转子就位状态下测量发电机静子楔紧度的探测器的制作方法

专利名称：转子就位状态下测量发电机静子楔紧度的探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及可插到发电机静子和转子间窄间隙中的遥控装置，以便测量由波形弹簧保持就位的静子楔的紧度。更详细地说，涉及到这样一种装置，它包括有安装在一个低型小车上的一个不导电、无磁性的探测头，并可伸到所选定的静子楔的孔中，以测量波形弹簧的垂度。
在大型发电机中，静子线圈是由静子楔保持在静子槽中的。插在楔和线圈之间的波形弹簧为了槽的紧度而在线圈上施加一个正负荷。保持静子楔的紧度很重要，保持不佳适当的紧度会因机械和磁力负荷所引起的振动而导致静子线圈绝缘故障。
按照可行的校验静子楔紧度的行业技术，是由一个技术人员敲击楔子来手感振动和聆听声音，根据经验，技术工作者能熟练地察觉出一个松动楔的特征感觉和声音。
有些发电机，其静子楔上设有一系列的孔洞，通过这些孔洞可以插入一个深度测微计。这些孔洞沿着楔分布，所以在深度测微计上各读数之间的差异能用来计算一个波形弹簧的峰对峰之间的偏移。低差值指明是一个紧的楔，而比选定量大的差值指明是一个不合格的松弛静子楔。
尽管是相当准确，用手工在每孔处测量波形弹簧的深度很费时间间。例如一个有405个静子槽的发电机，每槽有3个间隔的楔，每个楔上设有7个孔，则必须读出和记录8505个波形弹簧读数。
无论是传统方法，即技术人员敲击静子楔凭感觉及聆听其反映来判断出静子楔的紧度;或是用上述测微计测量波形弹簧垂度的方法，两者都要抽出转子，这本身就要两三天时间。因而期望能使用遥控装置，在不抽出转子的情况下校验静子楔的紧度;同时，在转子就位情况下在静子和转子护环只有小到1.5英吋宽的空间条件下试验仪器应能被插入。
美国专利申请NO.07/277，472(1988年11月23日提交)揭示了测试静子楔紧度的装置，它使用一种低外形遥控小车，在车上装了一个电磁螺管线圈操作的冲击器。一个车上电视摄象机用来定位小车使冲击器对准一个楔。冲击敲击楔子，装在小车上的拾音器记录合成的振动。已经证明很难用计算机分析该声学响应，以自动测试楔紧度。
美国专利NO.4，803，563揭示了一种摇控小车，它被导向沿着发电机转子和静子间的间隙运动，同时用一个涡流测试器检查静子绝缘情况。这个小车是由嵌在小车上纤维玻璃底座中的永久磁铁而保持紧靠静子就位的。
尽管在检测仪器和技术上的这些改进，检查发电机静子楔紧度的改进设备仍然需要。
特别需要这样的仪器，它能完成与用深度测微计测试达到的精确相同的检查，但不需抽出转子。
对于这样的仪器还有进一步的要求，即它的大小能合适地容纳在静子楔上这些孔位中，通过它进行必要的深度测量。
对于这种仪器还有一个要求，即它能补偿要测量的深度的大范围变化，这是由于波形弹簧的起伏造成的。
本发明满足了这些和其它的要求，它包括一个低型的小车，它能插到转子和静子间的窄间隙中，并且能有选择地定位于通过静子楔的一系列孔的各孔附近。安装在这个低型小车上的探头可伸过静子楔上一个对准的孔，并与波形弹簧相接触。在小车上的仪器精确地测量探头的延伸，该探头连续地对准静子楔上的几个孔，以确定出弹簧的压缩程度。
推荐用一个线性变化的差动变压器(LVDT)作探头伸长的精确测量。鉴于在转子和静子之间的有限空间，LVDT被安装在低型小车上，它的纵轴平行于静子楔的平面。LVDT的可动铁心通过一根缆绳连接到探头上，所以探头的运动就转变为LVDT铁心的对应运动，这样就提供了一个代表探头伸长的电气信号。
