本發(fā)明涉及水輪發(fā)電機組停機狀態(tài)蠕動檢測問題，屬于機械量測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

水輪發(fā)電機組在停機狀態(tài)下，由于導(dǎo)葉關(guān)閉不嚴(yán)，水輪機轉(zhuǎn)輪受水流沖擊，使機組緩慢地轉(zhuǎn)動，即蠕動。機組蠕動又稱為爬行，這種運動非常緩慢，人眼難以在短時間分辨。蠕動現(xiàn)象屬于水利機械故障范疇，對機組軸承危害較大。機組在停機后，軸瓦間隙的油膜逐漸消失，機組蠕動，軸瓦處于干摩擦狀態(tài)，如果蠕動時間過長，容易導(dǎo)致接觸面劃傷，摩擦系數(shù)增大，在機組重新起動后，軸承易燒損，使機組因故停機，檢修工作量大，費用高。由此可見，機組蠕動現(xiàn)象具有隱蔽性，不易察覺，卻給機組安全運行帶來了極大的隱患。因此，有必要對機組蠕動故障進(jìn)行檢測，及早發(fā)現(xiàn)問題，并采取措施，消除蠕動可能帶來的危害。

常用的水輪機組蠕動檢測方法有PT殘壓法、機械靠輪法、摩擦桿氣動法。PT殘壓法需要檢測蠕動產(chǎn)生的電壓波動，信號微弱，信噪比低，檢測有一定的困難。、機械靠輪法通過靠輪與機組大軸接觸，靠輪上連接有旋轉(zhuǎn)編碼器，大軸蠕動帶來靠輪轉(zhuǎn)動，通過旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測到角度變化。摩擦桿氣動法是通過與大軸接觸的摩擦桿帶動微動開關(guān)來檢測蠕動變化。這兩種方法都是通過接觸式方法檢測蠕動，對機組大軸有一定程度的磨損，并且長時間運行，大軸和靠輪（或摩擦桿）之間易引起相對滑動，這樣就不能有效檢測出蠕動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了解決水輪機組在停機狀態(tài)下蠕動檢測問題，提供了一種光電成像式水輪機組蠕動檢測裝置及檢測方法。

本發(fā)明所述的蠕動檢測裝置，它包括成像照明光源，與水輪機大軸連接一起的齒盤，成像透鏡，光闌，面陣CCD以及圖像采集處理單元。照明光源從一側(cè)照射于齒盤，齒盤通過另一側(cè)的光路系統(tǒng)成像于CCD，CCD產(chǎn)生的齒盤圖像由圖像處理單元識別，并由此判定齒盤位置變化，從而有效檢測蠕動情況。

本發(fā)明所述的蠕動檢測方法，它包括以下步驟：

（1）照明光源從一側(cè)照射于齒盤，齒盤經(jīng)另一側(cè)的成像透鏡和光闌成像于面陣CCD；

（2）面陣CCD的圖像由圖像采集處理單元采集；

（3）圖像采集處理單元完成齒盤圖像處理及蠕動檢測。

其中步驟（3）檢測過程為：在初始處理執(zhí)行中，在整幅圖像中搜索定位凸齒的邊沿；在定位完成后，以定位的邊沿設(shè)置一ROI區(qū)域（感興趣區(qū)），后續(xù)的每次圖像邊緣檢測都在ROI區(qū)域進(jìn)行；在每次檢測到凸齒的邊沿后，又以新的邊沿重新設(shè)置ROI，為下一次邊緣檢測做準(zhǔn)備；在ROI區(qū)域檢測邊緣后，要提取邊緣直線，由此可以確定該直線的直角坐標(biāo)系方程，并計算直線斜率；由直線斜率的變化判斷蠕動情況并輸出結(jié)果。

本發(fā)明所提供的水輪機組蠕動檢測裝置及方法，通過光學(xué)成像方式可以檢測齒盤位置變化，檢測途徑直接可靠；屬于非接觸測量，不會對機組大軸產(chǎn)生劃傷，不會對機組產(chǎn)生任何影響。無論立式或臥式安裝的水輪機組，其大軸都密閉安裝，所以照明光源條件好，無其它雜散光干擾；水輪機組一般都安裝齒盤，通過安裝于外部支架上的轉(zhuǎn)速傳感器測機組轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的檢測裝置可以與轉(zhuǎn)速傳感器共用同一支架，不會產(chǎn)生額外資源占用。

