，使热打键安装过程全自动化。
文档编号H02K15/03GK102780331SQ20101060096
公开日2012年11月14日 申请日期2009年6月5日 优先权日2009年6月5日
发明者刘丽英, 薛畅, 薛荆岩, 邢邵谦 申请人:黑龙江大学