水轮发电机组顶盖螺栓失效监测与预警装置及其工作方法与流程

1.本发明涉及一种装置及方法，尤其是涉及一种水轮发电机组顶盖螺栓失效监测与预警装置及其工作方法，该系统可实时监测水轮发电机组顶盖螺栓的状态，并对螺栓拉伸断裂和松动的失效情况进行预警，以此来保障机组的安全运行。


背景技术：

2.在水轮发电机组中，应用了大量的高强度螺栓连接。尤其是水轮机的基础环、座环、底环、顶盖等分瓣组合、与相邻部件的把合多采用螺栓连接方式，发电机的定子、转子、上/下机架基础固定、分瓣连接调整也均采用螺栓连接方式，而水轮发电机组转动部分如转轮连轴、水发连轴、推力连轴、转子连轴等更是采用大型、高强度、特殊材质的螺栓连接。这些螺栓要使用预应力紧固的安装工艺，在长时间运行中，在振动、冲击、疲劳、摩擦等载荷的长期作用下，螺栓会产生松动甚至断裂，危及设备的安全运行。在国内外，由于螺栓松动、断裂引起的恶性事故不仅在水轮发电机组上，而且在其它机械设备上也屡有发生。水轮机顶盖座环螺栓联接是水轮机最重要的螺栓联接之一，其可靠性是整个水轮发电机组长期安全稳定运行的重要保障。
3.2009年，俄罗斯萨扬电站发生恶性事故震惊世界。该电站安装10台640wm发电机组，事故前电站运行方式：9台机组运行，6号机组检修，8月17日，2号机自动降低负荷在振动区运行，水轮机顶盖螺栓断裂，机组甩出基坑，水淹厂房。其他机组电器短路，造成不同程度的损伤。共造成75人死亡，13人受伤。事故造成电厂出力为零，造成系统大面积缺电，社会恐慌。经济损失总额约15亿人民币，电站修复至少5年。
4.2016年9月7日，河南回龙抽水蓄能电站（2
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60mw）1号机组电气故障停机，机组甩负荷过程中，因水轮机顶盖把合螺栓脆断，顶盖抬起，压力水通过顶盖涌出，水淹厂房，全厂停电，所幸无人员伤亡。
5.2017年，黄河中游某大型水电站3号机组（180mw）检修期间进行顶盖解体检查时，发现数根顶盖把合螺栓（m56
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250mm的双头螺柱，材质为35钢）断裂。
6.目前，水轮机顶盖螺栓主要检测手段是在大修期间通过超声波、磁粉、着色等探伤检测来判断螺栓的损坏情况，对螺栓松动不能实现在线实时监测，机组运行期间，也只能采用人工巡检方式，不能对顶盖螺栓失效情况进行有效监测、检查。
7.公开日为2019年12月13日，公开号为cn110569614a的中国专利中，公开了一种名称为“一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法”的发明专利。该专利公开了一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法，在时域范围内，对采集的应力荷载—时间历程数据，求应力荷载对时间历程的梯度得到应力幅值的功率密度；对顶盖螺栓材料的s
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n曲线进行功率密度变换，得到螺栓材料的s
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n功率密度曲线；在频域范围内，对采集数据应力幅值的功率密度进行短时傅里叶变换得到某一时刻应力幅值随频率变化曲线；结合螺栓材料s
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n功率密度曲线，运用线性疲劳累计方法对顶盖螺栓进行疲劳寿命预测；虽然该专利准确的表征了应力荷载的加载频率对螺栓产生微小裂纹的过程，同时加载频率的大小表现了高周循环的极限程度；本预测方
法能准确的判断出螺栓的损伤程度，预测顶盖螺栓的疲劳寿命；但是不能对顶盖螺栓失效情况进行有效监测、检查，故其还是存在上述缺陷。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计简单合理，安全可靠，能对水轮机顶盖螺栓进行实时监测，保障水轮发电机组安全稳定运行的水轮发电机组顶盖螺栓失效监测与预警装置及其工作方法。
9.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该水轮发电机组顶盖螺栓失效监测与预警装置，包括顶盖、座环、电涡流传感器、电涡流安装支架和数据采集处理装置，所述电涡流传感器固定在电涡流安装支架上，电涡流传感器与数据采集处理装置连接，顶盖上开有顶盖专用孔，座环上开有座环专用安装孔，其特征在于：还包括顶盖联接螺栓和定位标记装置，所述电涡流安装支架安装在顶盖联接螺栓上，定位标记装置穿过顶盖专用孔安装于座环专用安装孔上。
