本申請涉及同步離合器安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聯(lián)合循環(huán)電廠同步離合器的安全監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，隨著西氣東輸工程的完善和國內(nèi)發(fā)電機組節(jié)能環(huán)保的高要求，我國已經(jīng)建設(shè)一大批“燃氣—蒸汽”聯(lián)合循環(huán)電站。在現(xiàn)有聯(lián)合循環(huán)電廠機組軸系中，無論是單軸布置軸系還是多軸布置中的汽輪機軸系，大部分都配置有同步離合器，軸系結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

對于單軸布置軸系來講，同步離合器的設(shè)置能夠讓機組同時實現(xiàn)快速啟停與能源的高效利用。如圖1所示，燃氣輪機與蒸汽輪機同軸布置，在發(fā)電機與蒸汽輪機之間設(shè)置有同步離合器。在機組啟動期間，燃氣輪機轉(zhuǎn)速大于蒸汽輪機，蒸汽輪機處于脫開狀態(tài)，燃氣輪機單獨運行進行快速啟動，實現(xiàn)調(diào)峰功能。在燃氣輪機啟動穩(wěn)定以后，再利用燃氣輪機尾氣能量產(chǎn)生蒸汽，推動蒸汽輪機運行，蒸汽輪機升速至3000rpm以后通過同步離合器與燃氣輪機并車進行同軸做功，實現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)功能，提高能源的利用效率。

對于多軸布置中的汽輪機軸系，同步離合器的設(shè)置能夠讓機組在純凝、抽凝、背壓等方式下相互切換。如圖2所示，在蒸汽輪機的高中壓缸與低壓缸之間配置同步離合器，當?shù)蛪焊邹D(zhuǎn)速低于高中壓缸時，低壓缸脫開，高中壓缸單獨運行，中壓缸排汽可以全部用來供熱，實現(xiàn)機組的背壓供熱功能。當?shù)蛪焊邹D(zhuǎn)速高于高中壓缸時，低壓缸會通過離合器與高中壓缸嚙合，實現(xiàn)同軸做功，提高純凝和抽凝模式下能源的利用效率。

軸系中同步離合器的設(shè)置可以整體上提高能源的利用效率，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益，但是對發(fā)電機組的安全運行也帶來了諸多問題。某電廠因離合器的故障造成整個軸系無法正常運行，甚至造成運行機組的非計劃停機，帶來的損失不可估量。對于聯(lián)合循環(huán)電廠的離合器來講，目前正常的監(jiān)測參數(shù)僅僅有離合器本身的脫開、嚙合、鎖定三種監(jiān)測信號。第一，脫開、嚙合、鎖定三種信號僅為狀態(tài)量，無法對離合器在脫開與嚙合中的過程進行監(jiān)測，如果在嚙合與脫開的過程中發(fā)生故障，那么現(xiàn)有監(jiān)測手段無法捕捉到故障信息。比如某電廠用高中壓缸與低壓缸的轉(zhuǎn)速差判斷離合器是否已經(jīng)脫開，遠方監(jiān)測顯示轉(zhuǎn)速差大于50rpm，工作人員判定已經(jīng)脫開。但實際上內(nèi)部的滑動組件由于滑動受阻，雖然齒輪脫開，但是滑動組件并沒有脫開到預(yù)定位，最終造成了動靜齒輪碰磨，對設(shè)備造成了不可恢復(fù)的損壞。第二，在機組正常運行中，目前只有兩側(cè)軸瓦的振動監(jiān)測信號，這是一個模擬量的輸出，僅僅有振動數(shù)值，根本無法對內(nèi)部出現(xiàn)的故障進行反映。某電廠在運行過程中，離合器螺旋花鍵發(fā)生膠合，導(dǎo)致回油溫度上漲，但是由于沒有在線測點針對離合器回油溫度進行監(jiān)測，故無法捕捉到這一信息。機組繼續(xù)運行，最終導(dǎo)致離合器無法脫開，使設(shè)備產(chǎn)生了損壞。

綜上，由于監(jiān)測方面的不足，導(dǎo)致離合器出現(xiàn)故障以后，不能及時發(fā)現(xiàn)處理，最終離合器會在運行中損壞，比如齒輪斷裂，齒輪膠合無法脫開等等。輕則導(dǎo)致設(shè)備損壞，重則在運行過程中導(dǎo)致機組停機，造成如無法挽回的經(jīng)濟損失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本申請的一個目的在于提出一種聯(lián)合循環(huán)電廠同步離合器的安全監(jiān)測系統(tǒng)，可以對同步離合器的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常，防止事故發(fā)生。

