一种水工闸门与启闭机故障注入装置、系统与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种水工闸门与启闭机故障注入装置，包括水箱、门槽、闸门、造浪机、卷扬提升机、液压站；其中，闸门、门槽装于水箱中前部，卷扬提升机装于门槽顶端，造浪机装于水箱前壁。本发明专利技术还提供一种水工闸门与启闭机故障注入系统，包括上述故障注入装置、传感器组、下位机、上位机，实现对各类故障信息的采集、预处理、状态监测、故障分析。本发明专利技术还提供一种水工闸门与启闭机故障注入方法，包括步骤：由上位机人机交互模块对上述故障注入装置故障注入；下位机对采集的故障信息预处理，并由上位机进行故障分析。本发明专利技术所述一种水工闸门与启闭机故障注入装置、系统及方法具有可靠性高、成本低、故障分析时间短等特点，可广泛应用于水工领域。领域。领域。

【技术实现步骤摘要】
一种水工闸门与启闭机故障注入装置、系统与方法


[0001]本专利技术涉及故障注入技术，特别是涉及一种水工闸门与启闭机故障注入装置、系统与方法。

技术介绍

[0002]水工钢闸门与启闭机作为水工机械装备中的重要组成部分，其在使用过程中的可靠性对于水利水电工程中的止水、泄洪、灌溉等功能的发挥起到至关重要作用。然而，在实际工作中，由于水工闸门与启闭机具有规定寿命长、设计安全裕度高、及启闭频次低等特点，故水工闸门与启闭机在全生命周期内发生故障的频率较低。为了快速了解水工闸门与启闭机在各种故障状态下的响应，以便对其安全性、适用性、耐久性等可靠度指标进行分析与评估，故研究水工闸门与启闭机的故障注入具有重要意义。
[0003]故障注入一般分为实物故障注入和非实物故障注入，两种故障注入都是通过人为方式向目标系统中引入故障，从而使该系统产生错误与失效，与此同时观察和记录故障响应数据，为后续实际系统的测试与验证进行分析。目前，考虑到工程安全和社会影响等方面的原因，无法向实际使用中的水工机械装备注入故障进行测试与试验。
[0004]在现有技术中，尚无法短时间内大量提供水工闸门与启闭机的故障原因与故障数据等问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种可靠性高、成本低、能短时间内大量提供水工闸门与启闭机的故障原因与故障数据的水工闸门与启闭机故障注入装置与方法。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提出的第一技术方案为：
[0007]一种水工闸门与启闭机故障注入装置，包括：水箱箱体、门槽、平面闸门、弧形闸门、3台用于模拟波浪载荷与水体流动的造浪机、2台用于控制与驱动平面闸门启闭的卷扬提升机、用于驱动弧形闸门启闭的液压泵站、电气控制柜；其中，液压泵站、2台卷扬提升机、3台造浪机均连接电气控制柜；
[0008]水箱箱体包括：相互连通的前部水箱、中部水箱、后部水箱，沿着从前到后的方向，前部水箱底面向下倾斜，且前部水箱底面与地面之间的夹角为50
°
；前部水箱前壁内侧上部配置有3台造浪机；后部水箱后侧壁底部安装有出水管；门槽安装于前部水箱与中部水箱之间，前部水箱、门槽、中部水箱之间由螺栓固定，中部水箱与后部水箱之间也由螺栓固定。
[0009]门槽顶端上面由2个第一支架分别固定有1台卷扬提升机，平面闸门两侧可滑动地装设于门槽内；2台卷扬提升机通过穿过导轮、滑块的钢丝绳分别固定连接平面闸门一侧。
[0010]弧形闸门包括：弧形面板、2个三角形支臂、2个液压杆，弧形闸门安装于中部水箱内、平面闸门后侧；靠近后部水箱侧，中部水箱两侧壁上部均向内装设有销轴，2个三角支臂的尖端均通过第二支撑脚固定于对应的销轴上，两个三角支臂尖端的对边侧固定于弧形面板上；中部水箱与后部水箱连接处外侧分别装设有一个第二支架，2个液压杆一端分别固定
