本发明专利技术公开了一种压力钢管内壁应力测量装置及方法，该装置包括防水应变片、应变数据采集模块及防冲刷装置；在防冲刷装置中设有无线通信模块，利用无线通信模块将防水应变片采集的应变数据传输至上位机，使得上位机能实时监控压力钢管内壁所受应力，无线通信模块的使用，免去了繁琐的接线操作，降低了操作难度。防冲刷装置的应用，降低了水流的冲击作用，延长了应力检测设备的使用寿命。该测量方法利用防冲刷装置与防水应变片相连，同时利用调节水流冲击板与固定底板之间的夹角可调的设计，使得应力的测量过程简单方便，且数据准确可靠。解决了原有应力检测方法的有关制约，可有效实现对压力钢管内壁进行应力检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水下设备检测技术，具体涉及。
技术介绍
水力发电机组压力钢管是水电厂重要的引水设备，机组水力过渡过程中产生较大的水力不稳定流场作用，使得压力钢管承受的载荷十分复杂，容易引起钢管振动和裂纹等疲劳破坏。因此应力是压力钢管运行稳定性一个十分重要的指标。 水力发电站的压力钢管、蜗壳、尾水管等均埋入岩石混凝土中，通过管内水流冲击水轮机发电。由于新近建造的机组压力管道无暴露在外的明管段或者只有很小一段明管段，这给该类管道的应力/应变检测带来了很大的困难。 旧有标准规范，未要求对压力钢管应力进行实时监测，在机组建造时压力钢管未安装应力检测装置。在目前的技术条件下，对于无明管段的压力管道，通过开挖岩石混凝土进行应力检测，工期长，难度大，会产生意想不到的后果，因此，压力钢管的应力检测只能在管道内壁进行。这种应力检测方法，除了满足应力检测的基本要求外，需要具有无线传输，防渗水，防水冲击能力，能长时间续航能力。 应力检测是分析大型结构部件裂纹的重要手段，通过对各工况下压力钢管应力变化进行测量，分析裂纹产生的原因，通过监测应力变化研究压力钢管是否存在应力集中或潜在危险，掌握管道的运行状态，保障管道安全运行具有重要的意义。 现有的应力检测装置存在如下缺点:1)应力检测信号传输一般为有线传输方式，由于布线不方便，管内水流冲击作用，断线后危险性高，使得压力钢管内的应力检测不能实现。2)应力检测装置无防水流冲刷装置，管内水流对设备阻流面的冲击力与水流速度二次方、阻流面的高度等成正比，如其他参数不变，水流速度增大一倍，水流冲击力增大三倍。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种操作简便，实用性强，可进行水下在线实时监测的应力检测方法，以实现对压力钢管进行应力检测和评估。 一种压力钢管内壁应力测量装置，包括防水应变片、应变数据采集模块及防冲刷装置； 所述防水应变片固定在压力钢管内壁待测点上，采用防水信号线与应变数据采集模块相连，所述防水信号线采用防水胶粘结固定在压力钢管内壁； 所述应变数据采集模块安装在作为防冲刷装置的中空立方体或长方体内； 所述防冲刷装置固定在待测点一侧，内部还固定设有电源、电源开关、控制模块及第一无线通信模块，所述应变数据采集模块、电源、电源开关及第一无线通信模块均与控制模块相连； 应变数据采集模块将采集的应变信号转化为电信号，通过控制模块和第一无线通信模块传输至上位机； 电源开关受控于控制模块，控制模块通过第一无线通信模块接收上位机的控制指令。 压力钢管入孔门处设有第二无线通信模块，上位机通过第二无线通信模块与第一无线通信模块进行通信连接。 所述防冲刷装置还包括由中空容器底部沿水流反向延伸的固定底板和调节水流冲击板，所述调节水流冲击板一端转轴连接在中空容器顶部，另一端可动连接在所述固定底板上。 同时，为避免水流对应变片引线/信号传输线冲击，接线不宜过长，并用防水胶粘结。 调节水流冲击板与固定底板之间的夹角可调，通过夹角的改变以适应不同的水流速度，从而保证防冲刷装置的稳定。 所述固定底板通过螺栓固定在压力钢管内壁。 用螺栓连接防冲刷装置，通过螺栓将水流对防冲刷装置的冲击作用传递给压力钢管。 所述固定底板为永磁材料底板。 所述应变片为三向防水应变片。 一种压力钢管内壁应力测量方法，采用所述的压力钢管内壁应力测量装置，首先，在压力钢管内壁设置多个应力待测点，在待测点上固定防水应变片； 其次，在待测点一侧通过螺栓将防冲刷装置固定，同时，采用防水信号线将防水应变片与应变数据采集模块连接； 接着，依据防冲刷装置能承受的最大冲击力F，确定调节水流冲击板与固定底板之间的夹角，使得当前压力钢管中水流对防冲刷装置产生的冲击力P不超过F，确保防冲刷装置能够抵抗水流冲击力，稳固在压力钢管中； 如果防冲刷装置高度和水流速度一定，则依据公式水流对防冲刷装置的冲击力与角度α存在一一对应关系，通过调整角度α，来调节水流对装置的冲击力P。 防冲刷装置能承受的最大水流冲击力由该装置的强度所确定，对于一定的结构，其能承受的最大冲击力F是一定的，具体值可通过现有技术中的数值算法如有限元法等实现。为使防冲刷装置不被破坏，需满足P <= F ; 最后，利用入孔门处的第二无线通信模块接收到的应变数据传输至上位机，采用现有计算公式计算获得对应的应力，实现压力钢管内壁应力的测量。 