[發(fā)明專利]采用光纖傳感技術(shù)的機(jī)架底腳載荷測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380043487.5
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN104583747B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: E.V.迪亞茲基斯;J.R.安德森;D.A.里德
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子能量股份有限公司
• 主分類號: G01M11/08
• 分類號: G01M11/08;G01L1/24
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 吳俊

一種基于光纖光柵(FBG)的傳感器用作確定發(fā)電機(jī)機(jī)架底腳載荷的應(yīng)變傳感元件。三個FBG可串聯(lián)使用，以構(gòu)成一個基本的機(jī)架底腳載荷模塊(FFL模塊)。在發(fā)電機(jī)機(jī)架角落處的每塊豎向角撐板上固定兩個模塊，其中一個模塊在角撐板的正面上，另一個模塊在角撐板的背面上。因此，每塊角撐板可裝設(shè)有六個FBG應(yīng)變計或傳感器。有選擇地使用發(fā)電機(jī)的四角之中的每個角處的角撐板。對于雙極發(fā)電機(jī)，可以使用每個角處的前三塊角撐板，對于四極發(fā)電機(jī)，可以使用前四塊角撐板。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及渦輪驅(qū)動發(fā)電機(jī)機(jī)架底腳載荷的監(jiān)測。

背景技術(shù)

用于能量轉(zhuǎn)換的渦輪驅(qū)動發(fā)電機(jī)(或稱渦輪發(fā)電機(jī))包括機(jī)架結(jié)構(gòu)，通常情況下，該機(jī)架結(jié)構(gòu)安裝在為發(fā)電機(jī)提供必要的結(jié)構(gòu)支撐的混凝土基礎(chǔ)上。沿機(jī)架的各部分通常有一個或多個底腳，用于幫助把發(fā)電機(jī)機(jī)架的載荷傳遞到基礎(chǔ)上。通常情況下，發(fā)電機(jī)底腳支撐的重量通過墊片組、座板和灰漿層傳遞到基礎(chǔ)上。在安裝和維護(hù)過程中，通過改變墊片組的厚度，能夠使發(fā)電機(jī)和渦輪之間對正位置。在安裝過程中澆鑄到基礎(chǔ)上的座板為發(fā)電機(jī)提供穩(wěn)固的支撐底座。通常情況下，可延至機(jī)架全長的機(jī)架底腳一致地承擔(dān)載荷，使用不同厚度的墊片組的目的僅是為了實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)與渦輪的最終對位。因此，定子鐵心重量和電氣載荷由發(fā)電機(jī)的中央部分承擔(dān)，而機(jī)架端部支撐軸承中的轉(zhuǎn)子。

為了最大限度地減小發(fā)電機(jī)軸的軸承跨距并提高剛度，轉(zhuǎn)子軸承可由機(jī)架結(jié)構(gòu)每端的相應(yīng)托架支撐，而不是由外部軸承支座支撐。這種軸承布置形式意味著發(fā)電機(jī)端部的機(jī)架底腳應(yīng)為轉(zhuǎn)子軸和軸承提供穩(wěn)固的支撐。過去，曾經(jīng)在機(jī)架筋板(或角撐板)上使用機(jī)電式應(yīng)變計，以測量每個底腳上的載荷分布，并針對動態(tài)軸承負(fù)荷使底腳的位置最佳化。使用基于機(jī)架撓度的載荷分布模式來正確分布機(jī)架底腳上的載荷。具體而言，在位于機(jī)架結(jié)構(gòu)的角落附近的一塊或多塊角撐板上使用了一個或多個機(jī)電式應(yīng)變計；正是這些豎向角撐板在角落處承擔(dān)機(jī)架的重量。

以上述方式使用機(jī)電式應(yīng)變計存在一些可靠性和操作限制。首先，通常情況下，標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)電式應(yīng)變計通過吸水水泥固結(jié)到角撐板基底上，而吸水水泥有時可能失效。即使很仔細(xì)地在應(yīng)變計上涂一層密封劑以防止?jié)駳馇秩耄撬嗟墓探Y(jié)壽命也可能僅有短短的12-18個月。因此，對于過去利用機(jī)架底腳承擔(dān)載荷的發(fā)電機(jī)來說，需要拆下老舊的應(yīng)變計，并安裝新的應(yīng)變計，以便將來監(jiān)測機(jī)架底腳上的載荷。

而且，即使對于有經(jīng)驗的技術(shù)人員來說，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電式應(yīng)變計的安裝也很費(fèi)時。有經(jīng)驗的現(xiàn)場工作人員安裝標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變計所需的時間大約為每個應(yīng)變計需要1小時。因此，例如，典型的四極發(fā)電機(jī)安裝工作可能包括在角撐板上正確安裝多達(dá)64個應(yīng)變計，因而需要很長的安裝時間。

而且，從設(shè)計上來說，通常情況下，每個標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變計需要3根線才能進(jìn)行測量。對于一臺四極發(fā)電機(jī)，可能需要從發(fā)電機(jī)向應(yīng)變計的模擬連接器連接多達(dá)256根線。完成這些連接也需要大量時間，然后才能實(shí)現(xiàn)最終的測量。

因此，需要以快速、高效、精確、并能確保長期穩(wěn)定結(jié)果的方式對發(fā)電機(jī)機(jī)架底腳載荷進(jìn)行測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的多個方面涉及基于光纖光柵(FBG)傳感器的應(yīng)變測量模塊。該模塊包括具有第一端和第二端的光信號路徑，光信號路徑中的第一光纖光柵布置在第一端和第二端之間，光信號路徑中的第二光纖光柵布置在第一光纖光柵和第二端之間。該模塊還包括配置為基本上圍住第一和第二光纖光柵的外殼；其中，外殼具有配置為通過機(jī)械方式附接至發(fā)電機(jī)的角撐板的表面上的外表面。而且，在第一和第二光纖光柵附近可布置有溫度傳感器。