本實用新型涉及汽輪機領(lǐng)域，具體地，涉及一種汽輪機閥門的行程測量裝置及行程監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

LVDT(linear Variable Different Transformer，線性可變差動變壓器)位移傳感器(以下可將LVDT位移傳感器簡稱為LVDT)利用差動電感原理，可以將一個物件的直線運動的機械變化量轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的電信號，從而進行位移(或行程)的自動監(jiān)測和控制。如圖1所示，常規(guī)的LVDT位移傳感器通常包括電纜線11、套筒12(套筒中包括線圈和鐵芯，圖1中未示出)、鐵芯13(鐵芯的一部分包括在套筒內(nèi)，圖1中未示出，另一部分則延伸出套筒)和螺母14，在實際應(yīng)用時，螺母14將從套筒12中延伸出的一段鐵芯13和被測物固定以測量被測物的行程。LVDT應(yīng)用廣泛，目前國內(nèi)外已設(shè)計有各種防爆、耐高壓、真空環(huán)境、海底等專用LVDT。

火力發(fā)電廠將LVDT用于監(jiān)視汽輪機閥門位移量反饋，一般的安裝方式為閥門的閥門引出桿(也可稱為閥體連桿)和LVDT用螺母連接，緊固后閥門引出桿和LVDT成為一個固定整體。對應(yīng)于這種一般的安裝方式，傳統(tǒng)的基于LVDT的汽輪機閥門行程監(jiān)控對應(yīng)有以下幾種采樣方式：

1)單路采樣方式，即就地安裝一支LVDT位移傳感器作為閥門反饋，LVDT返回相應(yīng)檢測量以和汽輪機的控制系統(tǒng)發(fā)出的指令形成閉環(huán)控制，控制系統(tǒng)再判斷閥門實際狀態(tài)以控制閥門開度。

2)雙路采樣方式，即就地安裝兩支LVDT位移傳感器作為閥門反饋，LVDT返回相應(yīng)檢測量，對兩路檢測量進行二取均值、二取高值或者二取接近指令值，以和控制系統(tǒng)發(fā)出的指令形成閉環(huán)控制，控制系統(tǒng)再判斷閥門實際狀態(tài)以控制閥門開度。

但是，由于火電機組汽輪機閥門高頻振動、閥門門桿轉(zhuǎn)動、門桿高溫漏氣等惡劣工況，LVDT反饋桿韌性下降，螺紋處的集中熱應(yīng)力上升且得不到釋放，導(dǎo)致LVDT元件鐵芯處緩慢產(chǎn)生裂紋，最終斷裂。因此傳統(tǒng)的基于LVDT的汽輪機閥門行程監(jiān)控也隨之存在很大的局限性，具體包括：

1)對于單路采樣方式，LVDT斷裂或故障時，會完全失去其對于閥門狀態(tài)的監(jiān)控。

2)對于雙路采樣方式，二取均值時，存在單路故障，反饋值為準確值的50％；二取高值時，出現(xiàn)指令隨反饋值向上跳變的幾率較高；二取接近指令值時，在LVDT故障后，指令隨反饋波動嚴重。因此，在雙路采樣方式下，控制系統(tǒng)難以準確區(qū)分LVDT的故障點(也稱為壞點)與非故障點(也稱為好點)，導(dǎo)致控制系統(tǒng)不能準確地判斷閥門實際狀態(tài)，引發(fā)閥門失控，存在汽輪機跳閘的風(fēng)險，影響機組安全運行。

因此，傳統(tǒng)的基于LVDT的汽輪機閥門行程監(jiān)控方案及LVDT安裝方式存在局限性，影響LVDT的可靠性及汽輪機閥門行程監(jiān)控的準確度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種汽輪機閥門的行程測量裝置及行程監(jiān)控系統(tǒng)，用于解決傳統(tǒng)的基于LVDT的汽輪機閥門行程監(jiān)控方案及LVDT安裝方式存在局限性的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種汽輪機閥門的行程測量裝置，該行程測量裝置包括與汽輪機閥門的閥門引出桿連接的第一LVDT位移傳感器、第二LVDT位移傳感器和第三LVDT位移傳感器，其中所述第一LVDT位移傳感器安裝在所述汽輪機閥門的防轉(zhuǎn)桿側(cè)，所述第二LVDT位移傳感器和所述第三LVDT位移傳感器平行安裝在所述汽輪機閥門兩側(cè)的焊接板板上，且所述焊接板固定在所述汽輪機閥門的LVDT連桿側(cè)。