于对应的第二支架上，2个液压杆另一端均固定于弧形面板上，2个液压杆还通过各自对应的进油管与出油管连接液压泵站。
[0011]综上所述，本专利技术所述一种水工闸门与启闭机故障注入装置包括水箱、门槽、平面闸门、弧形闸门、卷扬提升机、液压站、造浪机、电气控制柜等组成结构，构成了一个与实际工程应用中的模拟水工闸门与启闭机；卷扬提升机提升或下放安装于门槽里侧的平面闸门，液压站推动或拉动弧形闸门向前或向后旋转，使得水槽里的水流能被截断或顺利流过，并采用造浪机模拟实际水渠中的复杂水况；同时，在平面闸门与弧形闸门打开的情况下，水流能从底面倾斜的水箱中由前向后流动，并从水箱后端设置的排水管中排出。由此可见，本专利技术所述一种水工闸门与启闭机故障注入装置能短时间内可靠地模拟实际工程中的水工闸门与启闭设备工作情况，解决了实际工程中无法采用现有的实际水工闸门与启闭设备进行各种注入实物故障状态下安全性、适用性、耐久性等状态的分析与研究的问题，具有很重要的现实意义。而且，本专利技术所述一种水工闸门与启闭机故障注入装置结构简单，成本也比较低。
[0012]为了达到上述目的，本专利技术提出的第二技术方案为：
[0013]一种水工闸门与启闭机故障注入系统，包括：上述水工闸门与启闭机故障注入装置；用于进行各类故障采集，并将故障采集信息发送至下位机的传感器组，用于对来自传感器组的故障采集信息进行预处理、存储的下位机，用于对下位机发送的经过预处理的故障采集信息进行状态监测、故障分析以及实现工作人员和所述水工闸门与启闭机故障注入装置之间交互的上位机，用于实现下位机与上位机之间通信的通信模块；其中，传感器组包括：应力应变传感器、加速度传感器、位移传感器、倾角传感器、液位传感器、流速传感器、温度传感器、风速传感器、声发射传感器、腐蚀传感器；
[0014]传感器组中各传感器装设于所述水工闸门与启闭机故障注入装置上，各传感器输出端连接下位机输入端，下位机输出端通过通讯模块连接上位机输入端，上位机输出端连接所述水工闸门与启闭机故障注入装置。
[0015]所述电气控制柜还连接传感器组、下位机、上位机。
[0016]综上所述，本专利技术所述本专利技术所述一种水工闸门与启闭机故障注入系统包括所述水工闸门与启闭机故障注入装置、传感器组、下位机、上位机、通信模块，所述水工闸门与启闭机故障注入装置本身能实现实物故障的注入，注入的故障被传感器组采集后发送至下位机，下位机对采集信息进行预处理并存储后，通过通讯模块发送至上位机，上位机对来自下位机的预处理信息进行状态监测与故障分析；同时，本专利技术所述一种水工闸门与启闭机故障注入系统还能实现非实物故障的注入，即，通过上位机的人机界面，可以对所述水工闸门与启闭机故障注入装置进行非实物故障注入，并依次进行上述传感器组的采集、下位机的预处理与存储、上位机的状态监测与故障分析，从而全面地、系统地、完整地解决了现有技术中无法采用现有的实际水工闸门与启闭设备进行各种注入故障状态下安全性、适用性、耐久性等状态的分析与研究的问题，同样具有很重要的现实意义。而且，本专利技术所述一种水工闸门与启闭机故障注入系统的结构也比较简单，成本也比较低。
[0017]为了达到上述目的，本专利技术提出的第三技术方案为：
[0018]一种水工闸门与启闭机故障注入方法，包括如下步骤：
[0019]步骤1、针对上述水工闸门与启闭机故障注入装置，建立其故障发生情景。
[0020]步骤2、在故障发生情景下，构建故障注入策略。
