水泵水轮机顶盖螺栓应力监测系统的制作方法 专利技术说明

测量装置的制造及其应用技术1.本实用新型涉及一种水泵水轮机顶盖螺栓应力监测系统。适用于抽水蓄能机组技术领域。背景技术：2.抽水蓄能是当前最具大规模开发条件的电力系统绿色低碳清洁灵活调节电源，是保障电力系统安全稳定运行的重要方式。不仅能有效促进新能源消纳，更能增强电力系统的平衡调节能力。3.抽水蓄能电站机组启动频繁、运行工况复杂。水泵水轮机的主要承压部件顶盖和座环之间通过高压水流，二者的联接设计直接关系到流道的安全性。顶盖和座环之间的联接螺栓主要承受内部高压水流对顶盖的载荷，若荷载过大，则螺栓容易发生断裂，使得顶盖与座环之间密封失效，将会带来大量涌水进入厂房，造成水淹厂房事故，给电站和人员生命安全带来严重损失。近年来国内外水电站因为顶盖螺栓断裂引起的事故时有发生，严重威胁着电站人员财产的安全。因此，如何准确地监测顶盖螺栓受力情况对于水泵水轮机安全运行至关重要。4.目前对于顶盖螺栓的受力监测，主要有应力片法、应变计法、超声波法等，主要通过在螺栓上安装应力片、应变计或者超声波探头等来测量螺栓的应力情况，从而反映螺栓的受力状态。上述的各种方法在应用过程中有时存在一定的限制，例如，应力片法某些场合安装困难；应力计法往往需要把应力计事先埋入到螺栓中，需在螺栓生产过程中提前预留安装孔，在已建电站中的应用受到限制；超声波法对于测量系统的率定要求较高。因此，上述单一的测量系统由于监测设备安装限制或者监测设备故障等，会影响螺栓应力的测量结果。技术实现要素：5.本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种水泵水轮机顶盖螺栓应力监测系统，以解决现有技术在测量水泵水轮机顶盖螺栓应力过程中可能会出现的测量不准确的问题。6.本实用新型所采用的技术方案是：一种水泵水轮机顶盖螺栓应力监测系统，其特征在于，包括：7.顶盖压力测量模块，用于测取顶盖各关键测点所受的压力；8.顶盖螺栓应力测量模块，用于测取顶盖螺栓的应力；9.plc控制器ⅰ，与所述顶盖压力测量模块电连接，用于基于顶盖压力测量模块测取的顶盖各关键测点所受压力计算得到顶盖的荷载；该计算为常规计算方法，采用图书《水泵水轮机》中国电力出版社2019.10(isbn978-5198-1566-0)公布的计算方法。10.plc控制器ⅱ，与所述plc控制器ⅰ电连接，用于基于plc控制器ⅰ计算所得的顶盖荷载计算得到顶盖螺栓的理论应力；11.plc控制器ⅲ，与所述顶盖螺栓应力测量模块电连接，用于获取顶盖螺栓应力测量模块测取的顶盖螺栓实际应力；12.plc控制器ⅳ，与所述plc控制器ⅱ和plc控制器ⅲ电连接，用于对比plc控制器ⅱ的顶盖螺栓理论应力和plc控制器ⅲ的顶盖螺栓实际应力，并在两者偏差超过预设范围时产生报警信号；13.报警模块，与所述plc控制器ⅳ电连接，用于在plc控制器ⅳ产生报警信号时发出报警。14.所述顶盖上的关键测点包括活动导叶与固定导叶之间压力测点a、转轮和活动导叶之间压力测点b、顶盖进口压力测点c、迷宫环进口压力测点d和迷宫环出口压力测点e。15.所述顶盖压力测量模块包括与各关键测点一一对应的测头和压力传感器，其中测头安装于相应测点位置，测头和相对应的压力传感器之间设有用于将有压水引至压力传感器处的管路。16.所述顶盖螺栓应力测量模块具有设置于所述顶盖螺栓上的超声波探头，以及与超声波探头电连接的超声发射及信号采集装置。17.所述超声波探头安装于顶盖螺栓上端。18.本实用新型的有益效果是：本实用新型通过顶盖压力测量模块测取顶盖各关键测点的压力，并通过各关键测点压力计算顶盖荷载，进而得到顶盖螺栓的理论应力；同时，采用顶盖螺栓应力测量模块测量顶盖螺栓实际应力，并与顶盖螺栓理论应力进行对比，起到相互验证的目的，避免了以往单一螺栓应力测量系统由于设备故障等原因导致的测量不准确问题，从而确保了螺栓应力监测系统的可靠性。附图说明19.图1为实施例的系统架构结构示意图。20.图2为实施例中测点和探头布置示意图。21.1、测头；2、管路；3、压力传感器；4、电缆；5、plc控制器ⅰ；6、plc控制器ⅱ；7、超声波探头；8、超声发射及信号采集装置；9、plc控制器ⅲ；10、plc控制器ⅳ。具体实施方式22.如图1所示，本实施例为一种水泵水轮机顶盖螺栓应力监测系统，包括顶盖压力测量模块、顶盖螺栓应力测量模块、plc控制器ⅰ、plc控制器ⅱ、plc控制器ⅲ、plc控制器ⅳ和报警模块。23.本例中顶盖压力测量模块用于测取顶盖各关键测点(包括活动导叶与固定导叶之间压力测点a、转轮和活动导叶之间压力测点b、顶盖进口压力测点c、迷宫环进口压力测点d和迷宫环出口压力测点e，见图2)所受的压力，具有与各关键测点一一对应设置的测头和压力传感器，测头设置于相应的关键测点位置，测头经管路延伸至相应的压力传感器处，测头通过管路把有压水引至压力传感器，由压力传感器测取相应测点处的压力。