通过安装在小车上的电视摄象机可观察到这个低型小车的移动，借此就可使探头对准沿楔纵向布置的选定孔。探头的横向对准是安装此探头于一个平台上来达到的，该平台可在托架上横向转动，而托架本身又安装在小车上，用以向着静子楔延伸和离开定子楔。精确的深度测量由调整平台与静子楔间隔的距离而达到。在本发明的一个较佳实施例中，此距离由载在平台上的一个万向脚来调整的。
探头是由一马达通过空动耦接来伸缩的，该耦接在探头触到波型弹簧时可吸收运动。这种空动耦接包含有一对缆绳，一根缆绳用来使探头延伸，而另一根用于收回探头。与延伸探头的缆绳串联连接的第一个弹簧当探头触到波形弹簧时吸收由马达施加的应力。与另一根缆绳串联的第二个弹簧当探头触到波形弹簧时消除第二根绳上的松弛。这些缆绳和弹簧是与探头和LVDT的铁心串联起来的。这些弹簧在平行于楔平面的平面上也是纵向地延伸。
当与附图一起阅读时，可由对所推荐的实施例下列说明中对本发明完全理解。


图1是一个带有本发明检查系统的发电机示意图，此检查系统是处于要完成发电机静子楔紧度检查的位置。
图2是图1中发电机静子的部分简图，说明定子线圈处于就位状态;
图3是本发明的检查系统的一个低型小车处于图1发电机内的就位状态时，它的后视图;
图4是把顶盖移去后本发明的检查系统的低型小车的顶部平面图;
图5是图4中低型小车的一部分，但比例尺放大了;
图6是一个侧视图，特别是在图5中所显示的低型小车部分的剖面，并表明按着本发明测量波形弹簧垂度的方法;
图7是沿图5中Ⅶ-Ⅶ剖线取的低型小车一部分的竖向横剖面图;
图8是说明探头伸展和收缩安排的立体简图;
图9沿图5中线99而剖的低型小车的垂直剖面图。
图1简要地说明了一个大型汽轮机驱动的发电机1，它带有本发明的检测系统3，处于测量发电机静子楔紧度的位置。发电机1包括一个装在静子7内以便旋转的转子5。一个在转子护环11和静子7之间形成有窄间隙9(在图1中为清晰而放大了)。在某些发电机中，间隙9可以窄到1.5英吋。静子7包括位于在纵向延伸的各静子齿之间的线圈13。
更清楚为如图2所示，由叠片17构成的静子齿15形成静子槽19，在槽中静子线圈13是成对地叠装的，一个在另一个的顶部。静子线圈13是由薄垫片21波形弹簧部件23及其有斜坡边缘27的各静子楔25，而把持在槽19中的，斜边27在静子齿15的侧壁中与对应形状的沟槽29相啮合。波形弹簧部件23被压缩于静子楔和薄垫片21之间用以产生把线圈牢牢保持就位的力。时间一长，波形弹簧可能失去弹力而引起楔子松弛。如前所述，这样就会使线圈13产生振动，而会导致线圈损坏，并最终引起线圈绝缘破坏。本发明检查静子楔的紧度，于是在这些情况发生之前就可以采取改正措施。为此，静子楔25设有一系列纵向分布的孔31，通过这些孔，一个将要描述的探头就可插进去了。
现在回到图1，所发明的检测系统3包括一个低型小车33，它被插在转子和静子的间隙9中，并且沿着静子槽来游动，以检测楔的紧度。还将看到，这个低型小车33载有一个探头，用来伸进到静子楔25上的每个孔31当中，以便测量波形弹簧23的垂度。这个低型小车33还载有一个小型电视摄象机，操作人员能用其连续地把探头定位于静子楔上的每个孔31之上，通过摄象机操作员还可监视探头的运行。控制小车位置与探头操作的低型主体小车的进与出的电气信号，以及代表探头位置的数据信号是由连接在低型小车33和操作盘37之间的一根电缆35传递的。同样，进出摄象机的控制和图象信号是由连接主体小车和操作盘之间的电缆39传递。电缆35连接到控制箱41，而载有图象信号的电缆39被连到一监视器43上。电子控制箱41包括一个显示器45和一个键盘47，通过这些，操作员可以与检测系统接口联系和控制它。监示器43允许操作员把探头定位在一个静子楔上所选择的孔处，并且可以观察使用“操作棒”48的探头的运行。