可選地，所述第一LVDT位移傳感器、第二LVDT位移傳感器及第三LVDT位移傳感器通過連接橫桿和所述閥門引出桿連接。

可選地，所述連接橫桿的一側(cè)通過第一萬向節(jié)連接所述閥門引出桿，且另一側(cè)通過第二萬向節(jié)連接對應(yīng)的第一LVDT位移傳感器、第二LVDT位移傳感器或第三LVDT位移傳感器。

可選地，所述第一LVDT位移傳感器、第二LVDT位移傳感器及第三LVDT位移傳感器的鐵芯通過螺母連接所述連接橫桿，且所述螺母與所述連接橫桿的連接處設(shè)置有彈性件。

本實用新型還提供一種汽輪機閥門的行程監(jiān)控系統(tǒng)，該行程監(jiān)控系統(tǒng)包括：上述的行程測量裝置；輔閥門控制卡，連接所述第一LVDT位移傳感器的輸出端，用于接收所述第一LVDT位移傳感器采集的汽輪機閥門的第一路行程信息；以及主閥門控制卡，連接所述第二LVDT位移傳感器和所述第三LVDT位移傳感器的輸出端，用于接收所述第二LVDT位移傳感器和所述第三LVDT位移傳感器分別采集的汽輪機閥門的第二路行程信息和第三路行程信息；其中，所述主閥門控制卡還與所述輔閥門控制卡連接，用于從所述輔閥門控制卡接收所述第一路行程信息，并用于對所述第一路行程信息、第二路行程信息和第三路行程信息進行邏輯處理，以及根據(jù)邏輯處理后的信息來進行汽輪機閥門控制。

可選地，所述主閥門控制卡和所述輔閥門控制卡采用MVP50閥門卡件。

可選地，所述主閥門控制卡和所述輔閥門控制卡中各自配置有控制器，所述控制器用于對所述第一路行程信息、第二路行程信息或第三路行程信息進行調(diào)節(jié)。

可選地，所述控制器為PID控制器。

通過上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是：本實用新型設(shè)置了LVDT位移傳感器的三重冗余結(jié)構(gòu)，提高了汽輪機閥門的LVDT位移傳感器的可靠性，解決了LVDT位移傳感器在現(xiàn)場惡劣環(huán)境下容易斷裂的問題，同時避免了LVDT位移傳感器故障時導(dǎo)致閥門失控，降低了汽輪機機組跳閘風(fēng)險。

本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本實用新型，但并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中：

圖1是常規(guī)LVDT位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型實施例的行程測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型實施例的行程測量裝置中LVDT位移傳感器的裝置示意圖；

圖4是本實用新型實施例的行程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型實施例的行程監(jiān)控方法的流程示意圖。

附圖標記說明

11 電纜線 12 套筒

13 鐵芯 14 螺母

21 閥門引出桿 22 第一LVDT位移傳感器

23 第二LVDT位移傳感器 24 第三LVDT位移傳感器

25 防轉(zhuǎn)桿 26 焊接板

27 LVDT連桿 28 防轉(zhuǎn)護板

29 油動機支架 31 滑套定位裝置

32 連接橫桿 33 第一萬向節(jié)

