用于检测定子槽楔故障的敲击装置、方法和检测系统

1.本技术属于发电机技术领域，具体涉及一种用于检测定子槽楔故障的敲击装置、方法和检测系统。


背景技术：

2.水力发电是我国继火力发电之后第二电力支柱产业，水轮发电机是电力系统的重要组成部分，保障水轮发电机可靠运行在维护全国电网安全中起着至关重要的作用。
3.许多中高压电机在运行一段时间后会发生磁楔失效的问题，据统计在使用3年内更有多达一半的楔块丢失，因此需要定期检查磁性楔块。对于使用波纹板式槽部固定结构的水轮发电机，槽楔松动的传统的检测方式是人工检测法，其中的人工敲击法是检修操作人员利用力锤敲击槽楔表面，通过声音来辨别槽楔板松紧程度。但是此方法局限于检测人员的主观经验，且每次敲击槽楔结构时力度不同，从而难以保证检测的准确度，此外人工敲击使得检测周期较长。
4.综上所述，现有技术中定子槽楔故障检测准确度低、检测周期长成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本技术提供一种用于检测定子槽楔故障的敲击装置、方法和检测系统。
7.(二)技术方案
8.为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：
9.第一方面，本技术实施例提供一种用于检测定子槽楔故障的敲击装置，该装置包括：控制模块、与所述控制模块连接的驱动模块、与所述驱动模块连接的电磁铁构件；
10.所述控制模块，用于实时获取搭载敲击装置的移动平台的运动速度和与待测槽楔的槽楔间距离，基于所述运动速度和所述槽楔间距离生成触发信号并输出至所述驱动模块；
11.所述驱动模块，用于接收所述触发信号，基于所述触发信号在工作时间内生成所述电磁铁构件的工作电压；
12.所述电磁铁构件，用于在所述工作电压的控制下对所述待测槽楔进行敲击。
13.可选地，所述驱动模块将所述触发信号中的高电平信号、低电平信号经过电流放大后转换成所述电磁铁构件的工作电压。
14.可选地，所述控制模块通过延时函数控制所述高电平信号和所述低电平信号的持续时间。
15.可选地，所述电磁铁构件为自保持式电磁铁。
16.可选地，所述自保持式电磁铁包括用于产生磁性的电磁线圈、受磁性吸附产生靠
近所述电磁线圈方向位移的铁磁体及用于使所述铁磁体复位的弹性件。
17.可选地，所述驱动模块包括四路光耦隔离继电器，每两路光耦隔离继电器分别连接所述电磁线圈的正、负接线端子。
18.第二方面，本技术实施例提供一种用于检测定子槽楔故障的敲击方法，应用于第一方面中任一项所述的检测定子槽楔故障的敲击装置中，该方法包括：
19.s10、控制模块实时获取搭载敲击装置的移动平台的运动速度和待测槽楔的槽楔间距离，基于所述运动速度和所述槽楔间距离确定所述敲击装置的工作时间；
20.s20、所述控制模块基于所述工作时间生成触发信号并输出至驱动模块，所述触发信号用于在所述工作时间内触发所述驱动模块生成电磁铁构件的工作电压；
21.s30、所述驱动模块接收所述触发信号，基于所述触发信号在工作时间内生成电磁铁工作电压；
22.s40、所述电磁铁在所述工作电压的控制下对所述待测槽楔进行敲击。
23.可选地，该方法还包括：
24.s50、所述控制模块将所述触发信号中的高电平信号、低电平信号反转后输出。
25.第三方面，本技术实施例提供一种定子槽楔故障检测系统，该系统包括：如上第一方面中任一项所述的用于检测定子槽楔故障的敲击装置、声学传感器、与所述声学传感器连接的数据处理单元；
26.所述声学传感器，用于采集所述敲击装置敲击所述待测槽楔后的声音信号，并将所述声音信号发送至所述数据处理单元；
27.所述数据处理单元，用于通过预设的分类算法对所述声音信号进行分类，确定所述待测槽楔的松紧度。
28.(三)有益效果
29.本技术的有益效果是：本技术提出了一种用于检测定子槽楔故障的敲击装置、方法和检测系统，其中的装置包括：控制模块、驱动模块、电磁铁构件；控制模块用于实时获取搭载敲击装置的移动平台的运动速度和与待测槽楔的槽楔间距离，基于运动速度和槽楔间距离生成触发信号并输出至驱动模块；驱动模块用于接收触发信号，基于触发信号在工作时间内生成电磁铁构件的工作电压；电磁铁构件用于在工作电压的控制下对待测槽楔进行敲击。本技术的用于检测定子槽楔故障的敲击装置，保证了每次敲击槽楔结构时敲击力度变化很小，排除了因个体差异而造成实验结果不准的情况，提高了检测的准确度；该装置还能够根据实验要求的敲击次数、敲击频率等条件持续的工作，从而提高了检测效率。
附图说明
30.本技术借助于以下附图进行描述：
31.图1(a)为本技术中波纹板式紧固的定子槽楔模型整体结构示意图；
