[發明專利]一種水輪機頂蓋螺栓軸力在線監測裝置及方法

在審

• 申請號: 202310422848.2
• 申請日: 2023-04-19
• 公開（公告）號: CN116465528A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 羅金文;唐曉丹;李初輝;劉紹勇;王濤;杜波;胡慶雄;賈利濤;陶吉全;陳哲之;王俊青
• 申請（專利權）人: 中國長江電力股份有限公司
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25;G01L5/24
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 李永旭;丁莉麗

1.一種水輪機頂蓋螺栓軸力在線監測裝置，包括若干均布于水輪機頂蓋法蘭的頂蓋螺栓(1)，其特征在于，包括超聲縱波波導桿(2)、超聲聲彈測力傳感器(3)、數據處理系統(4)和顯示終端；

所述超聲縱波波導桿(2)用于獲取頂蓋螺栓(1)軸力發生變化時所產生的軸向實時位移，從而產生形變；

所述超聲聲彈測力傳感器(3)用于獲取所述超聲縱波波導桿(2)的實時聲時，以根據超聲縱波波導桿由于頂蓋螺栓的軸向實時位移而產生的形變，獲取超聲縱波波導桿(2)的聲時差；

所述數據處理系統(4)用于根據所述超聲縱波波導桿(2)的聲時差，通過波導桿-頂蓋螺栓軸力轉化算法獲取頂蓋螺栓(1)的軸力變化值；

所述顯示終端用于將頂蓋螺栓的軸力變化值進行可視化，實現對水輪機頂蓋螺栓軸力的在線監測。

2.根據權利要求1所述的一種水輪機頂蓋螺栓軸力在線監測裝置，其特征在于，所述超聲縱波波導桿(2)底部與所述頂蓋螺栓(1)頂部固定連接；且所述超聲縱波波導桿(2)的軸線與所述頂蓋螺栓(1)的軸線重合；

所述超聲縱波波導桿(2)通過固定支座(6)與水車室機坑壁(5)固定連接；

所述超聲聲彈測力傳感器(3)固定設置于所述超聲縱波波導桿(2)頂部。

3.根據權利要求1所述的一種水輪機頂蓋螺栓軸力在線監測裝置，其特征在于，還包括雙頭螺柱(7)，所述雙頭螺柱(7)頂部與所述超聲縱波波導桿(2)底部固定連接，且所述雙頭螺柱(7)底部與所述頂蓋螺栓(1)頂部固定連接，使得所述超聲縱波波導桿(2)通過所述雙頭螺柱(7)與所述頂蓋螺栓(1)連接。

4.根據權利要求3所述的一種水輪機頂蓋螺栓軸力在線監測裝置，其特征在于，所述超聲縱波波導桿(2)底部與所述雙頭螺柱(7)頂部通過連接器(8)進行固定連接。

5.根據權利要求1所述的一種水輪機頂蓋螺栓軸力在線監測裝置，其特征在于，還包括波導桿溫控系統，所述波導桿溫控系統包括若干溫度探頭(91)、電加熱裝置(92)和溫度自動控制系統(93)；

若干所述溫度探頭(91)沿所述超聲縱波波導桿(2)的軸線方向均布，且與所述溫度自動控制系統(93)通信連接，用于獲取超聲縱波波導桿(2)的實時溫度，并將所述超聲縱波波導桿(2)的實時溫度傳輸至所述溫度自動控制系統(93)；

所述電加熱裝置(92)與所述溫度自動控制系統(93)連接，且設置于所述超聲縱波波導桿(2)上，以根據所述超聲縱波波導桿(2)的實時溫度，通過溫度自動控制系統控制所述電加熱裝置(92)對超聲縱波波導桿(2)進行加熱，使得超聲縱波波導桿(2)的溫度恒定。

6.根據權利要求5所述的一種水輪機頂蓋螺栓軸力在線監測裝置，其特征在于，所述電加熱裝置(92)采用電加熱電阻絲，所述電加熱電阻絲沿超聲縱波波導桿(2)的軸線方向均勻纏繞。

7.根據權利要求1所述的一種水輪機頂蓋螺栓軸力在線監測裝置，其特征在于，根據所述超聲縱波波導桿的聲時差，導桿-頂蓋螺栓軸力轉化算法獲取頂蓋螺栓的軸力變化值的方法如下：

首先：根據所述超聲縱波波導桿的聲時差，獲取頂蓋螺栓伸長值的變化值；

其中，△L_s表示頂蓋螺栓伸長值的變化值；△t_bF表示現場實測值的超聲縱波波導桿的聲時差變化值，M_b為超聲縱波波導桿的特征常數；

其次：根據頂蓋螺栓伸長值的變化值，獲取頂蓋螺栓的軸力變化值；

式中E_h為頂蓋螺栓的彈性模量，L_h為頂蓋螺栓受力段長度，S_h為頂蓋螺栓有效受力橫截面積。