[0021]步骤3、根据已构建的故障注入策略，通过上位机中的人机交互模块对权利要1～5所述的水工闸门与启闭机故障注入装置进行故障注入。
[0022]步骤4、故障注入后，传感器组采集各类原始故障信息，并将各类原始故障信息传输至下位机进行预处理，得到各类预处理故障信息，并存储。
[0023]步骤5、上位机根据从下位机读取的各类预处理故障信息，判定故障注入策略是否完成：如果未完成，则返回步骤2；如果已完成，则执行步骤6。
[0024]步骤6、根据各类预处理故障信息，进行故障分析，实现对上述水工闸门与启闭机故障注入装置的故障注入、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水工闸门与启闭机故障注入装置，其特征在于，所述注入装置包括：水箱箱体、门槽、平面闸门、弧形闸门、3台用于模拟波浪载荷与水体流动的造浪机、2台用于控制与驱动平面闸门启闭的卷扬提升机、用于驱动弧形闸门启闭的液压泵站、电气控制柜；其中，液压泵站、2台卷扬提升机、3台造浪机均连接电气控制柜；水箱箱体包括：相互连通的前部水箱、中部水箱、后部水箱，沿着从前到后的方向，前部水箱底面向下倾斜，且前部水箱底面与地面之间的夹角为50
°
；前部水箱前壁内侧上部配置有3台造浪机；后部水箱后侧壁底部安装有出水管；门槽安装于前部水箱与中部水箱之间，前部水箱、门槽、中部水箱之间由螺栓固定，中部水箱与后部水箱之间也由螺栓固定；门槽顶端上面由2个第一支架分别固定有1台卷扬提升机，平面闸门两侧可滑动地装设于门槽内；2台卷扬提升机通过穿过导轮、滑块的钢丝绳分别固定连接平面闸门一侧；弧形闸门包括：弧形面板、2个三角形支臂、2个液压杆，弧形闸门安装于中部水箱内、平面闸门后侧；靠近后部水箱侧，中部水箱两侧壁上部均向内装设有销轴，2个三角支臂的尖端均通过第二支撑脚固定于对应的销轴上，两个三角支臂尖端的对边侧固定于弧形面板上；中部水箱与后部水箱连接处外侧分别装设有一个第二支架，2个液压杆一端分别固定于对应的第二支架上，2个液压杆另一端均固定于弧形面板上，2个液压杆还通过各自对应的进油管与出油管连接液压泵站。2.根据权利要求1所述的水工闸门与启闭机故障注入装置，其特征在于，所述液压泵站包括：液压马达、电磁阀、油泵、电机、油箱；其中，电磁阀安装于2个液压杆的进油管上。3.根据权利要求1所述的水工闸门与启闭机故障注入装置，其特征在于，所述平面闸门、所述弧形闸门的材料均为钢材、木材或者水弹性材料。4.根据权利要求1所述的水工闸门与启闭机故障注入装置，其特征在于，所述平面闸门两侧与门槽之间、所述弧形闸门两侧与中部水箱对应的侧壁之间均装设有止水橡胶。5.根据权利要求1所述的水工闸门与启闭机故障注入装置，其特征在于，所述弧形闸门启闭高度为0～750毫米，所述平面闸门启闭高度为0～600毫米，所述水箱箱体注水高度0～600毫米。6.一种水工闸门与启闭机故障注入系统，其特征在于，所述注入系统包括：权利要求1～5所述的水工闸门与启闭机故障注入装置；用于进行各类故障采集，并将故障采集信息发送至下位机的传感器组，用于对来自传感器组的故障采集信息进行预处理、存储的下位机，用于对下位机发送的经过预处理的故障采集信息进行状态监测、故障分析以及实现工作人员和所述水工闸门与启闭机故障注入装置之间交互的上位机，用于实现下位机与上位机之间通信的通信模块；其中，传感器组包括：应力应变传感器、加速度传感器、位移传感器、倾角传感器、液位传感器、流速传感器、温度传感器、风速传感器、声发射传感器、腐蚀传感器、视觉传感器；传感器组中各传感器装设于所述水工闸门与启闭机故障注入装置上，各传感器输出端连接下位机输入端，下位机输出端通过通讯模块连接上位机输入端，上位机输出端连接所述水工闸门与启闭机故障注入装置；所述电气控制柜(19)还连接传感器组、下位机、上位机。7.根据权利要求6所述的一种水工闸门与启闭机故障注入系统，其特征在于，所述下位机为：计算机、NI设备或无主机。