為達到上述目的，本申請實施例提出的聯(lián)合循環(huán)電廠同步離合器的安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括監(jiān)測裝置和診斷裝置，其中，監(jiān)測裝置包括：回油溫度監(jiān)測模塊，用于監(jiān)測離合器工作狀態(tài)中的回油溫度；中間件滑動過程監(jiān)測模塊，用于監(jiān)測離合器脫開與嚙合的中間件的滑動過程；扭矩監(jiān)測模塊，用于測量離合器主動件傳遞的扭矩；其中，所述監(jiān)測裝置將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)輸出至所述診斷裝置，所述診斷裝置用于根據(jù)所述監(jiān)測裝置輸出的數(shù)據(jù)對所述離合器的工作狀態(tài)進行診斷。

由以上本申請實施例提供的技術(shù)方案可見，通過針對同步離合器的故障類型，設(shè)置相關(guān)的現(xiàn)場監(jiān)測裝置，分別根據(jù)不同的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)進行診斷，能對設(shè)備的狀態(tài)進行實時監(jiān)控和提前預(yù)警，避免重大事故發(fā)生，具有不可估量的經(jīng)濟效益。

本申請附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是帶有同步離合器的單軸布置軸系的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是多軸布置中帶有同步離合器的汽輪機軸系的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本申請一實施例提出的聯(lián)合循環(huán)電廠同步離合器的安全監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本申請一具體實施例的溫度傳感器的安裝位置示意圖；

圖5(a)圖5(b)圖5(c)分別是本申請一實施例的離合器嚙合過程中三個不同位置的中間件位置示意圖；

圖6是本申請另一實施例的離合器的嚙合過程曲線示意圖；

圖7是本申請一實施例的聯(lián)合循環(huán)電廠同步離合器的安全監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖；

圖8是本申請一具體實施例的位移傳感器的安裝示意圖；

圖9是本申請一具體實施例提出的聯(lián)合循環(huán)電廠同步離合器的安全監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測流程示意圖。

具體實施方式

本申請實施例提供一種聯(lián)合循環(huán)電廠同步離合器的安全監(jiān)測系統(tǒng)。

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當屬于本申請保護的范圍。

圖3是本申請一實施例提出的聯(lián)合循環(huán)電廠同步離合器的安全監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，該系統(tǒng)包括監(jiān)測裝置10和診斷裝置20，所述監(jiān)測裝置10將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)輸出至所述診斷裝置20，所述診斷裝置20用于根據(jù)所述監(jiān)測裝置10輸出的數(shù)據(jù)對所述離合器A的工作狀態(tài)進行診斷。其中，監(jiān)測裝置10包括：

回油溫度監(jiān)測模塊11，用于監(jiān)測離合器工作狀態(tài)中的回油溫度。具體地，根據(jù)運行經(jīng)驗，如果離合器內(nèi)部發(fā)生動靜碰磨、齒輪或螺旋花鍵膠合等故障之后，回油溫度會明顯上升，兩者有很好的對應(yīng)關(guān)系。故通過監(jiān)測回油溫度，可以及時發(fā)現(xiàn)離合器的工作狀態(tài)是否正常，并進一步采取處理措施。

中間件滑動過程監(jiān)測模塊12，用于監(jiān)測離合器脫開與嚙合的中間件的滑動過程。具體地，在離合器的嚙合與脫開過程中，可以使用位移傳感器對中間件進行脫開與嚙合過程的全程測量，測量出來的中間件運動曲線與離合器在正常情況嚙合的標準曲線(可以通過計算或者試驗得到)進行對比分析。如果與標準曲線吻合度較好，則可認為離合器脫開或嚙合過程正常。如果與標準曲線不能吻合，那么可以通過分析兩條曲線的差別，來判斷具體故障。

扭矩監(jiān)測模塊13，用于測量離合器主動件傳遞的扭矩。具體地，在離合器的正常運行過程中，通常要求主動件傳遞的扭矩至少大于一個設(shè)定值(例如最大傳遞扭矩的10％)，以保證離合器始終處于正傳動狀態(tài)。如果傳遞扭矩小于這個設(shè)定值，會使得離合器的工作狀態(tài)變得不穩(wěn)定，需要發(fā)出報警信號。另外，在離合器的脫開、嚙合過程中，都會使得主動件與從動件產(chǎn)生一定的扭矩沖擊。離合器嚙合、脫開時的機組運行參數(shù)會使得其產(chǎn)生的扭矩沖擊不同。通過扭矩監(jiān)測，可以監(jiān)督并指導(dǎo)操作人員在合理的參數(shù)范圍內(nèi)進行操作，保證在離合器能夠承受的扭矩沖擊范圍內(nèi)進行，防止設(shè)備損壞。

