本发明涉及同步离合器安全监测技术领域，特别涉及一种同步离合器状态监控装置及方法。
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发电机组的轴系中，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，在燃气轮机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(revolutionsperminute，转/分钟)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，高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。某联合循环电厂曾因同步离合器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，带有锁止环的同步离合器啮合过程如图3至图5所示(为了过程表示的清晰，同步离合器的棘轮棘爪结构在本图中未进行体现)。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，此时主动件转速低于从动件转速，同步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转速下转动，同步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，无论在同步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，主动件转速大于从动件转速时，由于转速差的推动使同步离合器啮合，当同步离合器处于啮合状态，如图4中所示，主动齿与从动齿相互啮合，此时主动件与从动件转速相同，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。如果此时主动件的转速再低于从动件，那么离合器将会脱开。在图5所示状态下，同步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，如果此时主动件的转速再低于从动件，同步离合器也不会脱开。整个轴系始终处于正常转速下，防止主动件在故障情况下脱开导致事故的发生。
对于上述的同步离合器来讲，在目前的运行过程中，正常的监测参数仅仅有同步离合器本身的脱开、啮合、锁定这三个状态点的监测信号，这三种信号均为状态开关量，无法在同步离合器的啮合与脱开过程中对中间件的移动过程进行监测，如果同步离合器在啮合与脱开的过程中中间件发生故障，现有监测手段无法捕捉到故障信息，可能会导致同步离合器在运行过程中轻则损坏，重则机组停机或事故，造成如无法挽回的损失。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种同步离合器状态监控装置，可以在同步离合器的啮合与脱开过程中对中间件的移动过程进行监测，及时发现异常，防止事故发生。
该同步离合器状态监控装置包括：脉冲信号采集设备和信号处理设备；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，其中，在主动件和从动件的光轴部分设置有预设的刻度标记；
所述脉冲信号采集设备用于：采集变化脉冲信号和基准脉冲信号，所述变化脉冲信号由预设的刻度标记随着主动件转动而形成，所述基准脉冲信号由预设的刻度标记随着从动件转动而形成；
所述信号处理设备用于：根据变化脉冲信号和基准脉冲信号确定中间件的滑动距离。
在一个实施例中，所述预设的刻度标记为一个凹槽、一个突出的磁性块、多个宽度相同和间距相等的凹槽、多个宽度相同和间距相等的突出的磁性块其中之一。
在一个实施例中，所述脉冲信号采集设备采用电涡流传感器。
在一个实施例中，所述预设的刻度标记为一个反光带，或多个宽度相同和间距相等的反光带。
在一个实施例中，所述脉冲信号采集设备采用激光测量传感器。
在一个实施例中，所述信号处理设备具体用于：
按照如下方式根据变化脉冲信号和基准脉冲信号确定中间件的滑动距离：
