水泵水輪機頂蓋螺栓應力監測系統的製作方法
2024-04-13 19:01:05
1.本發明涉及一種水泵水輪機頂蓋螺栓應力監測系統。適用於抽水蓄能機組技術領域。
背景技術：
2.抽水蓄能是當前最具大規模開發條件的電力系統綠色低碳清潔靈活調節電源，是保障電力系統安全穩定運行的重要方式。不僅能有效促進新能源消納，更能增強電力系統的平衡調節能力。
3.抽水蓄能電站機組啟動頻繁、運行工況複雜。水泵水輪機的主要承壓部件頂蓋和座環之間通過高壓水流，二者的聯接設計直接關係到流道的安全性。頂蓋和座環之間的聯接螺栓主要承受內部高壓水流對頂蓋的載荷，若荷載過大，則螺栓容易發生斷裂，使得頂蓋與座環之間密封失效，將會帶來大量湧水進入廠房，造成水淹廠房事故，給電站和人員生命安全帶來嚴重損失。近年來國內外水電站因為頂蓋螺栓斷裂引起的事故時有發生，嚴重威脅著電站人員財產的安全。因此，如何準確地監測頂蓋螺栓受力情況對於水泵水輪機安全運行至關重要。
4.目前對於頂蓋螺栓的受力監測，主要有應力片法、應變計法、超聲波法等，主要通過在螺栓上安裝應力片、應變計或者超聲波探頭等來測量螺栓的應力情況，從而反映螺栓的受力狀態。上述的各種方法在應用過程中有時存在一定的限制，例如，應力片法某些場合安裝困難；應力計法往往需要把應力計事先埋入到螺栓中，需在螺栓生產過程中提前預留安裝孔，在已建電站中的應用受到限制；超聲波法對於測量系統的率定要求較高。因此，上述單一的測量系統由於監測設備安裝限制或者監測設備故障等，會影響螺栓應力的測量結果。
技術實現要素：
5.本發明要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種水泵水輪機頂蓋螺栓應力監測系統，以解決現有技術在測量水泵水輪機頂蓋螺栓應力過程中可能會出現的測量不準確的問題。
6.本發明所採用的技術方案是：一種水泵水輪機頂蓋螺栓應力監測系統，其特徵在於，包括：
7.頂蓋壓力測量模塊，用於測取頂蓋各關鍵測點所受的壓力；
8.頂蓋螺栓應力測量模塊，用於測取頂蓋螺栓的應力；
9.plc控制器ⅰ，與所述頂蓋壓力測量模塊電連接，用於基於頂蓋壓力測量模塊測取的頂蓋各關鍵測點所受壓力計算得到頂蓋的荷載；該計算為常規計算方法，採用圖書《水泵水輪機》中國電力出版社2019.10(isbn978-5198-1566-0)公布的計算方法。
10.plc控制器ⅱ，與所述plc控制器ⅰ電連接，用於基於plc控制器ⅰ計算所得的頂蓋荷載計算得到頂蓋螺栓的理論應力；
11.plc控制器ⅲ，與所述頂蓋螺栓應力測量模塊電連接，用於獲取頂蓋螺栓應力測量模塊測取的頂蓋螺栓實際應力；
12.plc控制器ⅳ，與所述plc控制器ⅱ和plc控制器ⅲ電連接，用於對比plc控制器ⅱ的頂蓋螺栓理論應力和plc控制器ⅲ的頂蓋螺栓實際應力，並在兩者偏差超過預設範圍時產生報警信號；
13.報警模塊，與所述plc控制器ⅳ電連接，用於在plc控制器ⅳ產生報警信號時發出報警。
14.所述頂蓋上的關鍵測點包括活動導葉與固定導葉之間壓力測點a、轉輪和活動導葉之間壓力測點b、頂蓋進口壓力測點c、迷宮環進口壓力測點d和迷宮環出口壓力測點e。
15.所述頂蓋壓力測量模塊包括與各關鍵測點一一對應的測頭和壓力傳感器，其中測頭安裝於相應測點位置，測頭和相對應的壓力傳感器之間設有用於將有壓水引至壓力傳感器處的管路。
