支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多频多角度纵波的支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法及系统。本发明专利技术的方法包括步骤：选择零应力状态的支柱瓷绝缘子；设置超声扫查直探头组的位置；设置超声斜探头组的位置；读取纵波飞行时间；计算纵波声速；重复实验得到多组纵波飞行时间；绘制应力－纵波飞行时间曲线，得到拟合曲线斜率；计算应力标定系数；对服役状态的支柱瓷绝缘子进行检测，计算应力值；对绝缘子进行周向扫描，得到多组应力数据；标记中性面；计算弯曲剪应力与扭转应力的合成应力；计算弯曲应力。本发明专利技术可以实现工程现场实际使用的绝缘子存在正应力、剪切应力、扭转应力合成的复杂弯曲应力状态的一次性测量，可以有效地识别支柱绝缘子的应力集中区域。的应力集中区域。的应力集中区域。

【技术实现步骤摘要】
支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法及系统


[0001]本专利技术属于支柱瓷绝缘子应力检测领域，特别是一种基于多频多角度纵波的支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法及系统。

技术介绍

[0002]支柱瓷绝缘子在送变电设备中起着支撑和绝缘的作用。工作状态下的支柱瓷绝缘子会受到来自管母线与外界环境的弯曲应力，当弯曲应力超过绝缘子机械强度时，往往会引发接地故障，造成电网事故，因此开发一种能够对支柱瓷绝缘子的弯曲应力测量的方法迫在眉睫。
[0003]支柱瓷绝缘子的弯曲应力是由拉应力、压应力以及扭转应力等多种应力形式的集合，传统的应力测量方法如电阻应变仪法、应变片法等无法对绝缘子内部的多种应力形式进行测量，因而无法准确表征弯曲应力，支柱瓷绝缘子弯曲应力尚无有效的检测手段。
[0004]基于声弹性效应的超声波应力检测已经被成熟的应用于金属材料表面和内部的正应力测量，但是对支柱瓷绝缘子的弯曲应力测量还没有很好的解决方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种能够有效检测支柱瓷绝缘子弯曲应力的方法及系统，其利用多组频率和多组角度的纵波进行组合测量，实现支柱瓷绝缘子应力状态的定期检验，以保证支柱瓷绝缘子安全服役，为保障电网安全运行提供支撑。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的一种技术方案如下：支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法，其包括以下步骤：
[0007]S1.选取无表面和内部缺陷的支柱瓷绝缘子，水平固定于绝缘子拉伸试验机，并使其处于初始零应力状态；
[0008]S2.将两组不同频率的主声束为0
°
纵波的超声波直探头组固定在支柱瓷绝缘子底部法兰与第一伞裙之间的瓷柱圆周面上，且第一直探头组和第二直探头组中的激励探头与接收探头以180
°
的夹角分别置于瓷柱圆周面的两侧，第一直探头组和第二直探头组的声传播路径相互垂直；
[0009]S3.将两组不同频率的主声束为90
°
纵波的超声波斜探头组固定在支柱瓷绝缘子底部法兰与第一伞裙之间的瓷柱圆周面上，且保持第一斜探头组和第二斜探头组中的激励探头与接收探头位于同侧位置，且声传播路径与绝缘子轴线相互平行；
[0010]S4.根据所有接收探头得到的纵波时域波形，读取纵波的飞行时间，记录第一斜探头组得到的纵波飞行时间为记录第一直探头组得到的纵波飞行时间为记录第二斜探头组得到的纵波飞行时间为记录第二直探头组得到的超声纵波飞行时间为
[0011]S5.根据速度等于距离除以飞行时间的原理，计算零应力状态下各个探头组激发
的纵波声速，分别记为
[0012]S6.利用拉伸试验机对绝缘子进行单轴应力拉伸加载，应力加载梯度ΔF＝4
‑
6KN，，重复步骤S4和S5，得到每次加载结束后的纵波飞行时间，记为