32.图1(b)为本技术中波纹板式紧固的定子槽楔模型的垫片及波纹板局部放大图；
33.图2为本技术一个实施例中的用于检测定子槽楔故障的敲击装置结构示意图；
34.图3为本技术另一个实施例中的用于检测定子槽楔故障的敲击装置结构示意图；
35.图4为本技术又一个实施例中的用于检测定子槽楔故障的敲击方法流程示意图；
36.图5为本技术再一个实施例中的定子槽楔故障检测系统结构示意图。
具体实施方式
37.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。可以理解的是，以下所描述的具体的实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
38.波纹板式水轮发电机定子槽楔检测主要采用声学信号分析的方式来辨别槽楔的松紧程度。图1(a)为本技术中波纹板式紧固的定子槽楔模型整体结构示意图，图1(b)为本技术中波纹板式紧固的定子槽楔模型的垫片及波纹板局部放大图。如图1(a)和图1(b)所示，定子槽楔包括槽楔11、垫片122及波纹板121、定子线棒13、层间垫片14、铁芯15。利用敲击装置敲击槽楔表面结构，槽楔与槽之间利用波纹板弹性结构连接。槽楔在冲击力作用下辐射的声波频率与波纹板的形变量密切相关，也即与槽楔的固定状态密切相关。利用这一特性，可根据槽楔在冲击力作用下产生的声波频率对波纹板的形变量进行定量分析，从而可对槽楔的松动状态进行检测。
39.在相同的测试条件下，主要取决于敲击装置的灵敏度、工作状态。基于此本技术针对波纹板式紧固的定子槽楔检测提出了一种用于检测定子槽楔故障的敲击装置、方法和检测系统，以下通过具体实施例予以详细说明。
40.实施例一
41.图2为本技术一个实施例中的用于检测定子槽楔故障的敲击装置结构示意图。如图2所示，本实施例的用于检测定子槽楔故障的敲击装置包括：
42.控制模块01、与所述控制模块连接的驱动模块02、与所述驱动模块连接的电磁铁构件03；
43.所述控制模块01，用于实时获取搭载敲击装置的移动平台的运动速度和与待测槽楔的槽楔间距离，基于所述运动速度和所述槽楔间距离生成触发信号并输出至所述驱动模块02；
44.所述驱动模块02，用于接收所述触发信号，基于所述触发信号在工作时间内生成所述电磁铁构件03的工作电压；
45.所述电磁铁构件03，用于在所述工作电压的控制下对所述待测槽楔进行敲击。
46.本实施例的用于检测定子槽楔故障的敲击装置保证了每次敲击槽楔结构时敲击力度变化很小，排除了因个体差异而造成实验结果不准的情况，提高了检测的准确度；该装置还能够根据实验要求的敲击次数、敲击频率等条件持续的工作，从而提高了检测效率。
47.为了更好地理解本发明，以下对本实施例中的各模块进行展开说明。
48.本实施例中，驱动模块02将触发信号中的高电平信号、低电平信号经过电流放大后转换成所述电磁铁构件的工作电压。
49.本实施例中，电磁铁构件03为自保持式电磁铁。
50.具体地，自保持式电磁铁包括一个用于产生磁性的电磁线圈、受磁性吸附产生靠近电磁线圈方向位移的铁磁体及用于使铁磁体复位的弹性件。
51.本实施例中，驱动模块02可根据电磁铁的型号、工作电压不同进行电路设计，满足多样化需求。
52.具体地，驱动模块02可以包括四路光耦隔离继电器，每两路光耦隔离继电器分别
连接所述电磁线圈的正、负接线端子。驱动模块采用光耦隔离继电器以弱电信号控制高电平信号的转换，控制芯片的控制信号可高效地控制电磁的动作。
53.实施例二
54.图3为本技术另一个实施例中的用于检测定子槽楔故障的敲击装置结构示意图，如图3所示，该装置包括控制芯片10、光耦隔离驱动模块20和电磁铁30。控制芯片10为stm32f103c8t6系列单片机。光耦隔离驱动模块20包括4路光耦隔离继电器，电磁铁30为微型自保持式电磁铁。vcc和gnd分别为控制芯片的电源和接地引脚，pin1和pin2分别为控制信号高电平引脚和低电平引脚。当引脚(pin1、pin2)通电时，各自控制两个光耦隔离继电器。光耦隔离驱动模块包括触发选择端20-1和输出端20-2，触发选择端20-1的sput1-sput4用来选择20-2输出端的控制信号是高电平还是低电平控制相应继电器吸合。这里sput1和sput2联通，sput3和sput4联通，当pin1或者pin2其中一路与其连接即可连通。但是继电器的输出电压有正负之分，例如当pin1为高电平pin2为低电平时，触发两个继电器(1、2)模块(红正黑负)，pin1为低电平pin2为高电平触发另外两个继电器(3、4)模块(红负黑正)。驱动模块20的信号工作方式取决于触发选择端20-1，当选择高电平触发时只有控制芯片10产生高电平时，驱动模块20继电器进入闭合状态，输出正负电压信号。反之，驱动模块20的继电器处于悬空状态。
