Способ контроля воздушного зазора в гидрогенераторах Советский патент 1992 года по МПК G01B11/14 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в крупных электрических машинах для контроля воздушного зазора между статором и вращающимся ротором в процессе их эксплуатации.

Известно определение аксиального положения наиболее узкого участка воздушного зазора в гидрогенераторах измерительным устройством, содержащим источник света, лучи которого поступают на коллиматор через волоконный световод, проходя через шторку с прямоугольной щелью, образует параллельный пучок света в виде узкой линии поперек воздушного зазора. Конец шторки, ближайший к статору, выступает в зазор примерно на 2 мм во избежание попадания на детектор света, отраженного от поверхности статора. Лопатка, прикрепленная к ротору, выступает в зазор менее чем наполовину его статического размера. Щелевая шторка перекрывает внешний край лопатки, но не доходит до ротора, чтобы избежать отражения лучей от поверхности ротора. С противоположной стороны воздушного зазора расположен ленточный световод, конец которого защищен сапфировым окошком. По световоду изображение лопатки передается самосканирующему линейному детектору, вынесенному в зону с малыми электромагнитными помехами.

Наиболее близким техническим решением по способу реализации является измерение воздушного зазора в гидрогенераторах оптикоэлектронным устройством.

СО

ю

Этот способ и устройство разработаны фир- . мой Браун-Бовери. Измерительную головку (датчик), состоящую из инфракрасного излучения и фотоприемника, устанавливают на стороне в воздушном зазоре гидрогенератора, а лопатку прикрепляют к ротору. Лопатка периодически перекрывает часть луча инфракрасного излучения, модулируя его интенсивность. Величина воздушного зазора зависит от отношения интенсивностей прикрытого и неприкрытого лучей и определяется по некоторой градуировочной кривой.

Такой метод основан на измерении количественных характеристик сигналов для определения воздушного зазора, а следовательно, он чувствителен к небольшим изменениям уровня оптического сигнала и к погрешности его нелинейных измерений. Кроме того, в связи с отсутствием защиты оптической системы метод ненадежный в эксплуатации.

Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений,

Указанная цель достигается тем, что источник света, диафрагму и фотоприемник устанавливают вне воздушного зазора, модулятор выполняют в виде прямоугольной трапеции с вырезом в виде прямоугольного треугольника, на большей стороне трапеции наклон гипотенузы треугольника соответствует наклону боковой стороны трапеции, а модулятор ориентируют большей стороной к неподвижной части гидрогенератора.

На фиг.1 - 3 изображены схемы, иллюстрирующие предлагаемый способ.

Свет от инфракрасного излучателя 1, проходя через шторку 2 с малым отверстием, образует параллельный пучок света на небольшом расстоянии (5-8 см) от шторки до фотоприемника 3, имеющего выход на электронный блок 4 обработки сигналов, и регистрирующее устройство 5. Излучатель 1 и фотоприемник 3 образуют измерительный датчик, который жестко прикрепляется на статоре 6 над воздушным зазором 7 гидрогенератора. Центр шторки выступает в зазор наполовину величины нормального зазора. Лопатка 8, прикрепленная на полюсе ротор 9, перекрывает зазор и, вращаясь вместе с ротором, периодически прикрывает непрерывный луч света, попадающий на фотоприемник 3. Форма и размеры лопатки приведены на фиг.2, где lo - величина нормального воздушного зазора. Центр пятна диаметром d, образованный на лопатке, сканирует участки АС и BD за время соот- АС , AD

И Т2 -

VV

ветственно, т- - и Г2 -

где V - линейная скорость вращения лопатки. Это отношение зависит лишь от того, на каком участке лопатки происходит пересечение луча, а следовательно, от текущего значения воздушного зазора I. Действительно:

/ 2 ВС +Ь „

Т2/Т1 . Подставляя в это уравнеа

ние значение В С (I - 0/2) ctg «, получаем следующее значение для текущего значения воздушного зазора:

i - 1 72 lo - b tg a 2 a Ti2

Для упрощения формы этой зависимости подбираем Ь tg а - 0, при этом для текущего значения воздушного зазора имеем I 1/2 а ra/ri. Для обеспечения диапазона измерения в пределах 0,5 0 I 1,5 0 выбираем а , с (0, « 45°, тогда I

|° ,гдеО,5 Г2/Г1 1,5.

На фиг.З показана форма импульсов на выходе фотоприемника за время прохождения участка AD на лопатке, а на фиг.Зб - сформированные на уровне U0 импульсы на

выходе компаратора.

Из-за идентичности форм соответственно передних и задних фронтов импульсов значения п и га в принципе не зависят от того на каком уровне измеряются эти длительности.

Длительность фронтов этих импульсов зависит от диаметра светового пятна и при достаточном изменении его размера значения TI и Т2 практически остаются неизменными.

Способ надежен при реализации прост, обеспечивает повышенную точность измерения воздушного зазора в процессе эксплуатации гидрогенератора.

Формула изобретения Способ контроля воздушного зазора в гидрогенераторах, заключающийся в том, что устанавливают на неподвижной части

гидрогенератора источник света, последовательно по ходу излучения - диафрагму с круглым отверстием, фотоприемник, на полюсе ротора устанавливают модулятор между диафрагмой и фотоприемником, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерения, источник света, диафрагму, модулятор и фотопри- емник устанавливают вне воздушного зазора, модулятор выполняют в виде прямоугольной трапеции с вырезом в виде прямоугольного треугольника на большей стороне трапеции, наклон гипотенузы треугольника соответствует наклону боковой стороны трапеции, вершина, противолежащая гипо

тенузе, лежит на большей стороне трапе- роной к неподвижной части гидрогенерато- ции, а модулятор ориентируют большей сто- ра.

Изобретение может быть использовано в крупных электрических машинах для контроля воздушного зазора между статором и ротором в процессе их эксплуатации с обеспечением повышенной точности измерений и надежностью системы. Размещают источник света и фотоприемник над воздушным зазором и выполняют перекрывающий зазор части лопатки в форме прямоугольной трапеции с вырезом в виде прямоугольного треугольника поперек воздушного зазора в центральной части трапеции, причем наклон гипотенузы треугольника соответствует наклону боковой стороны трапеции. При вращении ротора лопатка дважды перекрывает луч, образуя на выходе фотоприемника два электрических импульса, отношение длительностей между фронтом которых пропорционально величине воздушного зазора и не зависит от скорости вращения ротора. 3 ил.

Статор

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////

7 9

Риг.1

и

И

a

r 2

Риг.З