尤其要参照图3到图9，该低型小车33有一个低座49，它是由非导电、无磁性的可穿透材料制成的，例如纤维玻璃。在底座49的每一侧都装有3个可转动的轮子51。后轮51装在一个轴53上，该轴是通过 条55和 条57和59由一个安装于底座49上的电动机驱动的。 条63与 轮65相啮合以便由马达61去驱动所有的驱动轮51。马达61的运行造成这个低型小车33沿着静子槽进行纵向运动。由一个空载轮69通过同步皮带68驱动的编码器67可产生指明小车运动的信号，用于确定小车沿定子槽的位置。
数个半英吋和一英吋直径的钕磁铁71和73分别布置在底座49上。这些磁铁使小车33能定于静子内壁上的所有静子槽的各位置上。装于底座49底部的导块75与静子槽19相咬合，如图3所示，它用来引导主小车沿着所选定的槽运动。就这点而论，该低型小车与美国专利NO.4，803，563中所述相似。
低型小车33载有一个探头77，安装它是用来通过定子楔25上的孔31的伸展去测量波形弹簧的垂度。探头77的机架79包括有一个托盘81，它的安装是为了通过在底盘49上的开口83由4个线性轴承支架85来自身伸展和回缩的。为了在横向上对准孔31而给探头77提供横向运动的装置包括一个平台89，它是由支枢轴承91枢装于托盘81上面。平台由电气马达93来驱动围绕维着支枢轴承91按顺时钟方向转动，这马达是由小固定架95而固牢到托盘81上的。马达93转动一个滑轮97，这滑轮卷起连到平台上的一根缆绳99。平台由一个拉簧101作用而以反对时针方向转动，该拉簧通过一根缆绳103连接到底座49和平台上。
如图8所示，探头77插到一个探头支持器105内，支持器105包括一个悬垂轴107，它位于装在平台上的一个线性轴承109中。探头77由不导电无磁性材料作成，例如尼龙，如果不当心把探头折断，则不会引起短路，不然将要妨碍发电机的运行。探头77和它的支持器105通过在托盘81上的开口111向静子楔方向伸展(参看图7)。
退回的探头77被置于与静子楔保持一个固定的距离，这是由与平台89相关联的万向脚113完成的。该万向脚由4个压缩弹簧115偏压向静子楔，各弹簧是共轴线地装在托盘支架轴86上的(见图7)，而支架轴86靠托盘81的盖板117来支承，该托盘又载着平台89。万向脚113可在调整探头77的基准位置时调节与静子楔的任何微小不对中偏差。
一个从基准位置伸出和收回探头77的机构119包括有一个在平台89上由固定夹123固定位的马达121，通过空动耦接器125连到探头支持器105上。一个精确测量探头77伸长的装置127包括有一个可调的线性差动变压器(LVDT)129。LVDT129有一个可动的铁心131。众所周知，在这样的装置当中，铁心的纵向位置可由LVDT产生的电气信号准确决定。由于在转子和静子之间间隙中中有效的有限空间，LVDT是由固定夹133装在平台89上，它的纵轴线平行于静子楔顶部表面所定界的平面135。横穿过平面135的探头的伸长由一根缆绳137转变为铁心131的运动，该缆绳连接到铁心131和探头支持器105并缠过安装在平台上由一个滑轮夹具141上固定住的滑轮139。把马达121连接到探头支持器105的空动耦接器125包括一个第一根缆绳143，这缆绳绕在一个卷扬机轮145上。缆绳143围着滑轮147(图9)和滑轮149(图5)，并绕过上滑轮151和下滑轮153，然后系牢到探头支持器105上，从图8可清楚地看到。按相反方向绕在卷扬机轮145上的第二根缆绳155绕过滑轮157，并被联接到LVDT129的铁心131上。