55.输出端20-2分别接电磁铁的红、黑接线端子。四路继电器在得到光耦信号触发之前处于悬空状态，电磁铁由于长时间通电会导致自身发热，所以电磁铁工作只能短时间触发和回程。四路继电器接通电压分别是两正两负，电磁铁两端同时接入正和负两种线路(继电器工作时只有一路处于开路)。当伸出工作执行完后，之前线路即可断开，然后相当于通入反向电压，电磁铁回弹。电磁铁两端同时接红黑两种线路，但是其中只有一路处于开路。
56.控制芯片10，用于控制信号的产生作用于驱动模块20，使驱动模块20的光耦隔离开关触发，控制芯片10采用stm32f103c8t6核心控制芯片，控制引脚高低信号的变换时间和次数，使电磁铁的工作频率随之变换。
57.本实施例中，单片机支持多通道、多引脚输入输出模式，程序编译界面采用通用的keil。编程技巧对用户要求不高，此外利用库函数便于用户二次开发，可根据敲击次数和间隔时间自行设定。
58.本实施例中，控制芯片利用库函数的延时函数，精准控制引脚高电平与低电平作用时间，可实现敲击装置时间误差在毫秒级的精确控制，这样就可以有效的减免电磁铁长时间作用在槽楔表面，保障了声学信号的准确性，降低了干扰；利用库函数敲击次数可被准确控制，有效提高敲击装置的效率。
59.光耦隔离驱动模块20，用于将控制芯片10产生的信号电流放大，将信号转换成电磁铁30两端的电压。具体地，4路光耦隔离继电器驱动模块接收来自于单片机的引脚控制信号，将控制芯片的电平信号转换成所需的工作电压，并输出正负电压信号。
60.当驱动模块接收到引脚第一路高电平信号，此时电磁铁收到伸出的信号，反之做出收缩动作。驱动模块保证电磁铁两端不会长时间通电，避免电磁铁长时间通电因受热而出现故障，提高了整个装置的使用寿命与可靠性。
61.驱动模块采用贴片光耦隔离，驱动能力强，性能稳定；并且模块工作电压可供选择多种电压类型。
62.微型自保持式电磁铁30用于敲击定子槽楔表面，使被测槽楔振动产生振动声音信号。当装置未进行正常工作状态时，电磁铁处于完全悬空(断电)状态，此时电磁铁30铁芯被底部的强磁铁吸住，处于收缩状态。当需要敲击槽楔时，电磁铁30两端的电压为正，产生的电磁力与底部磁铁的作用力抵消，电磁铁30的铁芯在弹簧的作用力下被弹出，为避免敲击槽楔时出现连击状况，电磁铁铁芯要及时收回，从而实现了通过驱动模块输出的电压信号可控制电磁铁铁芯的伸出与收缩，此时即完成一次敲击任务。
63.具体地，自保持式电磁铁尺寸8*10.3*16.3mm具有体积小、触发时作用力一定、重量轻等特点，能够满足窄间隙行走机器人在发电机转子与定子20mm左右间隙内正常工作要求。电磁铁具有适用电压dc5-6v，当红线接正极，黑线接负极时，铁芯被吸入的工作特点。电磁铁的尾部有钕钛硼强磁铁，断电时铁芯被强磁铁吸住，依旧保持收缩状态。如果改变正负极产生的电磁就会抵消强磁的磁力。此时，电磁铁的铁芯被弹簧弹出处于伸出状态。
64.敲击装置采用微型自保持电磁铁体积小、重量轻、作用力一定，降低外部因素对槽楔松紧度分类的影响。同时电磁铁可在发电机定转子狭小间隙内工作，方便后期应用在不抽离转子状态下发电机定子槽楔松紧度检测。
65.本实施例基于现代声学检测系统设计了一种用于检测定子槽楔故障的敲击装置，具有体积小、重量轻、控制方式简单等特点，满足定转子狭小气隙间工作要求；同时很好地提高了槽楔松紧度检测的效率，可避免常规敲击装置易出现连击、触发失效等情况的发生。此装置可实现自动化触发控制，有利于在水轮发电机检修过程中不抽离转子完成定子槽楔松紧度检查。
66.实施例三
67.本技术第二方面提供了一种用于检测定子槽楔故障的敲击方法，应用于如上实施例中任一项所述的检测定子槽楔故障的敲击装置中。图4为本技术又一个实施例中的用于检测定子槽楔故障的敲击方法流程示意图，如图4所示，该方法包括：
68.s10、控制模块实时获取搭载敲击装置的移动平台的运动速度和待测槽楔的槽楔间距离，基于所述运动速度和所述槽楔间距离确定所述敲击装置的工作时间；
69.s20、所述控制模块基于所述工作时间生成触发信号并输出至驱动模块，所述触发信号用于在所述工作时间内触发驱动模块生成电磁铁构件的工作电压；
70.s30、所述驱动模块接收所述触发信号，基于所述触发信号在工作时间内生成电磁铁工作电压；
71.s40、所述电磁铁在所述工作电压的控制下对所述待测槽楔进行敲击。
72.本实施例的用于检测定子槽楔故障的敲击方法，可以避免连击、触发失效等情况出现，提高检测定子槽楔松紧度的效率，保障发电机的定子槽楔的正常工作。