16.所述頂蓋螺栓應力測量模塊具有設置於所述頂蓋螺栓上的超聲波探頭，以及與超聲波探頭電連接的超聲發射及信號採集裝置。
17.所述超聲波探頭安裝於頂蓋螺栓上端。
18.本發明的有益效果是：本發明通過頂蓋壓力測量模塊測取頂蓋各關鍵測點的壓力，並通過各關鍵測點壓力計算頂蓋荷載，進而得到頂蓋螺栓的理論應力；同時，採用頂蓋螺栓應力測量模塊測量頂蓋螺栓實際應力，並與頂蓋螺栓理論應力進行對比，起到相互驗證的目的，避免了以往單一螺栓應力測量系統由於設備故障等原因導致的測量不準確問題，從而確保了螺栓應力監測系統的可靠性。
附圖說明
19.圖1為實施例的系統架構結構示意圖。
20.圖2為實施例中測點和探頭布置示意圖。
21.1、測頭；2、管路；3、壓力傳感器；4、電纜；5、plc控制器ⅰ；6、plc控制器ⅱ；7、超聲波探頭；8、超聲發射及信號採集裝置；9、plc控制器ⅲ；10、plc控制器ⅳ。
具體實施方式
22.如圖1所示，本實施例為一種水泵水輪機頂蓋螺栓應力監測系統，包括頂蓋壓力測量模塊、頂蓋螺栓應力測量模塊、plc控制器ⅰ、plc控制器ⅱ、plc控制器ⅲ、plc控制器ⅳ和報警模塊。
23.本例中頂蓋壓力測量模塊用於測取頂蓋各關鍵測點(包括活動導葉與固定導葉之間壓力測點a、轉輪和活動導葉之間壓力測點b、頂蓋進口壓力測點c、迷宮環進口壓力測點d和迷宮環出口壓力測點e，見圖2)所受的壓力，具有與各關鍵測點一一對應設置的測頭和壓力傳感器，測頭設置於相應的關鍵測點位置，測頭經管路延伸至相應的壓力傳感器處，測頭通過管路把有壓水引至壓力傳感器，由壓力傳感器測取相應測點處的壓力。
24.本實施例中頂蓋螺栓應力測量模塊具有設置於頂蓋螺栓上端的超聲波探頭(見圖2)，以及與超聲波探頭經電纜電連接的超聲發射及信號採集裝置，超聲發射及信號採集裝置可以向超聲波探頭髮射超聲波信號，用於螺栓應力測量；同時超聲波探頭把頂蓋螺栓應
力測量信號通過傳輸電纜4傳輸到超聲發射及信號採集裝置中。
25.本實施例中plc控制器ⅰ與頂蓋壓力測量模塊中的壓力傳感器經電纜電連接，用於獲取頂蓋壓力測量模塊測取的頂蓋各關鍵測點所受壓力，並結合預設的相應經驗公式計算得到頂蓋的荷載。
26.本例中plc控制器ⅱ與plc控制器ⅰ經電纜電連接，用於獲取plc控制器ⅰ計算所得的頂蓋荷載，並結合預設的相應經驗公式計算得到頂蓋螺栓的理論計算應力。
27.本實施例中plc控制器ⅲ與頂蓋螺栓應力測量模塊中的超聲發射及信號採集裝置經電纜電連接，用於獲取頂蓋螺栓應力測量模塊測取的頂蓋螺栓實際應力。
28.本例中plc控制器ⅳ與plc控制器ⅱ和plc控制器ⅲ經電纜電連接，用於比對plc控制器ⅱ的頂蓋螺栓理論應力和plc控制器ⅲ的頂蓋螺栓實際應力，並在兩者偏差超過預設範圍時產生報警信號。
29.本實施例中報警模塊與plc控制器ⅳ經電纜電連接，用於在plc控制器ⅳ產生報警信號時發出報警。
30.本實施例將上述plc控制器分開進行描述，並不表示本實施例中必須採用多個plc控制器來實現，本實施例中分開進行描述主要為了便於區分，為節約成本實施例可採用一個plc控制器實現上述多個plc控制器所要實現的功能。