马达121的运行以顺时针方向转动卷扬机轮145，而对缆绳143施加拉力，它就把探头支持器105向下拉动，借此使探头77延伸。探头的伸长又给缆绳137施加拉力，它就把铁心131拉进LVDT129，借此就调整了反映探头位置变化的LVDT输出。马达的顺时针运行也消除绳155从卷扬轮145退卷而引起的缆绳155放松;当马达121按反向转动时，探头由于加在缆绳155上的紧力而退回。
探头77必须能伸到最松弛静子楔波形的最低点，尽管大多数的读数不要求全部伸长。所以，卷扬轮145必须能转动到足以保证这种全部伸长。卷扬轮145的转动极限是由一个下限开关159和一个上限开关161来设定的，这些开关是由一个销钉163来动作的，该销钉可插到卷扬轮145面部上可选择的孔165中。
为了调节在卷扬轮145完全转动之前探头77触到波形弹簧的一部分进行的测量，空动耦接器125包括在缆绳143中的第一弹簧167和在缆绳155中的第二弹簧。
通常弹簧167和169在拉力情况下被拉伸。在探头77完全伸长前接触到波形弹簧23的一部分时，弹簧167吸收空动，同时弹簧167拉紧缆绳155中的松弛。为了克服任何摩擦，弹簧167要比弹簧169的力强，这种摩擦在把探头插入静子楔25上的孔31时可能遇到。
在测量波形弹簧垂度时，操作员操纵这个低型小车33沿着定子槽19把探头77在纵方向上对准一个孔31。为了协助对准，一个小型电视摄象机171安装在一个照相机固定架173上，该固定架以某一角度系牢到平台89上，这可以允许操作员即看到探头又看到在静子楔上的孔。一个灯光175安装在滑轮固定架141上，这可允许操作员进行观察。由于在静子楔上钻这些孔31的偏差，探头可能在横向上仅能对准孔。在这种情况下，开运马达93来转动平台，以把探头带到在横向上与这孔对准。几个弹簧115偏压着托盘和平台，因此万向脚113顶着定子楔以为测量探头77的伸长提供固定的基准。一旦探头对准一个所选择的静子楔孔31，马达121就开动起来，把卷扬轮145按顺时钟方向转动(如图9所示)，去把探头伸到孔中。就就导致铁心部分地从LVDT129拉出一个对应的距离，以便提供一个对伸长的电气测量。当探头触及波形弹簧(如图6所示)时，卷扬轮145的连续转动导致弹簧167的伸长，而吸收了空动，且弹簧169的收缩消除缆绳155中的松弛。当探头的伸长已被记录后，马达121又开动把卷扬轮145按反时针方向转动，从而撤回探头77到图7所示位置。该万向脚113在小车又向前沿着定子槽到下一个孔时仍然保持偏压着楔子。波形弹簧垂度的测量与低型小车的方位无关，并可环绕定子全部360°实现精确的测量。
本发明对静子波形弹簧的垂度提供一个高精确的测量方法，以便决定静子楔的紧度，但不要求抽出转子。
在已详细说明本发明指定的各实施例的同时，熟悉本技术领域的人员将懂得根据所揭露的全部教导，对那些细节能够做出各种不同的修改和改形，因此，所揭示的具体结构仅意味着解释本发明，而不限制本发明的范围，该范围将由下面待审定的权利要求和所有的等效内容所确定。
权利要求
1.测量静子楔紧度的装置，该楔由波形弹簧保持就位，并被保持在具有一个转子和一个静子的发电机中，所述的静、转子之间具有一个窄的径向间隙，上述测量不需抽出转子，所选中的所述静子楔具有一系列沿纵向间隔布置的孔，通过这些孔可接触到各波形弹簧，所述的装置包括一个低型小车，它能插到所述所述静子和转子的窄间隙中，并能连续地定位在通过所述选定的静子楔的所述系列孔中的每个孔附近，一个探头，探头安装装置，以将所述探头安装于所述低型小车上，以及有选择地伸到所选定的楔中的一个邻近的孔并与所述波形弹簧相接触，以及测量所述探头伸长的装置。
