一种水电站压力钢管闷头运行监测和安全预警方法技术

本发明专利技术公开了一种水电站压力钢管闷头运行监测和安全预警方法，属于水电站安全监测领域，包括以下步骤：S1、收集水电站压力钢管闷头数据，根据收集的数据确定闷头薄弱部位；S2、根据闷头薄弱部位设置漏水检测传感器、第一应变传感器和第二应变传感器，并实时采集闷头漏水值、闷头应变值和闷头伸长值；S3、对压力钢管充水，获取有限元模型输出的理论应变值，判断理论应变值与闷头应变值或闷头伸长值的变化趋势、数量级是否一致；若是，则计算最大水锤压力值，并进入S4，若否，则返回S1；S4、根据最大水锤压力值设置应变力预警值，设置漏水值预警值，根据应变力预警值与漏水值预警值进行压力钢管闷头运行的监测和预警。管闷头运行的监测和预警。管闷头运行的监测和预警。

【技术实现步骤摘要】
一种水电站压力钢管闷头运行监测和安全预警方法


[0001]本专利技术属于水电站安全监测领域，具体涉及一种水电站压力钢管闷头运行监测和安全预警方法。

技术介绍

[0002]对于“一管多机”的水电站，机组主阀检修时，为不影响其他机组的正常运行，需对检修机组的压力钢管进行封堵，封堵设备即为闷头。闷头通常设计为半球形，外缘焊接法兰，采用螺栓与压力钢管连接，闷头通常采用锻造或铸造的方式成型，需满足足够的强度。闷头事故主要可分为两种类型，一是闷头材料强度不足，在运行过程中，受水压波动，结构形变增大达到临界值，导致破裂，二是闷头制造过程中，制造工艺不到位，尤其是焊口处理存在缺陷，受水压作用，首先出现裂口，随着裂口发展，导致破裂。闷头是隔绝有压水源与厂房的最后一道屏障，一旦发生破裂，可能造成严重的水淹厂房事故，尤其是检修期间，厂房内存在检修作业，水淹厂房极易导致恶性的人身伤亡事故，因此有必要采取措施，对闷头的运行状态进行监测，并在闷头工作异常时，及时预警，为人员疏散、有压水源卸载争取宝贵的时间，避免出现恶性的水淹厂房事故。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种水电站压力钢管闷头运行监测和安全预警方法解决了水电站安装和检修过程时压力钢管闷头的监测缺位的问题。
[0004]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种水电站压力钢管闷头运行监测和安全预警方法，包括以下步骤：
[0005]S1、收集水电站压力钢管闷头数据，根据收集的数据确定闷头薄弱部位；/>[0006]S2、根据闷头薄弱部位设置漏水检测传感器、第一应变传感器和第二应变传感器，并实时采集闷头漏水值、闷头应变值和闷头伸长值；
[0007]S3、对压力钢管充水，获取有限元模型输出的理论应变值，判断理论应变值与闷头应变值或闷头伸长值的变化趋势、数量级是否一致；若是，则计算最大水锤压力值，并进入S4，若否，则返回S1；
[0008]S4、根据最大水锤压力值设置应变力预警值，设置漏水值预警值，根据应变力预警值与漏水值预警值进行压力钢管闷头运行的监测和预警。
[0009]进一步地：所述S1中，水电站压力钢管闷头数据包括压力钢管水压数据、闷头材料和闷头尺寸；
[0010]所述S1包括以下分步骤：
[0011]S11、收集压力钢管水压数据、闷头材料和闷头尺寸；
[0012]S12、根据收集的压力钢管水压数据、闷头材料和闷头尺寸开展有限元建模，并进行受力分析，确定闷头薄弱部位。
[0013]进一步地：所述S12具体为：
[0014]根据收集的压力钢管水压数据、闷头材料和闷头尺寸建立模型，将直管段延长，在闷头的内表面施加空载、充水满载和最大压力三种工况下计算均布压强，设置直管延长部分端部节点全约束，并在直管延长部分对称面节点施加对称约束，提取闷头剪切应变等效应力(mises等效应力)、最大主应力和环向应力，在闷头上取若干个均匀分布的关键点，分别提取闷头在关键点处的内、中、外面的应力值，将提取的最大应力值部位作为闷头薄弱部位。
[0015]进一步地：所述S2中，所述漏水检测传感器设置于闷头薄弱部位下方的漏水槽中，且漏水检测传感器不少于两个；
[0016]所述第一应变传感器设置于与闷头连接的压力钢管的侧面；
[0017]所述第二应变传感器设置于压力钢管与闷头法兰的四个方面，且每个方面安装的第二应变传感器不少于一个。
[0018]进一步地：所述S3中，最大水锤压力值包括闷头应变值对应的压力钢管最大水锤压力和闷头伸长值对应的压力钢管最大水锤压力。
[0019]进一步地：所述闷头应变值对应的压力钢管最大水锤压力ε
max1
的表达式具体为：
[0020]ε
max1
＝K1·
p
max1
[0021]式中，K1为材料应变值与承受的压力的第一关系系数，p
max1
为采集的闷头应变值的最大值。
[0022]进一步地：所述闷头伸长值对应的压力钢管最大水锤压力ε
max2
的表达式具体为：
[0023]ε
max2
＝K2·
p
max2
[0024]式中，K2为材料应变值与承受的压力的第二关系系数，p