[0013]S7.对得到的四组声速数据，分别绘制应力
‑
纵波飞行时间曲线，并对得到的曲线进行线性回归计算，得到拟合斜率
[0014]S8.利用公式计算得到不同超声频率下，超声纵波平行于应力方向与垂直于应力方向时的声弹性效应力标定系数即即
[0015]S9.对服役状态的支柱瓷绝缘子进行检测，将第一斜探头组与第二斜探头组安装在待测支柱瓷绝缘子的底端法兰与第一伞裙之间，得到服役状态下不同频率的第一斜探头组和第二斜探头组测得的绝缘子各个角度的纵波在激励与接收探头之间的飞行时间带入以下方程组进行计算得到支柱瓷绝缘子的弯曲主应力σ1、支柱瓷绝缘子的弯曲剪应力σ2；
[0016][0017]S10.以第一斜探头组所在的位置为原点，以θ角度为步进，重复将第一斜探头组和第二斜探头组旋转一周，每次旋转将探头组接收的时域信号，按照步骤S9进行完全主应力和弯曲剪应力计算并保存；
[0018]S11.从保存的应力数据中得到弯曲主应力σ1绝对值的最小值，以及最小值所对应的方位角区域，记录为弯曲中性面；
[0019]S12.将第一直探头组放置到弯曲中性面位置，记录对穿的超声纵波时域信号，得到该位置的纵波声速其中r为支柱瓷绝缘子的半径，t为纵波在直探头组激励与接收探头之间的飞行时间，计算得到支柱瓷绝缘子弯曲剪应力与扭转应力的合成应力σ
τmax
[0020][0021]S13.通过弯曲主应力、弯曲剪应力与扭转应力的合成应力计算得到支柱瓷绝缘子周向各个位置的弯曲应力值
[0022][0023]结合位置信息得到支柱瓷绝缘子沿周向分布的弯曲应力图。
[0024]本专利技术采用的另一种技术方案为：支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测系统，其包括：
[0025]支柱瓷绝缘子选取单元：选取无表面和内部缺陷的支柱瓷绝缘子，水平固定于绝缘子拉伸试验机，并使其处于初始零应力状态；
[0026]直探头组位置设置单元：将两组不同频率的主声束为0
°
纵波的超声波直探头组固定在支柱瓷绝缘子底部法兰与第一伞裙之间的瓷柱圆周面上，且第一直探头组和第二直探头组中的激励探头与接收探头以180
°
的夹角分别置于瓷柱圆周面的两侧，第一直探头组和第二直探头组的声传播路径相互垂直；
[0027]斜探头组位置设置单元：将两组不同频率的主声束为90
°
纵波的超声波斜探头组固定在支柱瓷绝缘子底部法兰与第一伞裙之间的瓷柱圆周面上，且保持第一斜探头组和第二斜探头组中的激励探头与接收探头位于同侧位置，且声传播路径与绝缘子轴线相互平行；
[0028]纵波飞行时间读取单元：根据所有接收探头得到的纵波时域波形，读取纵波的飞行时间，记录第一斜探头组得到的纵波飞行时间为记录第一直探头组得到的纵波飞行时间为记录第二斜探头组得到的纵波飞行时间为记录第二直探头组得到的超声纵波飞行时间为
[0029]纵波声速计算单元：根据速度等于距离除以飞行时间的原理，计算零应力状态下各个探头组激发的纵波声速，分别记为
[0030]多组纵波飞行时间获取单元：利用拉伸试验机对绝缘子进行单轴应力拉伸加载，应力加载梯度ΔF＝4
‑
6KN，，重复纵波飞行时间读取单元和纵波声速计算单元，得到每次加载结束后的纵波飞行时间，记为
[0031]应力
‑
纵波飞行时间曲线绘制单元：对得到的四组声速数据，分别绘制应力
‑
纵波飞行时间曲线，并对得到的曲线进行线性回归计算，得到拟合斜率
[0032]应力标定系数计算单元：利用公式计算得到不同超声频率下，超声纵波平行于应力方向与垂直于应力方向时的声弹性效应力标定系数
[0033]服役绝缘子应力计算单元：对服役状态的支柱瓷绝缘子进行检测，将第一斜探头组与第二斜探头组安装在待测支柱瓷绝缘子的底端法兰与第一伞裙之间，得到服役状态下不同频率的第一斜探头组和第二斜探头组测得的绝缘子各个角度的纵波在激励与接收探头之间的飞行时间带入以下方程组进行计算得到支柱瓷绝缘子的弯曲主应力σ1、支柱瓷绝缘子的弯曲剪应力σ2；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.选取无表面和内部缺陷的支柱瓷绝缘子，水平固定于绝缘子拉伸试验机，并使其处于初始零应力状态；S2.将两组不同频率的主声束为0