2.如权利要求1中的装置，其中所述的探头是不导电、无磁性和可渗透的。
3.如权利要求1中的装置，其中所述的测量所述探头伸长的装置包括一个有可移动铁心的线性可变差动变压器和连接所述铁心到所述的探头以便一起运动的装置。
4.如权利要求3中的装置，其中所述的邻近的楔界限一个平面，其中，所述的探头安装装置包括安装所述探头使其实质上垂直于由所述邻近楔子所定界的平面延伸的装置;其中，所述线性可变差动变压器与它的可移动的铁心安装于实质上可移动于与所述邻近楔子定界的平面相平行的方向上;其中，所述的连接装置把所述探头对于实质上垂直于由所述邻近楔所定界平面的伸长度转变为所述线性变化差动变压器可动铁心的相应运动，这种运动实质上平行于由所述邻近楔所定义的平面。
5.如权利要求1的装置中所述的探头安装装置包括安装在所述小车上的托盘，用以完成接近和离开一个邻近的静子楔的运动;把所述托盘伸向所述邻近楔子的装置;基准设定装置，它把所述托盘和邻近楔子之间的距离设定为一个预先选定的基准距离;以及安装所述探头到所述托盘上的装置。
6.如权利要求5的装置中，所述的基准设定装置包括由所述托盘携带的方向脚。
7.如权利要求5的装置，其中，安装所述探头在所述托盘上的所述装置包括有一个平台，以及为了所述探头相对于所述托盘作横向运动而安装所述平台的装置。
8.如权利要求7的装置，其中为了所述探头横向运动而安装所述平台的装置包括一个在所述托盘上的枢轴支撑，以及绕所述枢轴转动所述平台而横向地移动所述探头的装置。
9.如权利要求1中的装置，其中，所述探头安装装置包括在所述探头和所述邻近楔之间设定基准距离的装置。
10.如权利要求9中的装置，其中，所述探头安装装置包括敏向转移所述探头以使探头对中所述邻近楔上的所述孔的装置。
11.如权利要求1的装置，包括摄象机装置，以便产生一个远方图象，显示所述的探头和在一个静子楔内所述邻近的孔。
12.如权利要求1的装置，其中所述可选择的伸展所述探头的探头安装装置包括原动(motive)装置，工作于把所述探头从完全收回位置伸长到完全伸长位置;还有空动耦接装置，用来耦接所述原动装置到所述探头，和工作于当所述探头到达全伸长位置之前而触到波形弹簧时吸收所述原动装置运动。
13.如权利要求12的装置，其中，所述的空动耦接装置包括有一对缆绳，一根连接成在由所述原动装置施加拉力时用以伸长所述探头，而另一根连接成在所述原动装置施加拉力时收回所述探头;一个第一弹簧，它与所述一根缆绳相串联，用以在所述探头到达所述全伸长位置前就触到一个波形弹簧时吸收所述原动装置作用的应力;还有一个第二弹簧，它与所述另一根缆绳串联，用以在所述探头到达所述全伸长位置前就触到一个波形弹簧时拉紧所述另一根缆绳内的松弛。
14.如权利要求13的装置，其中，所述第一弹簧产生的一个力超过由所述第二弹簧产生的力，这样当所述原动装置操作使所述探头通过所述楔上的孔伸长时，克服所述探头与所述楔的任何接触而产生的摩擦力。
15.如权利要求14的装置，其中，所述探头的安装装置把探头安装得实质上垂直于由所述邻近楔定界的平面而伸长，其中所述的第一和第二弹簧在实质上是纵向地延伸于与所述楔定界的平面相平行的平面内。