max2
为采集的闷头伸长值的最大值。
[0025]进一步地：所述S4中，应变力预警值包括闷头应变预警上下限和螺栓伸长预警上下限，设置闷头应变预警上下限值和螺栓伸长预警上下限的方法相同，其中，设置闷头应变预警上下限值的方法具体为：
[0026]根据闷头应变值对应的压力钢管最大水锤压力设置闷头应变预警上限值，根据压力钢管正常运行时采集的闷头应变值设置闷头应变预警下限值。
[0027]进一步地：所述闷头应变预警上限值y
max1
的表达式具体为：
[0028]y
max1
＝1.1
·
ε
max1
[0029]所述闷头应变预警下限值y
min1
的表达式具体为：
[0030]y
min1
＝0.8
·
ε
[0031]式中，ε为压力钢管正常运行时采集的闷头应变值。
[0032]进一步地：所述S4具体为：
[0033]实时采集闷头漏水值、闷头应变值和闷头伸长值，若连续采集的集闷头漏水值、闷头应变值和闷头伸长值的变化量超过设定阈值时，则发出数据异常的预警，若闷头漏水值超过漏水值预警值，则发出漏水的预警；若闷头应变值不在闷头应变预警上下限内，则发出闷头应变值的预警；若闷头伸长值不在螺栓伸长预警上下限内，则发出螺栓伸长的预警。
[0034]本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种水电站压力钢管闷头运行监测和安全预警方法，运用多源信息融合，首先通过收集闷头材料参数和压力钢管运行参数，有限元建模，然后通过计算结果确定薄弱部位，同步在压力钢管与闷头联接螺栓的两侧法兰侧面安
装应变计、在闷头下部安装漏水检测器，并测试漏水检测器准确性和灵敏度，随后压力钢管缓慢充水，充水过程校核应变与压力的关系，最后按照预设报警逻辑设置报警参数开展监测，通过上述的运行监测和预警方法，解决水电站安装和检修过程时压力钢管闷头的监测缺位，在闷头发生故障前，提前预警，为人员疏散、有压水源卸载争取宝贵的时间，避免造成水淹厂房等恶性生产事故。
附图说明
[0035]图1为本专利技术一种水电站压力钢管闷头运行监测和安全预警方法流程图。
[0036]图2为本专利技术运行监测和预警逻辑示意图。
具体实施方式
[0037]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水电站压力钢管闷头运行监测和安全预警方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、收集水电站压力钢管闷头数据，根据收集的数据确定闷头薄弱部位；S2、根据闷头薄弱部位设置漏水检测传感器、第一应变传感器和第二应变传感器，并实时采集闷头漏水值、闷头应变值和闷头伸长值；S3、对压力钢管充水，获取有限元模型输出的理论应变值，判断理论应变值与闷头应变值或闷头伸长值的变化趋势、数量级是否一致；若是，则计算最大水锤压力值，并进入S4，若否，则返回S1；S4、根据最大水锤压力值设置应变力预警值，设置漏水值预警值，根据应变力预警值与漏水值预警值进行压力钢管闷头运行的监测和预警。2.根据权利要求1所述的水电站压力钢管闷头运行监测和安全预警方法，其特征在于，所述S1中，水电站压力钢管闷头数据包括压力钢管水压数据、闷头材料和闷头尺寸；所述S1包括以下分步骤：S11、收集压力钢管水压数据、闷头材料和闷头尺寸；S12、根据收集的压力钢管水压数据、闷头材料和闷头尺寸开展有限元建模，并进行受力分析，确定闷头薄弱部位。3.根据权利要求2所述的水电站压力钢管闷头运行监测和安全预警方法，其特征在于，所述S12具体为：根据收集的压力钢管水压数据、闷头材料和闷头尺寸建立模型，将直管段延长，在闷头的内表面施加空载、充水满载和最大压力三种工况下计算均布压强，设置直管延长部分端部节点全约束，并在直管延长部分对称面节点施加对称约束，提取闷头剪切应变等效应力、最大主应力和环向应力，在闷头上取若干个均匀分布的关键点，分别提取闷头在关键点处的内、中、外面的应力值，将提取的最大应力值部位作为闷头薄弱部位。4.根据权利要求1所述的水电站压力钢管闷头运行监测和安全预警方法，其特征在于，所述S2中，所述漏水检测传感器设置于闷头薄弱部位下方的漏水槽中，且漏水检测传感器不少于两个；所述第一应变传感器设置于与闷头连接的压力钢管的侧面；所述第二应变传感器设置于压力钢管与闷头法兰的四个方面，且每个方面安装的第二应变传感器不少于一个。5.根据权利要求3所述的水电站压力钢管闷头运行监测和安全预警方法，其特征在于，所述S3中，最大水锤压力值包括闷头应变值对应的压力钢管最大水锤压力和闷头伸长值对应的压力钢管最大水锤压力。6.根据权利要求5所述的水电站压力钢管闷头运行监测和安全预警方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：武彬，郝亚鹏，李天智，金恩华，
申请(专利权)人：国能大渡河猴子岩发电有限公司，
类型：发明
国别省市：