°
纵波的超声波直探头组固定在支柱瓷绝缘子底部法兰与第一伞裙之间的瓷柱圆周面上，且保持第一直探头组和第二直探头组中的激励探头与接收探头以180
°
的夹角分别置于瓷柱圆周面的两侧，第一直探头组和第二直探头组的声传播路径相互垂直；S3.将两组不同频率的主声束为90
°
纵波的超声波斜探头组固定在支柱瓷绝缘子底部法兰与第一伞裙之间的瓷柱圆周面上，且保持第一斜探头组和第二斜探头组中的激励探头与接收探头位于同侧位置，且声传播路径与绝缘子轴线相互平行；S4.根据所有接收探头得到的纵波时域波形，读取纵波的飞行时间，记录第一斜探头组得到的纵波飞行时间为记录第一直探头组得到的纵波飞行时间为记录第二斜探头组得到的纵波飞行时间为记录第二直探头组得到的超声纵波飞行时间为S5.根据速度等于距离除以飞行时间的原理，计算零应力状态下各个探头组激发的纵波声速，分别记为S6.利用拉伸试验机对绝缘子进行单轴应力拉伸加载，应力加载梯度ΔF＝4
‑
6KN，重复步骤S4和S5，得到每次加载结束后的纵波飞行时间，记为S7.对得到的四组声速数据，分别绘制应力
‑
纵波飞行时间曲线，并对得到的曲线进行线性回归计算，得到拟合斜率S8.利用公式计算得到不同超声频率下，超声纵波平行于应力方向与垂直于应力方向时的声弹性效应力标定系数即即S9.对服役状态的支柱瓷绝缘子进行检测，将第一斜探头组与第二斜探头组安装在待测支柱瓷绝缘子的底端法兰与第一伞裙之间，得到服役状态下不同频率的第一斜探头组和第二斜探头组测得的绝缘子各个角度的纵波在激励与接收探头之间的飞行时间带入以下方程组进行计算得到支柱瓷绝缘子的弯曲主应力σ1、支柱瓷绝缘子的弯曲剪应力σ2；
S10.以第一斜探头组所在的位置为原点，以θ角度为步进，重复将第一斜探头组和第二斜探头组旋转一周，每次旋转将探头组接收的时域信号，按照步骤S9进行完全主应力和弯曲剪应力计算并保存；S11.从保存的应力数据中得到弯曲主应力σ1绝对值的最小值，以及最小值所对应的方位角区域，记录为弯曲中性面；S12.将第一直探头组放置到弯曲中性面位置，记录对穿的超声纵波时域信号，得到该位置的纵波声速其中r为支柱瓷绝缘子的半径，t为纵波在直探头组激励与接收探头之间的飞行时间，计算得到支柱瓷绝缘子弯曲剪应力与扭转应力的合成应力σ
τmax
S13.通过弯曲主应力、弯曲剪应力与扭转应力的合成应力计算得到支柱瓷绝缘子周向各个位置的弯曲应力值各个位置的弯曲应力值结合位置信息得到支柱瓷绝缘子沿周向分布的弯曲应力图。2.根据权利要求1所述的支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法，其特征在于，第一斜探头组和第一直探头组的超声频率范围为5
‑
10MHz，第二斜探头组和第二直探头组的超声频率范围为1
‑
2.5MHz。3.根据权利要求1所述的支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法，其特征在于，第一斜探头组和第二斜探头组的探头间距d按探头前沿位置测量时，不超过5mm。4.根据权利要求1所述的支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法，其特征在于，第一斜探头组和第二斜探头组做周向扫查时，步进的角度θ不超过10
°
。5.支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测系统，其特征在于，包括：支柱瓷绝缘子选取单元：选取无表面和内部缺陷的支柱瓷绝缘子，水平固定于绝缘子拉...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洲峰，赵越，张杰，罗宏建，周进，陈小林，邹君文，鲁旷达，裘吕超，徐冬梅，孙庆峰，陈胤桢，周桢，金江舟，徐强，张俊，
申请(专利权)人：浙江省电力锅炉压力容器检验所有限公司，
类型：发明
国别省市：