同步离合器的中间件位置监测装置的制作方法

本申请涉及同步离合器安全监测技术领域，尤其涉及一种同步离合器的中间件位置监测装置。

背景技术：

目前，随着西气东输工程的完善和国内发电机组节能环保的高要求，我国已经建设一大批“燃气—蒸汽”联合循环电站。在现有联合循环电厂机组轴系中，无论是单轴布置轴系还是多轴布置中的汽轮机轴系，大部分都配置有同步离合器，轴系结构如图1和图2所示。

对于单轴布置轴系来讲，同步离合器的设置能够让机组同时实现快速启停与能源的高效利用。如图1所示，燃气轮机与蒸汽轮机同轴布置，在发电机与蒸汽轮机之间设置有同步离合器。在机组启动期间，燃气轮机转速大于蒸汽轮机，蒸汽轮机处于脱开状态，燃气轮机单独运行进行快速启动，实现调峰功能。在燃气轮机启动稳定以后，再利用燃气轮机尾气能量产生蒸汽，推动蒸汽轮机运行，蒸汽轮机升速至3000rpm以后通过同步离合器与燃气轮机并车进行同轴做功，实现联合循环功能，提高能源的利用效率。

对于多轴布置中的汽轮机轴系，同步离合器的设置能够让机组在纯凝、抽凝、背压等方式下相互切换。如图2所示，在蒸汽轮机的高中压缸与低压缸之间配置同步离合器，当低压缸转速低于高中压缸时，低压缸脱开，高中压缸单独运行，中压缸排汽可以全部用来供热，实现机组的背压供热功能。当低压缸转速高于高中压缸时，低压缸会通过离合器与高中压缸啮合，实现同轴做功，提高纯凝和抽凝模式下能源的利用效率。

轴系中同步离合器的设置可以整体上提高能源的利用效率，产生了巨大的经济效益，但是对发电机组的安全运行也带来了诸多问题。某电厂因离合器的故障造成整个轴系无法正常运行，甚至造成运行机组的非计划停机，带来的损失不可估量。

目前，带有锁止环的离合器啮合过程的示意图如图3-图5所示(为了过程表示的清晰，离合器的棘轮棘爪结构在图中未进行体现)。离合器主要包括主动件、从动件和用于主动件和从动件之间扭力传导的中间件；中间件滑动设置在主动件与从动件配合而成的空腔内；中间体的外周侧设置有向外侧延伸的主动齿，从动件的内周侧设置有向内延伸的从动齿，当中间体滑至左侧与主动轴接触时，主动齿与从动齿相互啮合。锁止环通常滑动设置在主动件外侧，用于固定中间件；锁止环与主动件上设置有用于控制锁止环位移的滑道，当锁止环位于滑道的靠近从动件一侧的尽头时，锁止环与从动件之间留有一段空隙。

在图3所示状态下，离合器处于脱开状态，主动齿与从动齿脱开，主动件与从动件在各自的状态下转动，离合器处于非工作状态。此时，锁止环与中间件和主动件同时旋转。由于锁止与解锁的需求，锁止环此时距离从动件距离非常近，导致此处没有空间进行其他测量装置的安装。所以，中间件的位置是一个盲点，无论在离合器的停止或者运行状态下，中间件的位置一直处于未知状态。

在图4所示状态下，离合器处于啮合状态，如图中所示，主动齿与从动齿相互啮合，此时开始扭矩的传递。但是扭矩只能从主动件传递至从动件，锁止环此时未锁定。

在图5所示状态下，离合器处于啮合状态，锁止环此时已锁定。这种状态下，即使主动件出现某种故障失去力矩，从动件也可以将自身力矩传递至主动件，使整个轴系仍处于正常转速下，防止主动件在故障情况下脱开导致事故的发生。

对于联合循环电厂的上述离合器来讲，目前正常的监测参数仅仅有离合器本身的脱开、啮合、锁定三种监测信号，脱开、啮合、锁定三种信号仅为状态量，无法对离合器在脱开与啮合中的过程进行监测，如果在啮合与脱开的过程中发生故障，那么现有监测手段无法捕捉到故障信息。比如某电厂用高中压缸与低压缸的转速差判断离合器是否已经脱开，远方监测显示转速差大于50rpm，工作人员判定已经脱开。但实际上内部的滑动组件由于滑动受阻，虽然齿轮脱开，但是滑动组件并没有脱开到预定位，最终造成了动静齿轮碰磨，对设备造成了不可恢复的损坏。

