[發明專利]一種水輪發電機流道壓力監測系統及方法

有效

• 申請號: 202011496840.3
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112523926B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 姜德政
• 申請（專利權）人: 中國長江電力股份有限公司
• 主分類號: F03B15/00
• 分類號: F03B15/00;F03B11/00;G01L11/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

1.一種水輪發電機流道壓力監測系統，其特征在于，包括壓力數據采集系統、流道腔內數據傳輸系統、流道腔內外數據傳輸系統、流道腔外無線傳輸系統和數據收集和分析系統，壓力數據采集系統和流道腔內數據傳輸系統位于流道內且相互連接，壓力數據采集系統內設有與待檢測流道內邊壁固定連接的壓力傳感器，流道腔內外數據傳輸系統內設有與待檢測流道內邊壁固定連接的超聲波換能器，在與超聲波換能器同位置的流道外壁設有超聲波拾音器，通過壓力傳感器檢測流道內側的壓力數據，轉換成相應信號后，傳送至超聲波換能器，超聲波拾音器接收超聲波換能器發出的超聲信號并轉換成相應的數值輸出，經過流道腔外無線傳輸系統傳輸至數據收集和分析系統，最終轉化成流道內檢測的壓力值；

所述的流道腔內外數據傳輸系統包括與待檢測流道內邊壁固定連接的超聲波換能器，以及與超聲波換能器同位置的流道外壁固定連接的超聲波拾音器，超聲波換能器接收不同部位的壓力傳感器傳輸的壓力數據，并轉換成超聲波信號，以鋼制邊壁為載體，穿透流道邊壁，向邊壁外側布置的超聲波拾音器發射，超聲波拾音器接收到加載壓力信息的超聲波，并濾波、檢波和放大后，還原壓力信息并傳送至流道腔外無線傳輸系統。

2.根據權利要求1所述的一種水輪發電機流道壓力監測系統，其特征在于，所述的壓力數據采集系統包括與待檢測流道內邊壁固定連接的壓力傳感器，壓力傳感器為防水式貼片壓力傳感器。

3.根據權利要求1所述的一種水輪發電機流道壓力監測系統，其特征在于，所述的流道腔內數據傳輸系統為光纖壓力數據傳輸系統，包括與壓力傳感器輸出端連接的放大電路，以及與放大電路輸出端連接的電/光信號轉換器，電/光信號轉換器通過光纖輸送至布置在鋼管或者鋼制邊壁處的信號輸出端，經過光/電信號轉換器轉換為電信號后輸入超聲波換能器。

4.根據權利要求3所述的一種水輪發電機流道壓力監測系統，其特征在于，所述的流道腔外無線傳輸系統包括布置在超聲波拾音器上的無線信號發射器、WI-FI無線局限網絡和無線信號接收器。

5.根據權利要求4所述的一種水輪發電機流道壓力監測系統，其特征在于，所述的數據收集和分析系統包括壓力信息數據庫和壓力分析軟件，壓力信息數據庫收集和儲存各待監測節點實時傳輸的壓力信息，壓力分析軟件調用壓力信息數據庫內的壓力信息，并對其進行分析、顯示和處理，對流道的異常壓力值進行預警。

6.根據權利要求5所述的一種水輪發電機流道壓力監測系統，其特征在于，所述的壓力傳感器、放大電路、光/電信號轉換器、電/光信號轉換器、光纖和超聲波換能器采用防水密封套進行防水保護，并與流道壁固定。

7.根據權利要求5所述的一種水輪發電機流道壓力監測系統，其特征是：所述的壓力傳感器分別布置在水輪機壓力管道、轉輪區域和尾水管進口區域；

在水輪機壓力管道進水閥或其與蝸殼連接的明管端布置壓力傳感器；

在轉輪區域，沿水輪機頂蓋四周對稱布設四組壓力傳感器；

在尾水管進口區域，在錐管段對稱布設四組壓力傳感器。

8.使用上述權利要求1-7任一所述的水輪發電機流道壓力監測系統的監測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、各監測節點處的壓力傳感器在接收流道內水流沖擊，并將壓力值轉換成電信號輸出；

步驟二、放大電路接收壓力傳感器輸出的電信號，并將數據進行放大后傳送至電/光信號轉換器，電/光信號轉換器將放大后的信號裝換成光載壓力信號后輸出；

步驟三、光電信號轉換器輸出的光載壓力信號通過光纖通訊傳送至信號輸出端處的光/電信號轉換器，轉化為電信號后輸出至超聲波換能器；

步驟四、超聲波換能器接收各監測節點接收光/電信號轉換器輸出的電信號，并將電信號轉換為超聲波信號，以鋼制邊壁為載體，穿透流道邊壁，向鋼制邊壁外側的超聲波拾音器發射，超聲波拾音器將接受到的超聲波進行濾波、檢波和放大，去除流道內的噪聲干擾及明顯的異常低頻聲波，還原成壓力信息數據并將其送入無線信號發射器；

步驟五、無線信號接收器接收到無線信號發射器發送的壓力數值并傳送至壓力信息數據庫，壓力分析軟件調用壓力信息數據庫內的壓力數據，將數據進行分析、顯示和處理，根據當前水輪發電機的工況和歷史數據學習判斷流道壓力是否正常，對超出預設閾值的壓力數據進行告警。