24.本实施例中顶盖螺栓应力测量模块具有设置于顶盖螺栓上端的超声波探头(见图2)，以及与超声波探头经电缆电连接的超声发射及信号采集装置，超声发射及信号采集装置可以向超声波探头发射超声波信号，用于螺栓应力测量；同时超声波探头把顶盖螺栓应力测量信号通过传输电缆4传输到超声发射及信号采集装置中。25.本实施例中plc控制器ⅰ与顶盖压力测量模块中的压力传感器经电缆电连接，用于获取顶盖压力测量模块测取的顶盖各关键测点所受压力，并结合预设的相应经验公式计算得到顶盖的荷载。26.本例中plc控制器ⅱ与plc控制器ⅰ经电缆电连接，用于获取plc控制器ⅰ计算所得的顶盖荷载，并结合预设的相应经验公式计算得到顶盖螺栓的理论计算应力。27.本实施例中plc控制器ⅲ与顶盖螺栓应力测量模块中的超声发射及信号采集装置经电缆电连接，用于获取顶盖螺栓应力测量模块测取的顶盖螺栓实际应力。28.本例中plc控制器ⅳ与plc控制器ⅱ和plc控制器ⅲ经电缆电连接，用于比对plc控制器ⅱ的顶盖螺栓理论应力和plc控制器ⅲ的顶盖螺栓实际应力，并在两者偏差超过预设范围时产生报警信号。29.本实施例中报警模块与plc控制器ⅳ经电缆电连接，用于在plc控制器ⅳ产生报警信号时发出报警。30.本实施例将上述plc控制器分开进行描述，并不表示本实施例中必须采用多个plc控制器来实现，本实施例中分开进行描述主要为了便于区分，为节约成本实施例可采用一个plc控制器实现上述多个plc控制器所要实现的功能。31.本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实例对实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在本实用新型的保护范围之内。技术特征：1.一种水泵水轮机顶盖螺栓应力监测系统，其特征在于，包括：顶盖压力测量模块，用于测取顶盖各关键测点所受的压力；顶盖螺栓应力测量模块，用于测取顶盖螺栓的应力；plc控制器ⅰ，与所述顶盖压力测量模块电连接，用于基于顶盖压力测量模块测取的顶盖各关键测点所受压力计算得到顶盖的荷载；plc控制器ⅱ，与所述plc控制器ⅰ电连接，用于基于plc控制器ⅰ计算所得的顶盖荷载计算得到顶盖螺栓的理论应力；plc控制器ⅲ，与所述顶盖螺栓应力测量模块电连接，用于获取顶盖螺栓应力测量模块测取的顶盖螺栓实际应力；plc控制器ⅳ，与所述plc控制器ⅱ和plc控制器ⅲ电连接，用于对比plc控制器ⅱ的顶盖螺栓理论应力和plc控制器ⅲ的顶盖螺栓实际应力，并在两者偏差超过预设范围时产生报警信号；报警模块，与所述plc控制器ⅳ电连接，用于在plc控制器ⅳ产生报警信号时发出报警。2.根据权利要求1所述的水泵水轮机顶盖螺栓应力监测系统，其特征在于：所述顶盖上的关键测点包括活动导叶与固定导叶之间压力测点a、转轮和活动导叶之间压力测点b、顶盖进口压力测点c、迷宫环进口压力测点d和迷宫环出口压力测点e。3.根据权利要求1或2所述的水泵水轮机顶盖螺栓应力监测系统，其特征在于：所述顶盖压力测量模块包括与各关键测点一一对应的测头和压力传感器，其中测头安装于相应测点位置，测头和相对应的压力传感器之间设有用于将有压水引至压力传感器处的管路。4.根据权利要求1所述的水泵水轮机顶盖螺栓应力监测系统，其特征在于：所述顶盖螺栓应力测量模块具有设置于所述顶盖螺栓上的超声波探头，以及与超声波探头电连接的超声发射及信号采集装置。5.根据权利要求4所述的水泵水轮机顶盖螺栓应力监测系统，其特征在于：所述超声波探头安装于顶盖螺栓上端。技术总结本实用新型涉及一种水泵水轮机顶盖螺栓应力监测系统，以解决现有技术在测量水泵水轮机顶盖螺栓应力过程中可能会出现的测量不准确的问题。本实用新型的技术方案为：顶盖压力测量模块，用于测取顶盖各关键测点所受的压力；顶盖螺栓应力测量模块，用于测取顶盖螺栓的应力；PLC控制器Ⅰ，与所述顶盖压力测量模块电连接；PLC控制器Ⅱ，与所述PLC控制器Ⅰ电连接，用于基于PLC控制器Ⅰ计算所得的顶盖荷载计算得到顶盖螺栓的理论应力；PLC控制器Ⅲ，与所述顶盖螺栓应力测量模块电连接；PLC控制器Ⅳ，与所述PLC控制器Ⅱ和PLC控制器Ⅲ电连接；报警模块，与所述PLC控制器Ⅳ电连接，用于在PLC控制器Ⅳ产生报警信号时发出报警。本实用新型适用于抽水蓄能机组技术领域。用于抽水蓄能机组技术领域。用于抽水蓄能机组技术领域。技术研发人员：李海波 李成军 汪德楼 胡坤 仇岚 张新 陈顺义 郑应霞 殷苗苗 何中伟 荣杨一鸣受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司技术研发日：2022.11.30技术公布日：2023/7/6









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