确定第一时间和第二时间，其中，所述第一时间为预设的刻度标记随着主动件每转动一圈形成的变化脉冲信号的下降沿时刻或上升沿时刻；所述第二时间为预设的刻度标记随着从动件每转动一圈形成的基准脉冲信号的下降沿时刻或上升沿时刻；
确定第一时间与第二时间的时间差；
根据主动件转动每一圈的平均速度和第一时间与第二时间的时间差，确定在每一圈转动时间内主动件相对于从动件的旋转角度；
根据所述旋转角度确定中间件的滑动距离。
在一个实施例中，所述信号处理设备具体用于：
按照如下公式确定主动件相对于从动件的旋转角度：
ψi＝δti*(360°/t2i)-ψ0；
其中，ψi为触发时刻后第i个脉冲周期内主动件相对于从动件的旋转角度；δti为触发时刻后第i个脉冲周期内变化脉冲信号的下降沿时刻与基准脉冲信号的下降沿时刻的时间差，或，触发时刻后第i个脉冲周期内变化脉冲信号的上升沿时刻与基准脉冲信号的上升沿时刻的时间差；t2i为主动件在转速与从动件相同后的第i个脉冲周期；ψ0为触发时刻主动件的预设的刻度标记与从动件的预设的刻度标记间的初始角度。
本发明实施例提供了一种同步离合器状态监控方法，可以在同步离合器的啮合与脱开过程中对中间件的移动过程进行监测，及时发现异常，防止事故发生。
该同步离合器状态监控方法包括：
采集变化脉冲信号和基准脉冲信号，所述变化脉冲信号由预设的刻度标记随着主动件转动而形成，所述基准脉冲信号由预设的刻度标记随着从动件转动而形成；
根据变化脉冲信号和基准脉冲信号确定中间件的滑动距离；
其中，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，其中，预设的刻度标记为设置在主动件和从动件的光轴部分。
在一个实施例中，所述根据变化脉冲信号和基准脉冲信号确定中间件的滑动距离，包括：
确定第一时间和第二时间，其中，所述第一时间为预设的刻度标记随着主动件每转动一圈形成的变化脉冲信号的下降沿时刻或上升沿时刻；所述第二时间为预设的刻度标记随着从动件每转动一圈形成的基准脉冲信号的下降沿时刻或上升沿时刻；
确定第一时间与第二时间的时间差；
根据主动件转动每一圈的平均速度和第一时间与第二时间的时间差，确定在每一圈转动时间内主动件相对于从动件的旋转角度；
根据所述旋转角度确定中间件的滑动距离。
在一个实施例中，按照如下公式确定主动件相对于从动件的旋转角度：
ψi＝δti*(360°/t2i)-ψ0；
其中，ψi为触发时刻后第i个脉冲周期内主动件相对于从动件的旋转角度；δti为触发时刻后第i个脉冲周期内变化脉冲信号的下降沿时刻与基准脉冲信号的下降沿时刻的时间差，或，触发时刻后第i个脉冲周期内变化脉冲信号的上升沿时刻与基准脉冲信号的上升沿时刻的时间差；t2i为主动件在转速与从动件相同后的第i个脉冲周期；ψ0为触发时刻主动件的预设的刻度标记与从动件的预设的刻度标记间的初始角度。
在本发明实施例中，通过在主动件和从动件的光轴部分设置有预设的刻度标记，然后通过采集由预设的刻度标记随着主动件转动而形成的变化脉冲信号和由预设的刻度标记随着从动件转动而形成的基准脉冲信号，来确定中间件的滑动距离，从而能对离合器的中间件位置进行实时监控，及时发现异常，防止事故发生
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种带有同步离合器的单轴布置轴系结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种多轴布置中带有同步离合器的汽轮机轴系结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种同步离合器脱开状态示意图；
图4是本发明实施例提供的一种同步离合器啮合未锁定状态示意图；
图5是本发明实施例提供的一种同步离合器啮合并锁定状态示意图；
图6是本发明实施例提供的一种同步离合器状态监控系统示意图；
图7是本发明实施例提供的一种同步离合器监测脉冲示意图；
图8是本发明实施例提供的一种同步离合器状态监控方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术中不能对中间件的移动位置进行测量，本发明提出一种同步离合器状态监控装置和方法，通过对离合器的结构改造，增加现场相关监测信号或者利用现场已有信号进行处理，对处理结果进行分析，实现监测中间件的滑动位置，对离合器的运动状态进行评价，并进一步进行故障预测，保证离合器在服役期间工作状态正常。
