[发明专利]采用光纤传感技术的机架底脚载荷测量系统

说明书

一种基于光纤光栅(FBG)的传感器用作确定发电机机架底脚载荷的应变传感元件。三个FBG可串联使用，以构成一个基本的机架底脚载荷模块(FFL模块)。在发电机机架角落处的每块竖向角撑板上固定两个模块，其中一个模块在角撑板的正面上，另一个模块在角撑板的背面上。因此，每块角撑板可装设有六个FBG应变计或传感器。有选择地使用发电机的四角之中的每个角处的角撑板。对于双极发电机，可以使用每个角处的前三块角撑板，对于四极发电机，可以使用前四块角撑板。

技术领域

本发明涉及发电机领域，尤其涉及涡轮驱动发电机机架底脚载荷的监测。

背景技术

用于能量转换的涡轮驱动发电机(或称涡轮发电机)包括机架结构，通常情况下，该机架结构安装在为发电机提供必要的结构支撑的混凝土基础上。沿机架的各部分通常有一个或多个底脚，用于帮助把发电机机架的载荷传递到基础上。通常情况下，发电机底脚支撑的重量通过垫片组、座板和灰浆层传递到基础上。在安装和维护过程中，通过改变垫片组的厚度，能够使发电机和涡轮之间对正位置。在安装过程中浇铸到基础上的座板为发电机提供稳固的支撑底座。通常情况下，可延至机架全长的机架底脚一致地承担载荷，使用不同厚度的垫片组的目的仅是为了实现发电机与涡轮的最终对位。因此，定子铁心重量和电气载荷由发电机的中央部分承担，而机架端部支撑轴承中的转子。

为了最大限度地减小发电机轴的轴承跨距并提高刚度，转子轴承可由机架结构每端的相应托架支撑，而不是由外部轴承支座支撑。这种轴承布置形式意味着发电机端部的机架底脚应为转子轴和轴承提供稳固的支撑。过去，曾经在机架筋板(或角撑板)上使用机电式应变计，以测量每个底脚上的载荷分布，并针对动态轴承负荷使底脚的位置最佳化。使用基于机架挠度的载荷分布模式来正确分布机架底脚上的载荷。具体而言，在位于机架结构的角落附近的一块或多块角撑板上使用了一个或多个机电式应变计；正是这些竖向角撑板在角落处承担机架的重量。

以上述方式使用机电式应变计存在一些可靠性和操作限制。首先，通常情况下，标准的机电式应变计通过吸水水泥固结到角撑板基底上，而吸水水泥有时可能失效。即使很仔细地在应变计上涂一层密封剂以防止湿气侵入，但是水泥的固结寿命也可能仅有短短的12-18个月。因此，对于过去利用机架底脚承担载荷的发电机来说，需要拆下老旧的应变计，并安装新的应变计，以便将来监测机架底脚上的载荷。

而且，即使对于有经验的技术人员来说，标准机电式应变计的安装也很费时。有经验的现场工作人员安装标准应变计所需的时间大约为每个应变计需要1小时。因此，例如，典型的四极发电机安装工作可能包括在角撑板上正确安装多达64个应变计，因而需要很长的安装时间。

而且，从设计上来说，通常情况下，每个标准应变计需要3根线才能进行测量。对于一台四极发电机，可能需要从发电机向应变计的模拟连接器连接多达256根线。完成这些连接也需要大量时间，然后才能实现最终的测量。

因此，需要以快速、高效、精确、并能确保长期稳定结果的方式对发电机机架底脚载荷进行测量。

发明内容

本发明的多个方面涉及基于光纤光栅(FBG)传感器的应变测量模块。该模块包括具有第一端和第二端的光信号路径，光信号路径中的第一光纤光栅布置在第一端和第二端之间，光信号路径中的第二光纤光栅布置在第一光纤光栅和第二端之间。该模块还包括配置为基本上围住第一和第二光纤光栅的外壳；其中，外壳具有配置为通过机械方式附接至发电机的角撑板的表面上的外表面。而且，在第一和第二光纤光栅附近可布置有温度传感器。