本申請實施例的系統(tǒng)，針對同步離合器可能發(fā)生的每種故障提供了不同的監(jiān)測手段，使電廠運行人員可以實時監(jiān)測，對可能出現(xiàn)的問題或故障及時發(fā)現(xiàn)，及時處理，避免出現(xiàn)離合器突然失效而造成設(shè)備損壞和機組的事故停機。

根據(jù)本申請的一個實施例，回油溫度監(jiān)測模塊11包括設(shè)置于離合器回油管道3中的溫度傳感器111，安裝位置例如圖4所示，采集到的溫度信號經(jīng)處理后傳輸?shù)皆\斷裝置20進行診斷。根據(jù)離合器廠家給定的溫度范圍，如果回油溫度確實超過了廠家限定的溫度范圍，診斷裝置20則發(fā)出報警信號，提醒運行人員及時進行離合器的故障查找與處理。如果回油溫度在廠家限定的溫度范圍內(nèi)，則繼續(xù)進行監(jiān)測。具體還可以在管道同一截面安裝一個或多個溫度傳感器，最終取多個傳感器的溫度平均值作為測量值，取溫度最高值作為參考值進行判定，可降低誤差，提高準確率。

根據(jù)本申請的一個實施例，中間件滑動過程監(jiān)測模塊12包括設(shè)置于所述中間件側(cè)面的軸向位移傳感器121。其中，中間件滑動過程監(jiān)測模塊12可以根據(jù)實際情況設(shè)置在中間件的一側(cè)。中間件滑動過程監(jiān)測模塊12還用于根據(jù)所述軸向位移傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)生成所述中間件的軸向位移曲線。所述診斷裝置20包括：故障判斷單元21，用于根據(jù)所述軸向位移曲線判斷所述離合器的嚙合或脫開過程是否異常；故障識別單元22，用于在嚙合或脫開過程異常時，根據(jù)所述軸向位移曲線判斷故障位置和故障類型。具體地，可以在離合器的中間件側(cè)面安裝軸向位移傳感器121，對脫開和嚙合過程中中間件的移動過程進行監(jiān)測，并生成軸向位移曲線。所得軸向位移曲線傳輸至診斷裝置20，通過診斷，故障判斷單元21判定嚙合或脫開過程是否正常，如果不正常，則故障識別單元22識別故障類型，提示運行人員進行處理。

舉例而言，如圖5(a)圖5(b)圖5(c)所示，離合器的嚙合過程可分為兩個階段，第一個階段是當主動件s(輸入軸)轉(zhuǎn)速大于從動件m(輸出離合器環(huán))時，如圖5(a)所示，棘輪a與棘爪b嚙合，中間件c(螺旋滑動部件)開始滑動，到棘輪a與棘爪b軸向脫開為止，如圖5(b)所示，此時主動齒d與從動齒e尚未完全嚙合，但是棘輪a與棘爪b已經(jīng)卸載，此刻中間件c軸向滑動距離為D1；第二個階段是棘輪a與棘爪b卸載以后，中間件c繼續(xù)軸向滑動，直到滑動到輸入軸上的死點位置，主動件d開始向從動件e傳遞扭矩，如圖5(c)所示，嚙合過程結(jié)束，此時中間件c的軸向滑動距離為D2。

舉例而言，圖6是中間件軸向移動的移動曲線的示意圖，此處并非真實的移動曲線，而是假設(shè)其移動曲線為拋物線形。圖中標注了三個點，點1為零點，如果測量的中間件位移過了零點，代表棘輪與棘爪已經(jīng)接觸并產(chǎn)生作用，中間件已經(jīng)開始移動，如果沒有過零點，代表棘輪棘爪沒有正向接觸，產(chǎn)生了故障。點2代表棘輪棘爪卸載時刻中間件軸向經(jīng)過的位移，如果曲線經(jīng)過了點2，證明棘輪棘爪卸載成功，主動齒與從動齒開始起作用，如果沒有經(jīng)歷點2，證明主動齒與從動齒沒有正常嚙合，一般原因例如是兩個齒沒有對中，所以嚙合不上。點3是中間件移動到最后死點的位置，如果曲線過了點2，但是未到點3，代表棘輪棘爪卸載以后，齒輪在軸向移動的過程中發(fā)生了卡澀，卡澀原因一般是主動齒和從動齒發(fā)生膠合，也可能是導(dǎo)向的螺旋花鍵發(fā)生了膠合。如果曲線正常通過了點3，證明嚙合過程正常。上述診斷過程的邏輯框圖如圖7所示。脫開過程的診斷反之即可，在此不再贅述。

在具體的實施例中，可以在離合器外部罩殼4上打孔，利用空心支撐桿5對軸向位移傳感器121進行支撐固定，軸向位移傳感器121連接測量信號線的一端，測量信號線另一端由孔中引出接入診斷裝置20，如圖8所示。所述軸向位移傳感器可以采用電渦流傳感器，也可以激光式位移傳感器等其他傳感器，具體根據(jù)實際需求進行選擇。

