不抽转子的发电机膛内智能检测系统的制作方法

本发明涉及发电机检测领域，尤其涉及了不抽转子的发电机膛内智能检测系统。

背景技术：

人工智能必将与重大的社会变革同步，为传统行业带来产业升级的活力，这其中当然包括电力行业。我国电力行业积极拓展智能机器人技术应用，促进电力设备检修、检测技术进步。国家电网下属各供电公司针对变电站、输电线路巡线工作已成立智能机器人和无人机班组，利用机器人巡检代替传统的人工巡检。以山东电网为例，应用变电站巡检机器人后，巡检频度提升3倍，人工巡视工作量下降21.4％，节约人力成本1.7亿元。部分单位采用绝缘检测子机器人和绝缘子清扫机器人来代替传统人工检测和清扫工作，不仅显著的提高了工作效率，同时也降低了安全事故发生的可能性。电力机器人作为服务电力系统的特种机器人，必将不断增加国家电网的智能化程度，应用于各种特殊场合。

发电机组作为电力系统的重要组成部分，需要高效稳定运行，以保证向电力系统不间断地提供电力能源。但是，目前国内发电机故障时有发生，检修中发现发电机膛内松动、过热、绝缘磨损、放电等安全隐患相对较多，容易发生恶性故障。此外，部分发电机运行中暴露出家族性缺陷，同批次或同型号需临时安排膛内检查。因此，国内各发电企业将定期、或不定期发电机检修作为防范发电机事故的重要措施，保障机组安全可靠运行。目前，我国的发电机检测方式是抽出转子进行人工检测，这种传统检修模式存在检修周期长、检测效率低、工作强度大、费用高等缺点，并且有一定的设备拆装风险。近年来，欧美等发达国家研发出一种不需要抽出转子的发电机智能膛内机器人检测系统，用于替代之前的人工检测方式，并获得较好的应用效果。由于国内在此方面研究投入不足，国外公司对我国进行技术封锁，不出售检测装置，仅提供检测服务，以收取高昂的服务费用。因此，本申请针对国内大型发电机检测任务重、机组型号繁多、工况复杂等现状，希望研发一种具备较强适用性的用于发电机膛内检测的智能电力机器人装备，填补国内技术空白，实现大型发电机不抽转子膛内检测，合理延长发电机抽转子检查周期，为集团发电企业提供便利的发电机内部检查评估服务，及早发现并消除设备隐患，防止恶性事故的发生。该发电机膛内智能机器人检测装置的成熟应用有助于提高工作效率，有效缩短检修时间，降低检修成本，提升发电企业的经济效益。

在实际操作中，未抽转子时，发电机内部转子和定子之间的间隙仅5cm，膛内机器人厚约3cm，所以机器人的可活动空间极小，容易发生膛内卡死状况。此外，机器人的随行线缆包含供电线及各类控制线，随着机器人在内腔运行的深入，拖拽线缆对机器人运行造成的不利影响将不断增大。目前，现有产品均采用人工方式递、送膛内机器人随行线缆，降低拖动线缆对机器人运行的不良影响。当发生机器人膛内卡死故障时，现有产品同样寄希望于通过人工方式拉、拽随行线缆的方式排除故障。这类做法存在极大的弊端：1)工人的作业空间狭小，尤其是下半圆发电机齿槽检测时，工人难以有效的递、送随行线缆，此外人为操作难以保证递送线缆和机器人运行的同步，因此线缆上产生的应力会影响膛内机器人运行，从而增大机器人卡死故障的发生几率；2)发生卡死故障时，人工拉、拽线缆既易损坏检测机器人又易造成发电机内腔损伤，工人的错误操作也会带来“越拉越死”的风险，最终引起严重的生产事故。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中无法自动解除卡死状态缺点，提供了不抽转子的发电机膛内智能检测系统。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