图6是本发明实施例提供的一种同步离合器状态监控系统示意图，如图6所示，该同步离合器状态监控装置包括：脉冲信号采集设备1和信号处理设备2；所述同步离合器包括主动件4、从动件5、用于主动件和从动件之间扭力传导的中间件，其中，在主动件4和从动件5的光轴部分设置有预设的刻度标记3；
所述脉冲信号采集设备1用于：采集变化脉冲信号和基准脉冲信号，所述变化脉冲信号由预设的刻度标记3随着主动件4转动而形成，所述基准脉冲信号由预设的刻度标记3随着从动件5转动而形成；
所述信号处理设备2用于：根据变化脉冲信号和基准脉冲信号确定中间件的滑动距离。
具体实施时，根据上述介绍的同步离合器工作原理，可知中间件的移动完全由主动件和从动件的转速差实现。当主动件转速大于从动件的时候，同步离合器进行啮合动作。当锁止环处于解锁状态，主动件转速小于从动件的时候，同步离合器进行脱开动作。
根据以上原理，本发明具体的技术方案和实施方式如下：在主动件4和从动件5的光轴部分设置有预设的刻度标记3，其中，预设的刻度标记3可以是一个凹槽、一个突出的磁性块、多个宽度相同和间距相等的凹槽、多个宽度相同和间距相等的突出的磁性块其中之一。具体地，因为主动件的转速是变化的，只有凹槽或磁性块沿着周向均匀分布，才能根据脉冲的时间差来确定主动件旋转的转速。所以根据所需要的刻度标记的精度和其它实际需求设定多个凹槽或磁性块的宽度是相同的、间距是相等的。预设的刻度标记3还可以是一个反光带，或多个宽度相同和间距相等的反光带，或者是涂刷的反光材料。
针对预设的刻度标记3是凹槽或突出的磁性块这种情况，脉冲信号采集设备1可以采用电涡流传感器，利用电涡流传感器进行电压脉冲信号采集。针对预设的刻度标记3是反光带这种情况，脉冲信号采集设备1还可以采用激光测量传感器，利用光学传感器进行电压脉冲信号采集。
再者，还可以采用现场已有的键相槽或转速齿盘输出的脉冲信号，原理相同。总之，能形成脉冲的设备和装置，均适用于本发明。
具体实施时，在获得了变化脉冲信号和基准脉冲信号后，信号处理设备2具体用于：
按照如下方式根据变化脉冲信号和基准脉冲信号确定中间件的滑动距离：
确定第一时间和第二时间，其中，所述第一时间为预设的刻度标记随着主动件每转动一圈形成的变化脉冲信号的下降沿时刻或上升沿时刻；所述第二时间为预设的刻度标记随着从动件每转动一圈形成的基准脉冲信号的下降沿时刻或上升沿时刻；
确定第一时间与第二时间的时间差；
根据主动件转动每一圈的平均速度和第一时间与第二时间的时间差，确定在该圈转动时间内主动件相对于从动件的旋转角度；
根据所述旋转角度确定中间件的滑动距离。
其中，按照如下公式确定主动件相对于从动件的旋转角度：
ψi＝δti*(360°/t2i)-ψ0；
其中，ψi为触发时刻后第i个脉冲周期内主动件相对于从动件的旋转角度；δti为触发时刻后第i个脉冲周期内变化脉冲信号的下降沿时刻与基准脉冲信号的下降沿时刻的时间差，或，触发时刻后第i个脉冲周期内变化脉冲信号的上升沿时刻与基准脉冲信号的上升沿时刻的时间差；t2i为主动件在转速与从动件相同后的第i个脉冲周期；ψ0为触发时刻主动件的预设的刻度标记与从动件的预设的刻度标记间的初始角度。
具体的，本发明实施例用主动件和从动件上均开一个凹槽，用电涡流传感器进行数据采集的情况，来阐述本发明方法。也就是说图6中的预设的刻度标记3为凹槽，脉冲信号采集设备1为电涡流传感器。
在图6的基础上，进行数据采集，对于联合循环电厂的离合器来讲，主动件与从动件始终都在高速旋转，在其脱开过程所经历的时间中，主动件与从动件均会旋转很多圈。那么，每一圈形成一个脉冲，可以形成如图7所示的两个脉冲信号。其中，从动件的转速不变，故脉冲周期不变，作为基准脉冲。主动件在啮合时转速会高于从动件，在脱开的时候会低于从动件，故周期也在变化，称之为变化脉冲。
根据背景技术中讲述的原理，以脱开过程为例，讲述本发明的计算原理。
基准脉冲是从动件上的凹槽或者其他结构形成的脉冲，由于从动件转速不变，故脉冲密度均匀，即t11是一个不变量。变化脉冲是主动件上的凹槽或者其他结构形成的脉冲，由于脱开过程中主动件转速下降，故脉冲的密度会越来越小，即两个脉冲之间的间隔t越来越大，t2n>t2(n-1)>……t21。