34 第二萬向節(jié) 35 油動機中心軸

36 導(dǎo)向桿 41 行程測量裝置

42 輔閥門控制卡 43 主閥門控制卡

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限制本實用新型。

本實用新型實施例中，所述汽輪機閥門主要是指汽輪機的油動機的高壓調(diào)門(也可稱為高調(diào)門)。

本實用新型實施例給出了一種汽輪機閥門的行程測量裝置，圖2為該行程測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，且其為俯視圖。如圖2所示，該行程測量裝置包括與汽輪機閥門的閥門引出桿21(圖2中未示出)連接的第一LVDT位移傳感器22、第二LVDT位移傳感器23和第三LVDT位移傳感器24，其中，所述第一LVDT位移傳感器22安裝在所述汽輪機閥門的防轉(zhuǎn)桿25側(cè)，所述第二LVDT位移傳感器23和所述第三LVDT位移傳感器24平行安裝在所述汽輪機閥門兩側(cè)的焊接板26上，且所述焊接板26安裝在所述汽輪機閥門的LVDT連桿27側(cè)。

其中，在所述防轉(zhuǎn)桿24的下方位置還安裝有防轉(zhuǎn)護板28，且該防轉(zhuǎn)護板28與汽輪機的油動機支架29連接，該油動機支架29向一側(cè)開口，且開口位置能使汽輪機閥門的閥門引出桿21穿過。

圖3是本實施例中的LVDT位移傳感器與閥門引出桿的裝配示意圖。需說明的是，圖3中的LVDT位移傳感器是示意性的，第一LVDT位移傳感器22、第二LVDT位移傳感器23和第三LVDT位移傳感器24均可采用圖3中的裝配方式與閥門引出桿連接。

圖3中的LVDT位移傳感器的結(jié)構(gòu)與圖1的LVDT位移傳感器的結(jié)構(gòu)相近，也包括電纜線11、套筒12、鐵芯13以及螺母14，并且鐵芯13上還安裝有滑套定位裝置31，該滑套定位裝置31用于為定位鐵芯13。

進一步地，如圖3所示，LVDT位移傳感器通過連接橫桿32和所述閥門引出桿21連接，并且所述連接橫桿32的一側(cè)通過第一萬向節(jié)33連接所述閥門引出桿21，且另一側(cè)通過第二萬向節(jié)34連接對應(yīng)的LVDT位移傳感器(第一LVDT位移傳感器、第二LVDT位移傳感器或第三LVDT位移傳感器)。其中，萬向節(jié)還可優(yōu)選為具有配套固定襯套，而閥門引出桿21的位置需要與油動機中心軸35相適配。

此外，LVDT位移傳感器的鐵芯通過螺母14連接所述連接橫桿32時，優(yōu)選為在所述螺母14與所述連接橫桿32的連接處設(shè)置彈性件(圖3中未示出)，該彈性件優(yōu)選為彈簧，其可以起到緩沖的作用，有效地抑制LVDT位移傳感器斷裂。并且，在LVDT位移傳感器側(cè)還安裝有導(dǎo)向桿36，用于為LVDT位移傳感器的鐵芯導(dǎo)向。

如此，通過在LVDT位移傳感器側(cè)設(shè)置滑套定位裝置31和導(dǎo)向桿36，實現(xiàn)了LVDT位移傳感器側(cè)對LVDT位移傳感器的“導(dǎo)向”和“定向”，而通過在連接橫桿32側(cè)設(shè)置第一萬向節(jié)33和第二萬向節(jié)34，實現(xiàn)了在連接橫桿側(cè)“卸力”，從而基于滑套定位裝置的定位特性、導(dǎo)向桿的導(dǎo)向特性和萬向節(jié)的變角度特性，本實用新型實施例的行程測量裝置既能保證LVDT位移傳感器進行行程測量的精確性，又可以有效地抑制LVDT位移傳感器斷裂。

基于上述的行程測量裝置，本實用新型的另一實施例還提出了一種汽輪機閥門的行程監(jiān)控系統(tǒng)，如圖4所示，該行程監(jiān)控系統(tǒng)包括：上述的行程測量裝置41；輔閥門控制卡42，連接所述第一LVDT位移傳感器22的輸出端，用于接收所述第一LVDT位移傳感器22采集的汽輪機閥門的第一路行程信息；以及主閥門控制卡43，連接所述第二LVDT位移傳感器23和所述第三LVDT位移傳感器24的輸出端，用于接收所述第二LVDT位移傳感器和23所述第三LVDT位移傳感器24分別采集的汽輪機閥門的第二路行程信息和第三路行程信息。進一步地，所述主閥門控制卡43還與所述輔閥門控制卡42連接，用于從所述輔閥門控制卡42接收所述第一路行程信息，并用于對所述第一路行程信息、第二路行程信息和第三路行程信息進行邏輯處理，以及根據(jù)邏輯處理后的信息來進行汽輪機閥門控制。