不抽转子的发电机膛内智能检测系统，包括用于进行发电机膛内检测的检测机器人，检测机器人上安装有用于带动检测机器人在发电机膛内爬行的爬行电机；还包括随行线缆和输送随行线缆的送线电机，随行线缆与检测机器人连接；还包括固装在发电机转子上的两组牵引装置，每组牵引装置均包括牵引马达、牵引轮和牵引绳，牵引轮与牵引马达连接并由牵引马达带动旋转，两组牵引装置中的牵引绳分别固定在检测机器人的左右两端并对检测机器人的左右两端进行拉扯；还包括控制器，控制器包括位置反馈模块和mcu模块，爬行电机上安装有光电编码器，位置反馈模块与光电编码器连接并分析爬行电机带动检测机器人移动的距离，位置反馈模块根据检测机器人移动的距离算出位置信号并发送给mcu模块，mcu模块对检测机器人是否存在卡死状态进行判断，当检测机器人正常状态时，mcu模块控制送线电机根据位置信号递送随行线缆并控制牵引马达保持牵引绳的张紧力；当检测机器人卡死状态时，mcu模块控制爬行电机和送线电机停止转动并控制两个牵引马达通过牵引绳对检测机器人的左右两端进行交替拉扯。

作为优选，检测机器人上还安装有摄像头，摄像头与mcu模块连接并向mcu模块发送图像信号，mcu模块通过图像信号判断检测机器人是否位于卡死状态。

作为优选，还包括电机模块，电机模块与爬行电机连接并监测爬行电机的输出功率并形成输出信号发送给mcu模块，mcu模块将输出信号和位置信号进行比对，当输出信号的功率大但位置信号无变化时即可判断检测机器人为卡死状态。

作为优选，控制器还包括电源模块，电源模块包括动力单元和辅助单元，动力单元向爬行电机、送线电机和牵引马达进行48v的供电电压，辅助单元向控制器进行+5v和+12v的供电电压。

电机模块还包括母线电压检测单元、过流保护单元、逆变单位和电流采样单位。

作为优选，mcu模块包括随行单元和脉冲姿态调整单元，随行单元根据位置信号控制送线电机转动并带动随行线缆和牵引线能随检测机器人的位置递送，脉冲姿态调整单元控制牵引马达使牵引绳保持张紧状态或控制两个牵引马达交替运作拉扯检测机器人的左右两端。

作为优选，还包括安装座，安装座固装在发电机转子的端部，随行线缆穿过安装座并与检测机器人连接，两组牵引装置安装在安装座的左右两侧。

作为优选，两根牵引绳关于检测机器人中轴线对称设置，两根之间牵引绳的夹角为0°～30°。

作为优选，送线电机安装在安装座内，安装座内还安装有由送线电机带动转动的驱动轮，还包括驱动轴，驱动轴上安装有与驱动轮配合的传动轮，驱动轴上还固装有蜗杆，安装座上安装有动力轮，动力轮有多个，动力轮与蜗杆配合并由蜗杆带动转动，动力轮与随行线缆接触并带动随行线缆的移动。

作为优选，安装座上还安装有调节轮，动力轮有三个，调节轮有三个且与动力轮一一对应，随行线缆夹紧在动力轮和调节轮之间，还包括安装在安装座上的位置调节旋钮。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本申请通过控制器自动完成腔内机器人随行线缆的同步递、送，消除拖拽线缆对机器人运行的不良影响；当发生腔内卡死故障时，通过脉冲式主动姿态调整控制策略排除故障，降低检测风险。本申请实现自动化操作，消除人为因数的影响，能更加准确的实现线缆递送和机器人运行之前的同步控制，彻底消除拖拽线缆造成的不良影响，脉冲式主动姿态调整方法通过辅助牵引绳对膛内机器人施加可控牵引力，通过弹性形变的叠加释放引起卡死的弹性应力，最终排除腔内机器人卡死故障。该方法施加的脉冲牵引力实时可控，能大幅增加排除卡死故障的几率，并从根本上消除了“越拉越死”的风险。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的控制器流程图。

图3是本发明的结构示意图。

图4是本发明的的俯视图。

图5是图3的安装座的结构示意图。

附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—检测机器人、2—安装座、3—随行线缆、4—牵引装置、5—控制器、6—光电编码器、11—爬行电机、12—摄像头、21—送线电机、22—驱动轮、23—驱动轴、24—传动轮、25—蜗杆、26—动力轮、27—调节轮、21—送线电机、41—牵引马达、42—牵引轮、43—牵引绳、51—位置反馈模块、52—mcu模块、53—电机模块、54—电源模块。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