对于联合循环电厂的离合器来讲，主动件与从动件始终都在高速旋转，在其脱开过程所经历的时间中，主动件与从动件均会旋转很多圈。那么，每一圈形成一个脉冲，在很多圈形成的很多脉冲中，利用变化脉冲和基准脉冲的下降沿(或上升沿，要对应起来)之间的时间差与主动件在本圈内的平均转速相乘，即可算出本圈时间内，主动件相对从动件旋转的角度。而同步离合器内部机械结构(指的是内部的螺旋花键的螺旋角)是固定的，得出了相对旋转的角度，就得出了离合器中间滑动件相对滑动的距离。
根据图7的脉冲示意图，具体算法如下：
当变化脉冲的周期大于基准脉冲的周期，作为计算的触发条件。触发时刻，主动件的凹槽相对于从动件的凹槽有一个初始角度，这个初始角度设置为ψ0，那么ψ0＝δt0*360°/t20，其中，δt0为主动件转速与从动件转速相同时脉冲下沿的相对时间差；t20为主动件在转速与从动件相同时的第一个脉冲周期。条件触发后，变化脉冲的周期t21作为第一个计算周期。此周期内，主动件相对于从动件的旋转角度ψ1＝δt1*360°/t21-ψ0，其中，δt1为δt0后的第一个脉冲相对时间差。如此类推，那么ψn＝δtn*(360°/t2n)-ψ0，其中，δtn为δt0后的第n个脉冲相对时间差；t2n为主动件在转速与从动件相同后的第n个脉冲周期。由此公式，可以获得每一个离散的时刻下主动件相对于从动件的旋转角度ψn。根据离合器的机械结构，可以很简单的换算为中间滑动件的移动距离ln。
啮合过程中，触发条件与上述相同，变化脉冲的密度会越来越大，即两个脉冲之间的间隔t越来越小，t2n<t2(n-1)<……t21。但是计算公式与上述过程相同，为了避免负数的出现，在公式中将δtn取绝对值即可。
根据上述算法，可以得到中间滑动件的滑动曲线。根据曲线可以进行设备的健康状态评价。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种同步离合器状态监控方法，如下面的实施例所述。由于同步离合器状态监控方法解决问题的原理与同步离合器状态监控装置相似，因此同步离合器状态监控方法的实施可以参见同步离合器状态监控装置的实施，重复之处不再赘述。
图8是本发明实施例的同步离合器状态监控方法流程图，如图8所示，包括：
步骤801：采集变化脉冲信号和基准脉冲信号，所述变化脉冲信号由预设的刻度标记随着主动件转动而形成，所述基准脉冲信号由预设的刻度标记随着从动件转动而形成；
步骤802：根据变化脉冲信号和基准脉冲信号确定中间件的滑动距离；
其中，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，其中，预设的刻度标记为设置在主动件和从动件的光轴部分。
具体实施时，步骤802：所述根据变化脉冲信号和基准脉冲信号确定中间件的滑动距离，包括：
确定第一时间和第二时间，其中，所述第一时间为预设的刻度标记随着主动件每转动一圈形成的变化脉冲信号的下降沿时刻或上升沿时刻；所述第二时间为预设的刻度标记随着从动件每转动一圈形成的基准脉冲信号的下降沿时刻或上升沿时刻；
确定第一时间与第二时间的时间差；
根据主动件转动每一圈的平均速度和第一时间与第二时间的时间差，确定在该圈转动时间内主动件相对于从动件的旋转角度；
根据所述旋转角度确定中间件的滑动距离。
具体实施时，按照如下公式确定主动件相对于从动件的旋转角度：
ψi＝δti*(360°/t2i)-ψ0；
其中，ψi为触发时刻后第i个脉冲周期内主动件相对于从动件的旋转角度；δti为触发时刻后第i个脉冲周期内变化脉冲信号的下降沿时刻与基准脉冲信号的下降沿时刻的时间差，或，触发时刻后第i个脉冲周期内变化脉冲信号的上升沿时刻与基准脉冲信号的上升沿时刻的时间差；t2i为主动件在转速与从动件相同后的第i个脉冲周期；ψ0为触发时刻主动件的预设的刻度标记与从动件的预设的刻度标记间的初始角度。
综上所述，本发明所提出的同步离合器状态监控装置及方法，能对设备的状态进行实时监控和提前预警，避免重大事故发生，具有不可估量的经济效益。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。