本實施例中，三支LVDT位移傳感器就地安裝，一支安裝在防轉(zhuǎn)桿側(cè)，另兩支安裝在LVDT連桿側(cè)，其中防轉(zhuǎn)桿和LVDT連桿均為汽輪機閥門的常規(guī)配件，在此不再多述。

優(yōu)選地，所述主閥門控制卡43和所述輔閥門控制卡41可以采用MVP50閥門卡件。由于MVP閥門卡件的運算周期達到10ms，大大快于普通系統(tǒng)組態(tài)的200ms，高調(diào)門的整個反饋采集和處理都在閥門卡件內(nèi)部完成，因此在快速切換三支LVDT位移傳感器的冗余控制中，油動機開度絲毫未受影響，能夠有效地提高了閥門控制的穩(wěn)定性。

進一步地，所述主閥門控制卡42和所述輔閥門控制卡43中可以各自配置有控制器44，所述控制器44用于對所述第一路行程信息、第二路行程信息或第三路行程信息進行調(diào)節(jié)。其中，所述控制器可以優(yōu)選為PID控制器。這里，關(guān)于主閥門控制卡對三路行程信息在控制將在下文通過實例來說明。

基于上述的行程測量裝置，本實用新型的另一實施例還提出了一種汽輪機閥門的行程監(jiān)控方法，該行程監(jiān)控方法與上述的行程監(jiān)控系統(tǒng)的實用新型思路相同。

如圖5所示，本實施例的行程監(jiān)控方法利用了上述的行程測量裝置，且可以包括以下步驟：

步驟S51，通過輔閥門控制卡接收所述第一LVDT位移傳感器采集的汽輪機閥門的第一路行程信息。

步驟S52，通過主閥門控制卡接收所述第二LVDT位移傳感器和所述第三LVDT位移傳感器分別采集的汽輪機閥門的第二路行程信息和第三路行程信息。

其中，步驟S51與步驟S52的執(zhí)行順序可以交換，本實用新型實施例并不限制于此。

步驟S53，對所述第一路行程信息、第二路行程信息和第三路行程信息進行邏輯處理，并根據(jù)邏輯處理后的信息來進行汽輪機閥門控制。

其中，所述步驟S53是由主閥門控制卡執(zhí)行的，其通過對三路行程信息進行邏輯處理以得到準確度較高的閥門行程信息(即，邏輯處理后的信息)，再將得到的準確度較高的閥門行程信息與預(yù)先給定的指令值相比較，再基于比較結(jié)果進行PID控制以形成閥門閉環(huán)控制來調(diào)節(jié)汽輪機閥門。

其中，在步驟S53中，對所述第一路行程信息、第二路行程信息和第三路行程信息進行邏輯處理，主要步驟可以包括：

1)獲取所述第一路行程信息、第二路行程信息和第三路行程信息的平均值；或者

2)當所述第一路行程信息、第二路行程信息和第三路行程信息中的任意一者與其他兩者的差值大于設(shè)定值時，獲取另外兩者的平均值；或者

3)當所述第一路行程信息、第二路行程信息和第三路行程信息之間兩兩差值均大于設(shè)定值時，獲取所述第一路行程信息、第二路行程信息和第三路行程信息中最接近上一周期指令值的一者；或者

4)當所述第一路行程信息、第二路行程信息和第三路行程信息中的任意一者為壞點(即故障點)，且另外兩者的差值小于所述設(shè)定值時，取該另外兩者的平均值；或者

5)當所述第一路行程信息、第二路行程信息和第三路行程信息中的任意一者為壞點，且另外兩者的差值大于所述設(shè)定值時，獲取所述第一路行程信息、第二路行程信息和第三路行程信息中最接近于上一周期指令值的一者；或者