压力钢管中水流对防冲刷装置的冲击力P按以下公式计算:^ V2 1- cos? , , V2 a P = kyj1---；-= kvf]h — tan —.g smag 2 其中，k为绕流系数,取值范围为(0.6,2) ; Ytl为水的容重；h为防冲刷装置高度，单位为m ；V为水流平均速度,单位为m/s ；g为重力加速度；α为水流方向与防冲刷装置的调节水流冲击板面的夹角。 所述水流方向与防冲刷装置的调节水流冲击板面的夹角即为调节水流冲击板与固定底板之间的夹角。 有益效果 本专利技术提供了，该装置包括防水应变片、应变数据采集模块及防冲刷装置；在防冲刷装置中设有无线通信模块，利用无线通信模块将防水应变片采集的应变数据传输至上位机，使得上位机能实时监控压力钢管内壁所受应力，无线通信模块的使用，免去了繁琐的接线操作，降低了操作难度。防冲刷装置的应用，降低了水流的冲击作用，延长了应力检测设备的使用寿命。该测量方法利用防冲刷装置与防水应变片相连，采用永磁材料固定底板固定防冲刷装置，同时利用调节水流冲击板与固定底板之间的夹角可调的设计，使得应力的测量过程简单方便，且数据准确可靠。解决了原有应力检测方法的有关制约，可有效实现对压力钢管内壁进行应力检测。 【附图说明】 图1为防冲刷装置结构示意图； 图2为防冲刷装置内部结构示意图； 图3为本专利技术所述测量装置的安装示意图； 图4为调节水流冲击板与固定底板之间的夹角与防冲刷装置所受水流冲击力曲线图； 标号说明:1-防冲刷装置，2-调节水流冲击板，3-固定底板，4-螺栓，5-第二通信模块，6-防水应变片，7-防水信号线，8-上位机。 【具体实施方式】 下面将根据实施例和说明书附图对本专利技术做进一步的说明。 如图1、图2和图3所示，一种压力钢管内壁应力测量装置，包括防水应变片6、应变数据采集模块及防冲刷装置I ; 所述防水应变片固定在压力钢管内壁待测点上，采用防水信号线与应变数据采集模块相连，所述防水信号线7采用防水胶粘结固定在压力钢管内壁； 所述应变数据采集模块安装在作为防冲刷装置的中空立方体或长方体内； 所述防冲刷装置固定在待测点一侧，内部还固定设有电源、电源开关、控制模块及第一无线通信模块，所述应变数据采集模块、电源、电源开关及第一无线通信模块均与控制模块相连； 应变数据采集模块将采集的应变信号转化为电信号，通过控制模块和第一无线通信模块传输至上位机； 电源开关受控于控制模块，控制模块通过第一无线通信模块接收上位机的控制指令。 压力钢管入孔门处设有第二无线通信模块5，上位机8通过第二无线通信模块与第一无线通信模块进行通信连接。 所述防冲刷装置还包括由中空容器底部沿水流反向延伸的固定底本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压力钢管内壁应力测量装置，其特征在于，包括防水应变片、应变数据采集模块及防冲刷装置；所述防水应变片固定在压力钢管内壁待测点上，采用防水信号线与应变数据采集模块相连，所述防水信号线采用防水胶粘结固定在压力钢管内壁；所述应变数据采集模块安装在作为防冲刷装置的中空立方体或长方体内；所述防冲刷装置固定在待测点一侧，内部还固定设有电源、电源开关、控制模块及第一无线通信模块，所述应变数据采集模块、电源、电源开关及第一无线通信模块均与控制模块相连；压力钢管入孔门处设有第二无线通信模块，上位机通过第二无线通信模块与第一无线通信模块进行通信连接。
【技术特征摘要】
1.一种压力钢管内壁应力测量装置，其特征在于，包括防水应变片、应变数据采集模块及防冲刷装置； 所述防水应变片固定在压力钢管内壁待测点上，采用防水信号线与应变数据采集模块相连，所述防水信号线采用防水胶粘结固定在压力钢管内壁； 所述应变数据采集模块安装在作为防冲刷装置的中空立方体或长方体内； 所述防冲刷装置固定在待测点一侧，内部还固定设有电源、电源开关、控制模块及第一无线通信模块，所述应变数据采集模块、电源、电源开关及第一无线通信模块均与控制模块相连； 压力钢管入孔门处设有第二无线通信模块，上位机通过第二无线通信模块与第一无线通信模块进行通信连接。2.根据权利要求1所述的压力钢管内壁应力测量装置，其特征在于，所述防冲刷装置还包括由中空容器底部沿水流反向延伸的固定底板和调节水流冲击板，所述调节水流冲击板一端转轴连接在中空容器顶部，另一端可动连接在所述固定底板上。3.根据权利要求2所述的压力钢管内壁应力测量装置，其特征在于，所述固定底板通过螺栓固定在压力钢管内壁。4.根据权利要求3所述的压力钢管内壁应力测量装置，其特征在于，所述固定底板为永磁材料底板。5.根据权利要求1-4所述的压力钢管内壁应力测量装置，其特征在于，所述应变片为三向防水应变片。...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐远富，龙毅，刘纯，陈红冬，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。