[发明专利]励磁机转轴扭振的监测装置及方法

说明书

本发明涉及一种用于涡轮发电机的励磁机转轴扭振监测的方法和电路。

为了确保涡轮发电机的可靠性，必需精确地确定它的大约在5至130赫兹范围内的扭振自然频率。对于许多涡轮发电机来说，转动的励磁机的扭振频率响应被认为是一个关键的扭振设计因数，而且必须在上述的监测过程中测出励磁机转轴的扭摆。

在现有技术中已众所周知的是安装一个与励磁机转轴一起转动的专用齿轮盘和一个磁头传感器来测量励磁机的扭摆，该磁头产生一个其频率正比于该齿轮盘的瞬时转速（或速度）的信号。若出现一个扭振，则瞬时转轴速度就改变，从而调制了该磁头信号的频率。用磁头信号的频率解调就获得一个代表扭摆的模拟信号。

虽然这种方法产生了有用的效果，但是齿轮盘和磁头是昂贵的，而且它们的安装往往需要附加的系统装配时间。

本发明的一个目的是减少测量涡轮发电机励磁机扭摆所需要的硬件。

本发明的一个具体的目的是使完成这种测量不需要齿轮盘和磁头。

根据本发明，用一种检测涡轮发电机的励磁机转轴扭振的新颖仪器和方法来实现上述的和其它的目的。按照这种仪器和方法，一台永磁发电机由励磁机转轴驱动，其电输出提供一个其频率正比于励磁机转轴的转速的输出电压;该电输出与信号处理电路相连，后者用来获得一个代表励磁机转轴遭受的扭振的信号。

因此，根据本发明，以永磁发电机的一个输出相电压为基础，与励磁机联结在一起的转轴的扭摆就被监测出来。若涡轮发电机系统已包括一个由转轴驱动的永磁发电机（一般情况确是如此），则把合适的解调和滤波电路与永磁发电机的一个输出相相连就可实现本发明。

从下面对附图中仅仅作为例子表示出的一种较佳实施例的说明，将更容易明了本发明。附图中，用一张图表示出包括跨接在永磁发电机4的一个输出相上的一个模拟信号处理电路2的本发明的一种实施例。发电机4经由转轴6来驱动，转轴6也构成交流励磁机8和二极管轮盘10以及涡轮发电机12的转轴。发电机4产生一个三相输出电压，这个电压是励磁机8的励磁能源。

与励磁机8联结的转轴6的那部分所遭受的扭振将以这样一种方式传输给发电机4，以致于影响到发电机4产生的输出电压的瞬时频率。

在已知的系统中，永磁发电机4安装在与励磁机8相邻的转轴6上。为了发电机4的输出电压能精确地反映与励磁机8联结的转轴6那部分的扭动，发电机4与励磁机8之间的轴向距离不要太大才是有利的。作为例子，若转轴6的直径是23厘米数量级，这样粗的轴可被选用于一台大的涡轮机，则发电机4与励磁机8之间的轴向距离可以是60厘米数量级。但即使一个较大的距离也不会显著地损害最后的测量值。

为了作出这种扭动的测量，发电机4的一个输出电压相经由可以是降压变压器的变压器16和合适的熔断器18（如果希望有的话）施加给电路2。变压器16的变比取决于该发电机输出电压与电路2的输入特性之间的关系。

电路2主要由一个调频解调器22和一个电路单元24组成，该电路单元24又包括一个放大器和一个低通滤波器，该低通滤波器产生一个输出模拟信号，这个模拟信号的幅值变化正比于发电机4的输出信号的频率变化，因而正比于转轴6的转速变化。

电路单元24的输出模拟信号可施加给合适的记录仪和分析仪28，以便用通用的方法进行分析。

通常，永磁发电机4的输出信号的频率将只是稍微大于被监测的最大扭振频率。例如，当所关心的扭振频率上限是130赫兹数量级时，该发电机输出信号频率可以是标称值420赫兹，也可以下降到一个最小值210赫兹。

为了确保电路2的正常运行，首要的是解调器22被调谐到发电机4的输出频率范围和精确调整电路单元24的截止频率。作为例子，解调器22的结构可能以众所周知的锁相环技术为基础，且单元24的滤波器可被调谐到150赫兹数量级的截止频率。在现有技术中可用知识的基础上，这些条件能够容易地实现，因此，发电机4的输出电压可被成功地解调而不会在检测过程中产生假频（混淆）。

以下将是不言而喻的，即本发明的上述说明可有各种修改、变化和修正，且打算把这些改动包含在所附上的权利要求的那些与上述说明等效部分的含义和范围之中。