16.如权利要求15的装置，其中，测量所述探头伸长的所述装置包括一个线性可变差动变压器，此变压器具有一个可动铁心，它的移动方向实质上平行于所述邻近楔定界的所述平面，还包括连接装置，它把所述可动铁心接到所述探头上，并且把实质上垂直于所述楔定界的平面的所述探头的伸长转变为所述可动铁心的运动，该铁心运动的方向实质上平行于所述邻近楔定界的平面。
17.如权利要求16的装置，其中，所述另一根缆绳和所述第二弹簧与所述线性可变差动变压器的可动铁心和所述连接装置是串连的。
18.测量定子楔紧力的装置，该静子楔是由波形弹簧保持就位于发电机的静子和转子辐向分开的一个窄间隙中，并且进行测量时，不需要抽出该转子，所选中的所述静子楔有一系列纵向分开布置的孔通过这些孔可以接触波形弹簧，所述的装置包括一个低型小车，它可插到转子和静子之间的所述的窄辐向间隙中，并可连续地定位于通过所述选定的静子楔上所述一系列孔的相邻的每个孔;一个安装在所述低型小车上的托盘，以便总体地移向或移离于一个邻近的定子楔;基准设定装置，把在所述托盘和就近静子楔之间的距离设定为一个预选的基准距离;一个平台;在所述托盘上安装该平台的装置，安装成其与所述托盘能一起运动到所述预先选定的在托盘和邻近定子楔之间的基准距离上，以及使其能相对于所述托盘作横向运动;一个探头;探头安装装置，它把所述探头安装在所述平台上，并且能使所述探头有选择地伸到所述已选定的静子楔上的一个邻近的孔中，以及伸到与所述的波形弹簧接触;还有当与所述波形弹簧接触时测量所述探头伸长的测量装置。
19.如权利要求18的装置，其中，连续伸出所述探头的所述探头安装装置包括原动装置，它操纵所述探头从一个完全缩回位置伸展到一个完全伸出位置;以及空动耦接装置，把所述原动装置耦合到所述探头安装装置，并工作于在探头到达所述全部伸出位置前就触到一个波形弹簧时，吸收所述原动装置的运动。
20.如权利要求19中的装置，其中，所述空动耦接装置包括一对缆绳，一根是连接成当所述原动装置对所述探头施加张力而使探头伸出;另一根连接成当所述原动装置对所述探头施加张力时收回所述探头;一个第一弹簧，与所述一根缆绳相串联，它在所述探头到达所述完全伸出位置前就触到一个波形弹簧时吸收所述原动装置施加的张力;以及一个第二弹簧与所述另一根缆绳相串联，当所述探头在到达所述完全伸出位置前就触到一个波形弹簧时，用以拉紧所述另一根缆绳中的松弛;当所述原动装置操纵使所述探头伸出时，所述第一弹簧产生的力超过第二弹簧产生的力。
21.如权利要求20的装置，其中，所述测量装置包括一个线性可变差动变压器，它具有一个可动铁心，它的移动方向实质上平行于由一个邻近静子楔所定界的一个平面;以及连接装置，它把所述探头的运动转换为所述可动铁心的运动，且其中所述的可动铁心和连接装置是与所述的一对缆绳，所述第一和第二弹簧、所述探头和所述原动装置串联连接的。
22.如权利要求21的装置包括摄象机装置，以构成所述探头和所述定子楔上已选择的一个所述邻近孔的远方显示。
全文摘要
不抽出转子测量波形弹簧垂度确定发电机定子楔紧度的装置，包括一低型小车，它可插到静子、转子间的间隙中。借助小车上的电视摄象机，可使探头在纵横向上与静子楔上的孔对准并伸到该孔中接触波形弹簧。探头由一缆绳接到小车上线性可变差动变压器的铁心，从而可精确测量探头的伸长。探头的进退由缆绳和弹簧来操纵，弹簧提供空动耦接以调整探头在小于全伸长时与波形弹簧的接触。
文档编号H02K11/00GK1049908SQ9010733
公开日1991年3月13日 申请日期1990年8月30日 优先权日1989年9月1日
发明者杰拉德·罗斯·阿尔凯尔, 乔治·富兰克林·戴利, 马克·威廉斯·菲希尔 申请人:西屋电气公司