水轮机顶盖螺栓监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种水轮机顶盖螺栓监测装置及方法。该装置包括压力传感器、信号调理装置、数据采集装置、现地服务器、现地显示装置和远程监控系统；压力传感器用于设置在螺栓的螺母与顶盖上表面之间，压力传感器能获取螺栓的受力信息，并将螺栓的受力信息转化为模拟电信号；现地服务器能将数字信号处理为螺栓受力数据并储存螺栓受力数据，在螺栓受力数据超过预设值时，现地服务器报警；远程监控系统能够获取螺栓受力数据。不改变螺栓和相关连接部件结构，不降低结构强度和刚度的前提下，能够快速、准确地测得顶盖螺栓受力数据。上述装置现场安装简单快捷，适合于顶盖螺栓受力长期在线监测，可有效保障水轮机关键结构部件的安全。

【技术实现步骤摘要】
水轮机顶盖螺栓监测装置及方法
本专利技术涉及监测装置
，尤其是涉及一种水轮机顶盖螺栓监测装置，以及一种水轮机顶盖螺栓监测方法。
技术介绍
相对于汽轮机，水轮机的工质密度大，流场更加复杂，因此，水轮机的转轮室受力异常复杂。顶盖是水轮机的重要部件，主要起到固定导水机构，承受轴向载荷的作用。复杂变幅载荷使其联接螺栓力学强度和疲劳强度受到严峻考验。顶盖联接螺栓一般为双头螺柱，双头螺柱中心设置预紧量测量孔，现场预紧通常通过测量螺栓伸长量确定。目前水轮机顶盖联接螺栓的设计中，只单独对螺栓受静载荷作用下的强度进行校核，没有考虑交变载荷作用在联接件上对螺栓所受应力状态产生的影响。现场通常直接监测螺栓振动值，以振动值作为评判能否安全运行的依据，无有效手段对顶盖联接螺栓受力进行监测，无法全面反映顶盖螺栓动态特性。国内外最近几年也有部分水电机组因为顶盖螺栓断裂而出现水淹厂房的重大事故，如俄罗斯的萨杨水电站。专利技术专利“一种用于监测螺栓连接动态受力状况的智能螺栓装置(公开号：CN106402124A)”利用超声波监测粘贴到螺栓上的压电陶瓷片变化测量螺栓的受力变化。专利技术专利“螺栓的监测系统(公开号：CN206177497U)”在螺栓头部粘贴陶瓷片，利用超声波传感器测量螺栓在轴向伸长时的受力变化。专利技术专利“一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器及方法(公开号：CN104089729B)”，通过在普通螺栓单螺杆左右两侧分别开置细长的凹槽，在凹槽内各植入一个微型光栅式传感器，信号由光纤引出后穿过螺帽相应位置开的小孔从螺帽顶面引出，对螺栓的受力状态进行远程实时监控。专利技术专利“测力螺栓(公开号：CN106706189A)”在螺栓头部钻孔，然后在孔中封装应变计，通过应变计的变化测量螺栓受力。从已有专利检索结果来看，目前的螺栓受力监测方法可以分为三类，一类是在螺栓上粘贴陶瓷片，利用超声波在介质中传播的时间差来测量，此类测量方法可实现无损监测，但由于超声波器件对环境的要求相对较高，在长期的监测过程中，超声波器件寿命较差，且其响应速度较低，不适合于水电站顶盖螺栓成年累月的在线监测。第二类方法是在螺栓中打孔，孔中安装应变计或者光纤传感器，此种方法测量螺栓受力的相应速度好，精度高，但在螺栓中开孔将降低螺栓的强度，在已经安装好的设备中，很难评估其对螺栓安全性的影响，所以并不适合于水电站这种已经安装好的设备。第三类方法是通过在压紧螺栓上套装压电式传感器，但此类传感器无法长期稳定使用。对于水电站顶盖螺栓这种已经安装好设备的受力的长期在线监测必须寻找合适的方法，既不降低原有结构的强度，又适合于长年累月的在线监测，且响应速度和精度也较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种水轮机顶盖螺栓监测装置，以解决现有技术中的螺栓监测装置破坏螺栓强度且难以长期监测的技术问题。本专利技术提供的水轮机顶盖螺栓监测装置，包括压力传感器、信号调理装置、数据采集装置、现地服务器、现地显示装置和远程监控系统；所述压力传感器、所述信号调理装置、所述数据采集装置和所述现地服务器依次连接，所述现地显示装置和所述远程监控系统分别与所述现地服务器连接；所述压力传感器用于设置在螺栓的螺母与顶盖上表面之间，所述压力传感器能够获取螺栓的受力信息，并将螺栓的受力信息转化为模拟电信号；所述信号调理装置能够接收模拟电信号，并将模拟电信号进行调理和放大；所述数据采集装置能够将放大的模拟电信号转化为数字信号；所述现地服务器能够将数字信号处理为螺栓受力数据并储存螺栓受力数据，在螺栓受力数据超过预设值时，所述现地服务器报警；所述现地显示装置能够获取并显示螺栓受力数据；所述远程监控系统能够获取螺栓受力数据。进一步地，所述压力传感器采用中空环形结构垫圈式传感器，所述压力传感器为应力应变式压力传感器，且所述压力传感器的材质为不锈钢。进一步地，所述压力传感器为多个，多个所述压力传感器分别与所述信号调理装置连接，每个所述压力传感器分别设置在一个螺栓上。进一步地，所述信号调理装置能够将模拟电信号调理为4－20mA电流信号、0－10V模拟信号、±5V模拟信号或±10V模拟信号，所述信号调理装置的转换电路为全模拟电路，且所述信号调理装置具有滤波功能。