73.为了更好地理解本发明，以下对本实施例中的各步骤进行展开说明
74.本实施例s10中，控制模块可以是控制芯片，敲击装置的工作时间t由搭载移动平台运动速度v和槽楔之间的距离l计算得出，敲击装置工作时间需小于平台在一块槽楔内移动的时间。
75.具体地包括根据不同发电机组槽楔间距，进行移动平台运行速度调整。不同发电机槽楔的材质和形状一般都是不同的。当被测槽楔更换时，槽楔的长度l可精确测量得到；已知移动平台速度，也可计算得到敲击装置的工作时间t。
76.在移动平台运动到指定位置后，根据设计要求赋予当前标志位一个状态变化量。即若满足敲击状态要求触发信号释放，执行所述的控制芯片的控制信号。根据驱动模块上控制信号选择决定控制信号状态。驱动模块可根据电磁铁的型号、工作电压不同进行电路设计，满足多样化需求。
77.本实施例s30中，控制芯片的触发信号作用于驱动模块，驱动模块将控制芯片引脚高低电平信号经过电流放大作用转换成电磁铁的工作电压。控制信号经过驱动模块电流放大后，直接控制电磁铁两端输入正负电压与通电时间。根据控制芯片引脚高低信号变化控制通掉电，完成敲击动作。
78.进一步地，该方法还包括：
79.s50、所述控制模块将所述触发信号中的高电平信号、低电平信号反转后输出。
80.为确保电磁铁不长时间通电，需在电磁铁完成伸出动作后，使该触发信号反转，电磁铁铁芯执行收缩动作，此时完成一次敲击动作。当执行收回动作后，电磁铁两端的接线再次处于悬空状态。随后进行循环动作，每当标志状态位发生改变后，敲击装置则执行一次工作任务，直至信号采集软件完成振动声音信号采集。
81.实施例四
82.本技术第三方面提供了一种定子槽楔故障检测系统。图5为本技术再一个实施例中的定子槽楔故障检测系统结构示意图，如图5所示，该系统包括：如上实施例中任一项所述的用于检测定子槽楔故障的敲击装置100、声学传感器200、与声学传感器连接的数据处理单元300；
83.声学传感器200，用于采集敲击装置敲击待测槽楔后的声音信号，并将声音信号发送至数据处理单元300；
84.数据处理单元300，用于通过预设的分类算法对声音信号进行分类，确定待测槽楔的松紧度。
85.本实施例的定子槽楔故障检测系统最可实现自动化工作，避免了人力因素的干扰，提高了检修效率、降低了维修成本。
86.本实施例中，声学传感器100可以是本领域技术人员能够选择用于本发明实施例的适合的声学传感器。在一个示例中，声学传感器可以是能够将声波和振动转换成电信号的测量麦克风、水听器、声级计或振动计。
87.本实施例中，数据处理单元300获取声学传感器采集的有效信号，再经过后处理便可以分类出发电机定子槽楔的松紧程度。
88.数据处理单元300可以是数据处理单元可以是硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质诸如cd rom、ram、软盘、硬盘或磁光盘中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件诸如asic或fpga的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器350或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件例如，ram、rom、闪存等，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的处理方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。
89.应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
90.此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是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发明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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
91.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
92.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。