综上，由于监测方面的不足，导致离合器出现故障以后，不能及时发现处理，最终离合器会在运行中损坏，轻则导致设备损坏，重则在运行过程中导致机组停机，造成如无法挽回的经济损失。

技术实现要素：

为解决现有技术中的上述问题，本申请的一个目的在于提出一种同步离合器的中间件位置监测装置，可以对同步离合器的中间件位置进行实时监测，及时发现异常，防止事故发生。

为达到上述目的，本申请实施例提出的同步离合器的中间件位置监测装置，包括中间件位置检测仪，所述同步离合器包括主动件、从动件、用于主动件和从动件之间扭力传导的中间件，以及用于固定所述中间件的锁止环，其中，所述中间件的表面轴向设置有预设的刻度标记，所述刻度标记位于所述中间件的锁止齿与主动齿之间；所述锁止环在移动过程中与所述从动件之间始终至少留有一段空隙，所述中间件位置检测仪设置于所述空隙的正上方，用于监测所述中间件的对应的刻度标记的变化。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，通过对带有锁止环的同步离合器的中间件进行改进，设置对应的中间件位置监测仪，能对离合器的中间件位置进行实时监控和预警，避免重大事故发生，具有不可估量的经济效益。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是带有同步离合器的单轴布置轴系的结构示意图；

图2是多轴布置中带有同步离合器的汽轮机轴系的结构示意图；

图3是带有锁止环的离合器在啮合过程中脱开状态的示意图；

图4是带有锁止环的离合器在啮合过程中啮合未锁定状态的示意图；

图5是带有锁止环的离合器在啮合过程中啮合并锁定状态的示意图；

图6是本申请一实施例的同步离合器的中间件位置监测装置在同步离合器处于脱开状态时的结构示意图；

图7是本申请一实施例的同步离合器的中间件位置监测装置在同步离合器处于啮合并锁定状态时的结构示意图；

图8是本申请另一实施例的同步离合器的中间件位置监测装置的结构示意图；

图9是本申请一实施例的中间件的刻度标记与对应的信号脉冲的示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种同步离合器的中间件位置监测装置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图6是本申请一实施例提出的同步离合器的中间件位置监测装置在同步离合器处于脱开状态时的结构示意图，图7是本申请一实施例提出的同步离合器的中间件位置监测装置在同步离合器处于啮合并锁定状态时的结构示意图。如图6和图7所示，该装置包括中间件位置检测仪1，所述同步离合器包括主动件、从动件、用于主动件和从动件之间扭力传导的中间件，以及用于固定所述中间件的锁止环，其中，所述中间件的表面轴向设置有预设的刻度标记2，所述刻度标记2位于所述中间件的锁止齿与主动齿之间；如图6和图7中虚线所示，所述锁止环在移动过程中与所述从动件之间始终至少留有一段空隙，所述中间件位置检测仪1设置于所述空隙的正上方或者侧方，用于监测所述中间件的对应的刻度标记2的变化。

由于锁止环的存在，中间件的移动方向上两侧都没有足够的位置设置轴向位移传感器，并且在现有技术中，中间件的锁止齿与主动齿之间的部分通常为光滑的圆筒结构，因此，从中间件的任何一个角度都难以检测到中间件的位置信息，存在安全隐患。本申请的实施例对中间件的锁止齿与主动齿之间的圆筒结构进行了可测量性改进。通过在中间件的锁止齿与主动齿之间设置刻度标记，在锁止环与从动件之间的空隙正上方设置中间件位置检测仪，从而在中间件左右移动时可以实时监测到中间件的位置信息，对同步离合器的工作状态进行诊断，进而可以及时发现同步离合器的中间件位置异常并进行预警，避免重大事故发生，具有不可估量的经济效益。

如图6所示，当带有锁止环的同步离合器处于脱开状态时，锁止环未锁定，在啮合过程中，中间件的位置从右侧向左移动。根据本申请的一个实施例，所述预设的刻度标记由多个具有预设宽度和间距的凹槽或者反光带构成。具体地，可以根据所需要的刻度标记的精度和其它实际需求预先设定多个凹槽或者反光带的宽度和间距。在本申请的一个实施例中，可以使所述多个凹槽或者反光带的宽度相同，间距相等，以便于根据刻度标记的变化计算中间件的位置信息。

在本申请的一个实施例中，当所述预设的刻度标记由多个具有预设宽度和间距的反光带构成时，所述中间件位置检测仪1采用激光测量传感器；当所述预设的刻度标记由多个具有预设宽度和间距的凹槽构成时，所述中间件位置检测仪1采用电涡流传感器。