8.根据权利要求6所述的一种水工闸门与启闭机故障注入系统，其特征在于，所述状态监测包括：应力应变状态、振动加速度与振动位移状态、腐蚀状态、疲劳裂纹状态、倾角姿态状态、磨损状态、启闭状态、漏渗油状态、环境状态；其中，环境状态包括实时环境温度、实时水位、实时水流流量、实时风速。9.根据权利要求8所述的一种水工闸门与启闭机故障注入系统，其特征在于，所述故障分析的内容包括：平面闸门(6)或弧形闸门(8)的自激、平面闸门(6)或弧形闸门(8)的爬行、平面闸门(6)或弧形闸门(8)的颤抖振动；平面闸门(6)或弧形闸门(8)的卡阻；平面闸门(6)或弧形闸门(8)的倾斜；平面闸门(6)或弧形闸门(8)的应力应变超标；平面闸门(6)或弧形闸门(8)的腐蚀超标；液压泵站欠压或超压；油路回油或堵塞；门前水位过高；平面闸门(6)或弧形闸门(8)的关联部分漏水；卷扬提升机超载；卷扬提升机左右不同步。10.一种水工闸门与启闭机故障注入方法，其特征在于，所述故障注入方法包括如下步骤：步骤1、针对权利要求1～5所述的水工闸门与启闭机故障注入装置，建立其故障发生情景；步骤2、在故障发生情景下，构建故障注入策略；步骤3、根据已构建的故障注入策略，通过上位机中的人机交互模块对权利要求1～5所述的水工闸门与启闭机故障注入装置进行故障注入；步骤4、故障注入后，传感器组采集各类原始故障信息，并将各类原始故障信息传输至下位机进行预处理，得到各类预处理故障信息，并存储；步骤5、上位机根据从下位机读取的各类预处理故障信息，判定故障注入策略是否完成：如果未完成，则返回步骤2；如果已完成，则执行步骤6；步骤6、根据各类预处理故障信息，进行故障分析，实现对权利要求1～5所述的水工闸门与启闭机故障注入装置的故障注入、故障诊断的模拟。11.根据权利要求10所述的水工闸门与启闭机故障注入方法，其特征在于，步骤1中，所述故障发生情景包括：人为指定的权利要求1～5所述的水工闸门与启闭机故障注入装置的故障情景、实际发生的权利要求1～5所述的水工闸门与启闭机故障注入装置的故障情景。12.根据权利要求10或11所述的水工闸门与启闭机故障注入方法，其特征在于，步骤2中，所述故障注入策略包括：弧形闸门、液压站以及弧形闸门与液压站之间关联结果的故障部位与故障特征，平面闸门、卷扬提升机以及平面闸门与卷扬提升机之间关联结果的故障部位与故障特征；其中，弧形闸门、液压站以及弧形闸门与液压站之间关联结果的故障部位与故障特征包括：液压站油泵出口压力故障导致的可能故障特征为液压站超压、液压站欠压、回油堵塞或者弧形闸门漏水，液压站油泵有杆枪压力导致的可能故障特征为液压站超压、液压站欠压、回油堵塞或者弧形闸门漏水，液压站油泵无杆枪压力导致的可能故障特征为液压站超压、液压站欠压、回油堵塞或者弧形闸门漏水，液压站油泵油温故障导致的可能故障特征为液压站超压、液压站欠压或者回油堵塞，液压站电机电压故障导致的可能故障特征为液压站超压、液压站欠压、回油堵塞、弧形闸门漏水或者弧形闸门卡阻，液压站电机电压故障导致的可能故障特征为液压站超压、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张钰奇，铁瑛，付春建，王金磊，申业成，李和林，李凯旋，杨涛，
申请(专利权)人：郑州郑大智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：