附圖說明

圖1是水輪機組蠕動檢測裝置構(gòu)成圖；

圖2是蠕動檢測齒盤結(jié)構(gòu)圖；

圖3是蠕動檢測裝置安裝支架圖；

圖4是齒盤圖像處理原理圖。

具體實施方式

結(jié)合圖1、圖2、圖3，一種光電成像式水輪機組蠕動檢測裝置具體實施方式包括：

具體實施方式一、光電成像式水輪機組蠕動檢測裝置，它包括成像照明光源(1)，與水輪機大軸連接一起的齒盤(2)，成像透鏡(3)，光闌(4)，面陣CCD(5)以及圖像采集處理單元(6)，如圖1所示。照明光源(1)采用背光式照明，齒盤(2)與機組大軸同軸安裝，光源(1)從齒盤(2)一側(cè)照射于齒盤(2)邊沿分布的凸齒。在齒盤(2)另一側(cè)，齒盤(2)邊沿分布的凸齒由成像透鏡(3)和光闌(4)成像于面陣CCD(5)。光闌(4)設(shè)在透鏡(3)的像方焦平面處，為系統(tǒng)的孔徑光闌，形成了物方遠(yuǎn)心光路。透鏡(3)、光闌(4)、CCD(5)同軸安裝，并垂直于機組大軸。圖像采集處理單元(6)采集CCD(5)圖像，并進(jìn)行處理得出相應(yīng)檢測結(jié)果。圖像采集處理單元可由FPGA+DSP架構(gòu)實現(xiàn)，F(xiàn)PGA完成圖像的實時采集，DSP完成圖像處理算法和檢測結(jié)果輸出。

具體實施方式二、如圖2所示，齒盤（7）一周由60個凸齒（8）組成，每個凸齒（8）所占角度為3°。齒盤（7）每個凸齒（8）的兩條邊沿延長線通過齒盤（7）的圓心，齒盤（7）外徑由水輪機組大軸直徑?jīng)Q定，通過安裝孔（9）與機組大軸法蘭連接一起。該齒盤（7）也可用于機組轉(zhuǎn)速測量。

具體實施方式三、對于機組蠕動檢測裝置的安裝，可以與機組轉(zhuǎn)速測量裝置安裝于同一支架（11），如圖3所示，構(gòu)成一個組合式測量系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速傳感器（12）位于支架（11）的中部，通過磁電式傳感器，檢測齒盤（10）上凸齒所產(chǎn)生的脈沖。蠕動檢測裝置（13）安裝于支架（11）的兩側(cè)。在機組運轉(zhuǎn)工作過程中，由轉(zhuǎn)速傳感器測速，在停機狀態(tài)下，由蠕動檢測裝置檢測機組蠕動情況。

結(jié)合圖1、圖2、圖4，一種光電成像式水輪機組蠕動檢測方法及原理為：

1、齒盤（2）與機組大軸剛性連接，照明光源（1）從齒盤（2）一側(cè)照射于齒盤（2），齒盤（2）經(jīng)另一側(cè)的透鏡（3）和光闌（4）成像于CCD（5）。由于齒盤邊沿均勻間隔分布著凸齒（8）和凹槽，凸齒（8）遮擋光線，其在CCD（5）上形成暗帶；凹槽透過光線，其在CCD（5）上形成亮帶。通過圖像處理檢測暗帶邊緣的位置變化，也即可以有效檢測機組蠕動情況。光闌（4）安裝于透鏡（3）的像方焦平面處，形成物方遠(yuǎn)心光路，遠(yuǎn)心光路可以有效減小被測物體沿光軸方向的位置變動帶來的測量誤差。

2、齒盤圖像由圖像采集處理單元（6）采集。

3、對于齒盤的圖像，如圖4，處理過程如下。通過圖像處理邊緣檢測的方法識別凸齒邊沿（15），由邊緣點擬合直線，即代表凸齒邊沿（15）所在直線。初始過程中，在整幅圖像中搜索定位凸齒邊沿（15），定位一個凸齒（16）的相應(yīng)一邊（15）即可。在以后的檢測處理中，以該邊上的一點為中心設(shè)置ROI區(qū)域（14），接下來的處理即檢測、計算ROI（14）中的邊沿（15）直線斜率、角度。由新檢測到的直線重新設(shè)置下一次檢測的ROI區(qū)域（14），這樣使ROI（14）動態(tài)設(shè)置，ROI區(qū)域（14）隨著邊沿（15）直線變化。由于蠕動發(fā)生緩慢，在下一次檢測中邊沿（15）不會超出所設(shè)置的ROI區(qū)域（14）。上述處理可以保證始終檢測的是同一條邊沿（15）直線斜率的變化情況。

齒盤的設(shè)計要求凸齒邊沿（15）的延長線通過齒盤的圓心，檢測出該邊沿（15）所表示的直線，即可以求出直線的斜率k和角度α，如下式，其中（x₁,y₁）和（x₂,y₂）分別為直線上兩點的坐標(biāo)。通過計算直線角度的變化△α=α₂-α₁，即可得出齒盤位置的變化情況，判斷出是否有蠕動情況發(fā)生。

本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：傳統(tǒng)的PT殘壓法測蠕動，通過測量電壓的變化檢測蠕動，信號微弱，干擾大，信噪比低。本方法直接測量機組蠕動產(chǎn)生的齒盤轉(zhuǎn)動，信號直接穩(wěn)定，并且機組密閉安裝，無干擾光源，所以信噪比高。傳統(tǒng)的機械靠輪法、摩擦桿氣動法等，屬于接觸式測量，容易對機組大軸產(chǎn)生劃傷，并且長期運行容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，不能有效檢測蠕動。本方法屬于非接觸測量，不會對機組產(chǎn)生任何影響，齒盤與大軸剛性連接，可以可靠檢測蠕動。再有，本方法可以與機組轉(zhuǎn)速測量裝置共用一個齒盤和安裝支架，附加件少，不會占用額外資源。