31.本領域普通技術人員可以理解，以上所述僅為本發明的優選實例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實例對發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實例記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所做的修改、等同替換等均應包含在本發明的保護範圍之內。
技術特徵：
1.一種水泵水輪機頂蓋螺栓應力監測系統，其特徵在於，包括：頂蓋壓力測量模塊，用於測取頂蓋各關鍵測點所受的壓力；頂蓋螺栓應力測量模塊，用於測取頂蓋螺栓的應力；plc控制器ⅰ，與所述頂蓋壓力測量模塊電連接，用於基於頂蓋壓力測量模塊測取的頂蓋各關鍵測點所受壓力計算得到頂蓋的荷載；plc控制器ⅱ，與所述plc控制器ⅰ電連接，用於基於plc控制器ⅰ計算所得的頂蓋荷載計算得到頂蓋螺栓的理論應力；plc控制器ⅲ，與所述頂蓋螺栓應力測量模塊電連接，用於獲取頂蓋螺栓應力測量模塊測取的頂蓋螺栓實際應力；plc控制器ⅳ，與所述plc控制器ⅱ和plc控制器ⅲ電連接，用於對比plc控制器ⅱ的頂蓋螺栓理論應力和plc控制器ⅲ的頂蓋螺栓實際應力，並在兩者偏差超過預設範圍時產生報警信號；報警模塊，與所述plc控制器ⅳ電連接，用於在plc控制器ⅳ產生報警信號時發出報警。2.根據權利要求1所述的水泵水輪機頂蓋螺栓應力監測系統，其特徵在於：所述頂蓋上的關鍵測點包括活動導葉與固定導葉之間壓力測點a、轉輪和活動導葉之間壓力測點b、頂蓋進口壓力測點c、迷宮環進口壓力測點d和迷宮環出口壓力測點e。3.根據權利要求1或2所述的水泵水輪機頂蓋螺栓應力監測系統，其特徵在於：所述頂蓋壓力測量模塊包括與各關鍵測點一一對應的測頭和壓力傳感器，其中測頭安裝於相應測點位置，測頭和相對應的壓力傳感器之間設有用於將有壓水引至壓力傳感器處的管路。4.根據權利要求1所述的水泵水輪機頂蓋螺栓應力監測系統，其特徵在於：所述頂蓋螺栓應力測量模塊具有設置於所述頂蓋螺栓上的超聲波探頭，以及與超聲波探頭電連接的超聲發射及信號採集裝置。5.根據權利要求4所述的水泵水輪機頂蓋螺栓應力監測系統，其特徵在於：所述超聲波探頭安裝於頂蓋螺栓上端。
技術總結
本發明涉及一種水泵水輪機頂蓋螺栓應力監測系統，以解決現有技術在測量水泵水輪機頂蓋螺栓應力過程中可能會出現的測量不準確的問題。本發明的技術方案為：頂蓋壓力測量模塊，用於測取頂蓋各關鍵測點所受的壓力；頂蓋螺栓應力測量模塊，用於測取頂蓋螺栓的應力；PLC控制器Ⅰ，與所述頂蓋壓力測量模塊電連接；PLC控制器Ⅱ，與所述PLC控制器Ⅰ電連接，用於基於PLC控制器Ⅰ計算所得的頂蓋荷載計算得到頂蓋螺栓的理論應力；PLC控制器Ⅲ，與所述頂蓋螺栓應力測量模塊電連接；PLC控制器Ⅳ，與所述PLC控制器Ⅱ和PLC控制器Ⅲ電連接；報警模塊，與所述PLC控制器Ⅳ電連接，用於在PLC控制器Ⅳ產生報警信號時發出報警。本發明適用於抽水蓄能機組技術領域。技術領域。技術領域。
技術研發人員：李海波 李成軍 汪德樓 胡坤 仇嵐 張新 陳順義 鄭應霞 殷苗苗 何中偉 榮楊一鳴
受保護的技術使用者：華東宜興抽水蓄能有限公司 國網新源控股有限公司
技術研發日：2022.11.30
技術公布日：2023/3/28