10.作为优选，本发明所述电涡流传感器包括一号电涡流传感器和二号电涡流传感器，该一号电涡流传感器、二号电涡流传感器均安装在电涡流安装支架上，并通过螺母固定。
11.作为优选，本发明所述电涡流传感器安装支架开三个孔，其中两个孔用于安装电涡流传感器，一个孔用于固定在顶盖联接螺栓上。
12.作为优选，本发明还包括紧固螺栓，所述顶盖联接螺栓头部钻孔，并通过紧固螺栓将电涡流安装支架与顶盖联接螺栓固定。
13.作为优选，本发明还包括顶盖螺母，所述顶盖联接螺栓依次穿过顶盖和座环，并通过顶盖螺母固定。
14.作为优选，本发明所述数据采集处理装置用于采集并处理一号电涡流传感器、二号电涡流传感器的位移信号。
15.本发明还提供一种水轮发电机组顶盖螺栓失效监测与预警装置的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：（s1）：水轮机顶盖联接螺栓开孔，电涡流安装支架安装在顶盖联接螺栓顶部，电涡流安装支架通过螺栓与顶盖螺栓固定；(s2)：座环及顶盖开孔，将定位标记装置穿过顶盖专用孔安装在水轮机座环专用安装孔上；(s3)：电涡流传感器安装于电涡流安装支架上，并用螺母紧固，调整好一号电涡流传感器与定位标记装置顶部之间的距离，二号电涡流传感器与顶盖螺母上端面之间的距离。
16.本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：整体结构设计简单合理，安全可靠，通过电涡流传感器可以实时监测位移值，能对水轮机顶盖螺栓进行实时监测，对异常情况进行预警，可以有效保障水轮发电机组安全稳定运行；数据采集处理装置用于采集并处理。
17.两个电涡流传感器的位移信号，将位移信号与预存的位移信号进行比较，根据比较结果确定顶盖螺栓的断裂和螺母松动情况。
附图说明
18.图1是本发明实施例的整体结构示意图。
19.图中：电涡流传感器1，电涡流安装支架2，定位标记装置3，顶盖4，顶盖联接螺栓5，座环6，紧固螺栓7，顶盖螺母8；一号电涡流传感器11，二号电涡流传感器12。
具体实施方式
20.下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
21.实施例
22.参见图1，本实施例水轮发电机组顶盖螺栓失效监测与预警装置包括顶盖4、座环6、电涡流传感器1、电涡流安装支架2、数据采集处理装置、顶盖联接螺栓5和定位标记装置3，电涡流传感器1固定在电涡流安装支架2上，电涡流传感器1与数据采集处理装置连接，顶盖4上开有顶盖专用孔，座环6上开有座环专用安装孔，电涡流安装支架2安装在顶盖联接螺栓5上，定位标记装置3穿过顶盖专用孔安装于座环专用安装孔上。
23.本实施例电涡流传感器1包括一号电涡流传感器11和二号电涡流传感器12，该一号电涡流传感器11、二号电涡流传感器12均安装在电涡流安装支架2上，并通过螺母固定。
24.本实施例电涡流安装支架2开有三个孔，其中两个孔用于安装一号电涡流传感器11、二号电涡流传感器12，一个孔用于固定在顶盖联接螺栓5上。
25.本实施例顶盖联接螺栓5头部钻孔，并通过紧固螺栓7将电涡流安装支架2与顶盖联接螺栓5固定。
26.本实施例顶盖联接螺栓5依次穿过顶盖4和座环6，并通过顶盖螺母8固定。
27.本实施例数据采集处理装置用于采集并处理一号电涡流传感器11、二号电涡流传感器12的位移信号。
28.本实施例水轮发电机组顶盖螺栓失效监测与预警装置的工作过程如下：（s1）：水轮机顶盖联接螺栓5开孔，电涡流安装支架2安装在顶盖联接螺栓5顶部，电涡流安装支架2通过螺栓与顶盖螺栓固定；(s2)：座环6及顶盖4开孔，将定位标记装置3穿过顶盖专用孔安装在水轮机座环专用安装孔上；(s3)：电涡流传感器1安装于电涡流安装支架2上，并用螺母紧固，调整好一号电涡流传感器11与定位标记装置3顶部之间的距离，二号电涡流传感器12与顶盖螺母8上端面之间的距离。
29.本实施例水轮发电机组顶盖螺栓失效监测与预警装置，通过了解单个电涡流传感器1与定位标记装置3的位移变化值，以此来分析对应顶盖螺栓拉伸断裂的情况。
30.本实施例通过了解单个电涡流传感器1与顶盖螺母8的位移变化值，以此来分析对应顶盖螺栓松动的情况。
31.本实施例定位标记装置3穿过顶盖专用孔安装在机组座环6上，定位标记装置3稳定可靠，几乎不受机组运行工况影响，监测值具有可比较性。
32.本实施例两个电涡流传感器安装于传感器安装支架上，传感器安装支架安装在顶盖联接螺栓5上，顶盖联接螺栓5中间钻孔，通过螺栓固定。
33.本实施例系统安装、调试简单，数据分析处理方便，不会影响水电站机组正常运行。
34.通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。
35.此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。