不抽转子的发电机膛内智能检测系统，如图所示，包括用于进行发电机膛内检测的检测机器人1，检测机器人1上安装有用于带动检测机器人1在发电机膛内爬行的爬行电机11，还包括随行线缆3和输送随行线缆3的送线电机21，随行线缆3与检测机器人1连接，还包括固装在发电机转子上的两组牵引装置4，每组牵引装置4均包括牵引马达41、牵引轮42和牵引绳43，牵引轮42与牵引马达41连接并由牵引马达41带动旋转，两组牵引装置4中的牵引绳43分别固定在检测机器人1的左右两端并对检测机器人1的左右两端进行拉扯；还包括控制器5，控制器5包括位置反馈模块51和mcu模块52，爬行电机11上安装有光电编码器6，位置反馈模块51与光电编码器6连接并分析爬行电机11带动检测机器人1移动的距离，位置反馈模块51根据检测机器人1移动的距离算出位置信号并发送给mcu模块52，mcu模块52对检测机器人1是否存在卡死状态进行判断，当检测机器人1正常状态时，mcu模块52控制送线电机21根据位置信号递送随行线缆3并控制牵引马达41保持牵引绳43的张紧力；当检测机器人卡死状态时，mcu模块52控制爬行电机11和送线电机21停止转动并控制两个牵引马达41通过牵引绳43对检测机器人1的左右两端进行交替拉扯。

还包括电机模块53，电机模块53与爬行电机1连接并监测爬行电机11的输出功率并形成输出信号发送给mcu模块52，mcu模块52将输出信号和位置信号进行比对，当输出信号的功率大但位置信号无变化时即可判断检测机器人1为卡死状态。

电机模块53还包括母线电压检测单元、过流保护单元、逆变单位和电流采样单位。逆变单元输出控制电动马达；母线电压检测用于电机控制和电源报警检测；过流保护检测母线电流，限制电机输入电流起到保护电机和驱动设备的作用；电流采样为相电流采样，用于完成同步电机力矩控制

控制器5还包括电源模块54，电源模块54包括动力单元和辅助单元，动力单元向爬行电机11、送线电机21和牵引马达41进行48v的供电电压，辅助单元向控制器5进行+5v和+12v的供电电压。

mcu模块52包括随行单元和脉冲姿态调整单元，随行单元根据位置信号控制送线电机13转动并带动随行线缆3和牵引线43能随检测机器人1的位置递送，脉冲姿态调整单元控制牵引马达41使牵引绳43保持张紧状态或控制两个牵引马达41交替运作拉扯检测机器人的左右两端。随行单元获取腔内检测机器人1的速度信息，计算牵引马达的运行速度，建立随行线缆3位置坐标系，比对随行线缆3和检测机器人1的位置信息，补偿随行线缆3位置余量。同时，监控随行牵引马达41力矩输出情况并通过力矩判定牵引状态进行位置补偿，实现牵引绳43同步控制。脉冲式主动姿态调整分成两个情况：第一种是正常状态(未卡死)：这种状态下，牵引马达41处于力矩控制模式，牵引马达41输出恒定力矩(较小)，目的是使辅助牵引线43保持紧绷，并且在膛内检测机器人1向外侧运动时，将辅助牵引线43收至牵引轮42中；第二种是卡死状态，在这种状态下，检测机器人1停止运行，左右牵引马达41交替输出力矩和时间均可控制的牵引力，将引发卡死故障的弹性形变抵消，消除卡死故障。

还包括安装座2，安装座2固装在发电机转子的端部，随行线缆3穿过安装座2并与检测机器人1连接，两组牵引装置4安装在安装座2的左右两侧。

两根牵引绳43关于检测机器人1中轴线对称设置，两根之间牵引绳43的夹角为0°～30°。

送线电机21安装在安装座2内，安装座2内还安装有由送线电机21带动转动的驱动轮22，还包括驱动轴23，驱动轴23上安装有与驱动轮22配合的传动轮24，驱动轴23上还固装有蜗杆25，安装座2上安装有动力轮26，动力轮26有多个，动力轮26与蜗杆25配合并由蜗杆25带动转动，动力轮26与随行线缆3接触并带动随行线缆3的移动。