根據(jù)本申請的一個實施例，所述扭矩監(jiān)測模塊13包括：采集單元，用于采集現(xiàn)場機組的運行參數(shù)；計算單元，用于根據(jù)所述運行參數(shù)計算主動件傳遞的扭矩。具體地，可利用現(xiàn)場機組的運行參數(shù)(可以從電廠監(jiān)測系統(tǒng)實時采集)實時處理，計算主動件的扭矩。這樣既可以進行扭矩監(jiān)測，又簡化了測量裝置。在聯(lián)合循環(huán)電廠的汽輪機軸系中，離合器處于高中壓缸和低壓缸之間，低壓缸內(nèi)的轉(zhuǎn)子與離合器的主動件相連，因此，低壓轉(zhuǎn)子輸出的扭矩就是主動件傳送給從動件的扭矩。根據(jù)低壓缸的進汽參數(shù)與排汽參數(shù)進行能量計算，可以得出低壓缸的輸入能量，結(jié)合低壓缸的設(shè)計效率，可以得出低壓轉(zhuǎn)子的輸出軸功率。而在轉(zhuǎn)速一定的情況下，軸功率與扭矩一一對應(yīng)，從而可以計算出傳遞的扭矩大小。然后將上述計算結(jié)果實時輸入診斷裝置進行診斷，如果扭矩超出設(shè)計范圍，運行人員需要進行工作參數(shù)的相應(yīng)調(diào)整，應(yīng)該立即停機處理，避免離合器長時間工作在非正常狀態(tài)導(dǎo)致事故。

進一步地，所述系統(tǒng)還包括與所述診斷裝置相連的顯示裝置，所述診斷裝置將診斷結(jié)果發(fā)送至所述顯示裝置，顯示運行狀態(tài)以及故障情況。診斷裝置20可以通過顯示裝置或人機交互界面等輸出診斷結(jié)果，便于電場運行維護人員進行實時監(jiān)測，在發(fā)生異常時可以直觀看出系統(tǒng)發(fā)出的報警信號。

具體地，診斷裝置20可根據(jù)接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對應(yīng)不同的監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的預(yù)設(shè)條件進行診斷。診斷過程如圖9所示。根據(jù)離合器廠家給定的溫度范圍，如果回油溫度確實超過了廠家限定的溫度范圍，診斷裝置20則發(fā)出報警信號，提醒運行人員及時進行離合器的故障查找與處理。如果回油溫度在廠家限定的溫度范圍內(nèi)，則繼續(xù)進行監(jiān)測。在離合器的正常運行過程中，通常要求主動件傳遞的扭矩至少大于一個設(shè)定值(例如最大傳遞扭矩的10％)，以保證離合器始終處于正傳動狀態(tài)。如果傳遞扭矩小于這個設(shè)定值，會使得離合器的工作狀態(tài)變得不穩(wěn)定，需要發(fā)出報警信號。在離合器的嚙合與脫開過程中，可以使用位移傳感器對中間件進行脫開與嚙合過程的全程測量，測量出來的中間件軸向位移曲線與離合器在正常情況嚙合的標準曲線(可以通過計算或者試驗得到)進行對比分析。如果與標準曲線吻合度較好，則可認為離合器脫開或嚙合過程正常。如果與標準曲線不能吻合，那么可以通過分析兩條曲線的差別，來判斷具體故障。進一步地，還可以通過顯示裝置或人機交互界面等輸出診斷結(jié)果，便于電場運行維護人員進行實時監(jiān)測，在發(fā)生異常時可以直觀看出系統(tǒng)發(fā)出的報警信號。

本申請實施例的適用于燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠的同步離合器的安全監(jiān)測系統(tǒng)，針對同步離合器的故障類型，設(shè)置相關(guān)的現(xiàn)場監(jiān)測裝置，分別根據(jù)不同的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)進行診斷，能對設(shè)備的狀態(tài)進行實時監(jiān)控和提前預(yù)警，避免重大事故發(fā)生，具有不可估量的經(jīng)濟效益。

需要說明的是，在本申請的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本申請的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本申請的優(yōu)選實施方式的范圍包括另外的實現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應(yīng)被本申請的實施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

應(yīng)當理解，本申請的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實現(xiàn)。在上述實施方式中，多個步驟或邏輯可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來實現(xiàn)。例如，如果用硬件來實現(xiàn)，和在另一實施方式中一樣，可用本領(lǐng)域公知的下列技術(shù)中的任一項或他們的組合來實現(xiàn)：具有用于對數(shù)據(jù)信號實現(xiàn)邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(PGA)，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本申請的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本申請的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本申請的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本申請的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。