进一步地，所述数据采集装置的采样频率大于或等于1kHz，所述数据采集装置的通道数大于或等于4，所述数据采集装置的分辨率大于或等于12bit，所述数据采集装置具有单端和差分输入功能，所述数据采集装置具有USB接口或PCI接口，所述数据采集装置内置抗混叠滤波器。进一步地，所述预设值为0.8倍的螺栓许用强度；在螺栓受力数据与水轮机组的故障值相同时，所述现地服务器报警，所述现地服务器的报警方式采用声光电报警。进一步地，所述显示装置采用液晶显示器，且所述显示装置具有触摸功能；所述远程监控系统通过交换机采用工业以太网协议与现地服务器进行通讯。本专利技术的目的还在于提供一种水轮机顶盖螺栓监测方法，包括以下步骤：压力传感器获取螺栓的受力信息，并将螺栓的受力信息转化为模拟电信号；信号调理装置接收模拟电信号，并将模拟电信号进行调理和放大；数据采集装置将放大的模拟电信号转化为数字信号；现地服务器将数字信号处理为螺栓受力数据并储存螺栓受力数据，在螺栓受力数据超过预设值时，现地服务器报警；现地显示装置获取并显示螺栓受力数据；所述远程监控系统获取螺栓受力数据。进一步地，所述现地服务器采用时域分析方法和频域分析方法对数字信号进行处理和存储。进一步地，时域分析方法包括：有效值分析、峰值分析、峭度分析和裕度分析；频域分析方法包括：频谱分和功率谱分析。本专利技术提供的水轮机顶盖螺栓监测装置，压力传感器设置在螺栓的螺母与顶盖上表面之间，不改变螺栓和相关连接部件结构，不降低结构强度和刚度的前提下，能够快速、准确地测得顶盖螺栓受力数据。现场安装简单快捷，适合于顶盖螺栓受力长期在线监测，可有效保障水轮机关键结构部件的安全。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的水轮机顶盖螺栓监测装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的水轮机顶盖螺栓监测装置中压力传感器的装配图。图标：1－压力传感器；2－信号调理装置；3－数据采集装置；4－现地服务器；5－现地显示装置；6－交换机；7－远程监控系统；8－螺栓；9－顶盖。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，如出现术语本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水轮机顶盖螺栓监测装置，其特征在于，包括压力传感器、信号调理装置、数据采集装置、现地服务器、现地显示装置和远程监控系统；所述压力传感器、所述信号调理装置、所述数据采集装置和所述现地服务器依次连接，所述现地显示装置和所述远程监控系统分别与所述现地服务器连接；所述压力传感器用于设置在螺栓的螺母与顶盖上表面之间，所述压力传感器能够获取螺栓的受力信息，并将螺栓的受力信息转化为模拟电信号；所述信号调理装置能够接收模拟电信号，并将模拟电信号进行调理和放大；所述数据采集装置能够将放大的模拟电信号转化为数字信号；所述现地服务器能够将数字信号处理为螺栓受力数据并储存螺栓受力数据，在螺栓受力数据超过预设值时，所述现地服务器报警；所述现地显示装置能够获取并显示螺栓受力数据；所述远程监控系统能够获取螺栓受力数据。

【技术特征摘要】
1.一种水轮机顶盖螺栓监测装置，其特征在于，包括压力传感器、信号调理装置、数据采集装置、现地服务器、现地显示装置和远程监控系统；所述压力传感器、所述信号调理装置、所述数据采集装置和所述现地服务器依次连接，所述现地显示装置和所述远程监控系统分别与所述现地服务器连接；所述压力传感器用于设置在螺栓的螺母与顶盖上表面之间，所述压力传感器能够获取螺栓的受力信息，并将螺栓的受力信息转化为模拟电信号；所述信号调理装置能够接收模拟电信号，并将模拟电信号进行调理和放大；所述数据采集装置能够将放大的模拟电信号转化为数字信号；所述现地服务器能够将数字信号处理为螺栓受力数据并储存螺栓受力数据，在螺栓受力数据超过预设值时，所述现地服务器报警；所述现地显示装置能够获取并显示螺栓受力数据；所述远程监控系统能够获取螺栓受力数据。2.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓监测装置，其特征在于，所述压力传感器采用中空环形结构垫圈式传感器，所述压力传感器为应力应变式压力传感器，且所述压力传感器的材质为不锈钢。3.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓监测装置，其特征在于，所述压力传感器为多个，多个所述压力传感器分别与所述信号调理装置连接，每个所述压力传感器分别设置在一个螺栓上。4.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓监测装置，其特征在于，所述信号调理装置能够将模拟电信号调理为4－20mA电流信号、0－10V模拟信号、±5V模拟信号或±10V模拟信号，所述信号调理装置的转换电路为全模拟电路，且所述信号调理装置具有滤波功能。5.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一可，张承强，张婧妍，黄尧，王青华，李冬冬，冯波，
申请(专利权)人：上海安乃基能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31