6)當所述第一路行程信息、第二路行程信息和第三路行程信息中的任意二者為壞點，獲取非壞點的一路行程信息，如果此時最后一路行程信息與指令值差值大于設(shè)定值，則指令值輸出零；或者

7)或者當所述第一路行程信息、第二路行程信息和第三路行程信息均為壞點，則指令值輸出零。

更為具體地，對于上述第1)點，其主要針對三路行程信號在正常情況下測量的情形，有利于平滑LVDT位移傳感器的波動；對于第2)點，其主要針對三路行程信號均為好點，但是有單個信息與正常值偏差大的情形；對于第3)點，其也是主要針對三路行程信號均為好點，但是三個信息兩兩偏差大的情形；對于第4)點，其主要針對任意一路行程信號為壞點，其他兩路正常的情形；對于第5)點，也是主要針對任意一路行程信號為壞點，其他兩路偏差大的情形；對于第6)點，針對任意兩路行程信號為壞點的情形；對于第7)點，針對三路行程信號均為壞點的情形。

下面通過一個實例帶具體說明本實用新型實施例的行程測量裝置、行程監(jiān)控系統(tǒng)及行程監(jiān)控方法在現(xiàn)場的應(yīng)用。

本實例中，某電廠4號機采用LVDT位移傳感器作為閥門行程監(jiān)控設(shè)備，GE新華公司生產(chǎn)的MVP閥門控制卡進行信號采集和運算處理，實現(xiàn)高壓調(diào)門LVDT三重冗余測量，并模擬各種故障的信號剔除及選取，如LVDT斷線、元件鐵芯斷裂、信號升降速度過快、三支偏差大等等，試驗情況良好，目前已經(jīng)投入正常使用。具體的實現(xiàn)過程主要包括：

(1)就地安裝3支LVDT位移傳感器。其中一支LVDT裝于防轉(zhuǎn)桿側(cè)，另兩支LVDT裝于LVDT連桿側(cè)，安裝方式可參考圖2和圖3。

(2)本實例中硬件采用MVP50閥門卡件，采集和處理周期達到10ms，具有冗余輸入/輸出。由于單塊MVP50閥門控制卡只接收兩路LVDT信號，三重冗余方式每個閥門需要配置兩塊閥門控制卡，一主一輔，需內(nèi)置有數(shù)據(jù)PID調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。輔閥門控制卡則只接收一支LVDT反饋信號，轉(zhuǎn)換為電壓信號送至主閥門控制卡中的AI通道，主閥門控制卡接收兩支LVDT反饋信號，并對三路LVDT信號進行邏輯選擇判斷，其輸出作為閥門閉環(huán)控制反饋值。

對于該實例，LVDT位移傳感器焊接板焊接位置、鐵芯長度可根據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)整，配置及安裝完成后，可進行試驗。通過試驗結(jié)果，可知該實例中投入本實用新型的新型LVDT三重冗余測量方式后，試驗中在各種LVDT故障模式下，均能及時剔除故障信號，保留正常信號，且故障點變好點后可以自由設(shè)置其投切時間。另外，單從指令反饋閉環(huán)控制角度講，保留雙支LVDT反饋控制前提下，在線處理單支故障LVDT可以實現(xiàn)不用關(guān)閉高調(diào)門，做到真正意義上在線處理故障LVDT，顯著地提升了汽輪機發(fā)電機組的可靠性。

綜上所述，本實用新型實施例設(shè)置了LVDT位移傳感器的三重冗余結(jié)構(gòu)，提高了汽輪機閥門的LVDT位移傳感器的可靠性，解決了LVDT位移傳感器在現(xiàn)場惡劣環(huán)境下容易斷裂的問題，同時避免了LVDT位移傳感器故障時導(dǎo)致閥門失控，降低了汽輪機機組跳閘風(fēng)險。

以上結(jié)合附圖詳細描述了本實用新型的優(yōu)選實施方式，但是，本實用新型并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本實用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實用新型的保護范圍。例如，可以將兩個閥門控制卡改變?yōu)槿齻€閥門控制卡或者一個可接受三路LVDT信息的閥門卡。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應(yīng)當視為本實用新型所公開的內(nèi)容。