在本申请的一个实施例中，如图8所示，本申请的监测装置还包括与所述激光测量传感器或电涡流传感器相连的信号处理模块3，用于根据所述激光测量传感器或电涡流传感器采集到的刻度标记的变化，计算所述中间件的位置信息。

根据本申请的一个实施例，本申请的装置还可以包括记录模块，用于记录所述信号处理模块计算得到的所述中间件的位置信息。

举例而言，如图9所示，可以在光滑的圆筒结构上进行开槽，个数为n，形成n个凹槽和n-1个凸出齿，凸出齿宽度为a，两个凸出齿的间距为b，采用电涡流传感器，正对中间件放置，激光直射在中间件上。当中间件左右移动时，电涡流传感器可以采集到测量脉冲。具体可以采用如下信号处理方式：

在啮合过程中，在点1处，测量到的脉冲由0变为1，此时记录中间件位置为0(初始位置)。当中间件正对激光测量传感器的刻度标记移动至点2处，脉冲由1变为0，此时记录中间件位置为x＝a；当移动至点3，脉冲由0变为1，记录中间件位置为x＝a+b；移动至点4，重复点2过程，此时记录中间件位置为x＝a+b+a；如此往复，每次脉冲从1变为0，距离值x增量为a；每次脉冲从0变为1，距离值x增量为b。如此以来，信号处理模块3可以离散性记录中间件所处位置，记录的误差为a或者b(取两者之大)。其中，根据记录的精确度要求，可以对a或者b的值进行预设或调整，a与b的值可以相同也可以不同。

采集或处理得到的数据可以由信号处理模块进行保存，也可以单独设置记录模块来保存。

在脱开过程中，可以对中间件的位置信息进行反向记录，大体过程与上述相同。由于位置测量至少要记录起始位置和最终位置，以判定中间移动件是否啮合或者脱开到位，所以，当n指的是脉冲升降沿个数时，n大于等于4，当n指的是齿的个数时，或者反光带个数，则n大于等于2。

需要说明的是，中间件的运动方向，往往是单向的。比如：一次操作只可能是向主动件方向移动，或者只可能是向从动件方向移动。在操作前，很明确的能知道具体向哪个方向移动。其次，最靠近主动件的位置与最靠近从动件的位置，至少要有一个凸出齿。而每一个凸出齿形成一个上升沿，一个下降沿。所以，两个凸出齿，会形成两个上升沿，两个下降沿，检测仪计数会计至少四个。故，如果n指的是脉冲升降沿个数，n大于等于4，如果n指的是齿的个数，或者反光带个数，则n大于等于2。

在本申请的另一个实施例中，当预设的刻度标记由反光带构成时，可以在圆筒结构上面涂刷反光材料，涂刷方式为圆周，条数为n，这样圆筒表面会形成n个反光带与n-1个非反光带。具体的位置监测过程参照上述实施例，在此不再赘述。采用反光带做刻度标记，较为简单实用，并且可以进行测量精度的修改。

在本申请的一个实施例中，还可以通过显示装置或人机交互界面等输出中间件位置信息的监测结果，便于电厂运行维护人员可以实时监测，在发生异常时可以直观看出装置发出的报警信号，对可能出现的问题或故障及时发现，及时处理，避免出现离合器突然失效而造成设备损坏和机组的事故停机。

根据本申请的一个实施例，还包括与所述信号处理模块相连的显示模块，用于显示所述中间件的位置信息。具体地，可通过显示模块或人机交互界面等输出中间件位置信息的监测结果，便于电厂运行维护人员进行实时监测。

根据本申请的一个实施例，还包括预警模块，用于根据所述中间件的位置信息对离合器的运行状态进行诊断和预警。以便于在发生异常时直观看出监测装置发出的报警信号。

根据本申请的一个实施例，所述中间件的位置信息包括起始位置和终止位置，预警模块还可以用于根据中间件的起始位置和终止位置诊断所述同步离合器的运行是否异常，例如根据中间件的位置判断是否完全脱开、是否完全啮合等。

本申请实施例的装置，针对带有锁止环的同步离合器的中间件进行改进，通过在中间件的锁止齿与主动齿之间设置刻度标记，在锁止环与从动件之间的空隙正上方设置中间件位置检测仪，从而在中间件左右移动时可以实时监测到中间件的位置信息，对同步离合器的工作状态进行监控和预警，避免重大事故发生，具有不可估量的经济效益。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。