安装座2上还安装有调节轮27，动力轮26有三个，调节轮27有三个且与动力轮26一一对应，随行线缆3夹紧在动力轮26和调节轮27之间，还包括安装在安装座2上的位置调节旋钮，调节轮27通过基座安装在安装座2上，位置调节旋钮与基座连接并控制基座的位置，顺时针旋转位置调节旋钮时，基座将带动调节轮和动力轮向夹紧随行线缆的方向移动；逆时针旋转位置调节旋钮，安装座将向松开随行线缆(两侧)的方向移动。安装座2内还安装有导线支架29，导线支架29有三个，导线支架29上设有导线孔291，不同导线支架29上的导线孔291沿直线设置，随行线缆3与导线孔291配合并穿过导线孔291设置，安装座2靠近发电机膛内的一端为内端，另一端为外端，导线支架29分布在安装座2内部的内外两端以及中部；还包括导线嘴28，导线嘴28安装在安装座2的外端并将随行线缆3引入安装座2内，导线嘴28为喇叭形，导线嘴28的一端安装在安装座2上，导线嘴28的另一端为喇叭口并向外设置，导线嘴28与位于安装座2内侧的导线支架29连接。

在正常运行时，牵引马达41处于力矩控制模式，所提供的力矩将实现：检测机器人1前进时，使辅助牵引线具备一定张力；检测机器人1后退时，将辅助牵引线43收纳至储线轮42中。在卡死状态下，控制器5控制两个辅助牵引马达41交替输出持续时间、力矩大小均可控的脉冲式牵引力，排除检测机器人1腔内卡死故障。

控制器5通过控制接口连接防卡死牵引装置，控制各类马达和指示灯。指示灯将反映装置的当前工作状态。控制器5可获取检测机器人1的位置信息，通过信号处理完成随行线缆3和检测机器人1的同步控制。

在发电机内腔运行时，检测机器人1吸附在内壁上，通过护板和小轮保证前进方向。当护板、小轮轮和定子齿槽之前间隙合理时，检测机器人1能顺利进出发动机内腔；当间隙发生变化、小于极限值时，检测机器人1会存在“卡死”在齿槽内的风险。根据材料力学，在刚发生机械“卡死”时，两个物体接触部位发生的一定是弹性形变，弹性应力是造成机械卡死的原因。

排除“卡死”故障的主要方法是操作检测机器人1停止运行，通过牵引力消除已产生的弹性应力，使机械部件的形变恢复，并调整间隙到达正常范围。但是，如果通过人力拉扯牵引绳，极有可能产生不当的牵引力，加剧机械结构的弹性形变，使弹性应力不断积累，增加排除故障的难度。

因此，提出了一种脉冲式主动姿态调整方法。当发生“卡死”故障时，控制系统迅速停止检测机器人1，两根固定在检测机器人1左右两侧的辅助牵引绳43，以一个持续时间、力矩大小均可控制的径向力矩n交替拉动辅助牵引绳43，左右两根牵引绳43分别定义为牵引绳a和牵引绳b，不断产生新的方向相反的弹性形变a’和b’。由于牵引操作的持续时间较短，材料的应变速率可视为恒定，保证a、b牵引绳43施加在检测机器人1上的力矩相等，并合理控制此力矩的大小和持续时间，材料的硬化现象将会导致和原形变方向同向的弹性形变a’小于和原形变方向反向的弹性形变b’。最终，通过在a，b辅助牵43引绳上持续交替施加径向力矩n，新产生的弹性形变和造成堵转的弹性形变不断叠加，引起“卡死”的弹性应力将被释放，“卡死”故障最终被排除。根据控制理论，径向力矩n需满足以下条件：1)为了保证弹性形变a’和b’的对称性，每次施加的径向力矩n的时间必须相等；2)为了更好的完成形变叠加，交替施加于a、b牵引线43的间隔时间需要较短(ms级)；3)径向力矩n的大小不能超过材料的弹性极限；4)径向力矩n以脉冲方式施加(持续时间短)，这种方式有利于排除“卡死”故障，并能防止施加力矩时间过长造成的“卡死”加剧情况。在后续的工作中，探索使用材料的特性，施加力矩n的大小、持续时间和间隔时间的整定原则，设计相应的牵引装置，增大系统排除检测机器人1腔内“卡死”故障的几率。

实施例2

与实施例1相同，不同的是检测机器人1上还安装有摄像头12，摄像头12与mcu模块52连接并向mcu模块52发送图像信号，mcu模块52通过图像信号判断检测机器人1是否位于卡死状态。当爬行电机11在工作，而图像信号不变时，可判断检测机器人1为卡死状态。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。