[发明专利]水电机组无线应力测试仪

说明书

技术领域

本发明涉及水力发电机的测试设备，特别是一种水电机组无线应力测试仪。

背景技术

水电机组中水轮机是重要的能量转换动力装置，水轮机转轴和主轴是重要的水下和水上旋转部件。由于水力不稳定流场的作用及转轮叶片的几何形状复杂，水轮机所承受的载荷十分复杂，水轮机叶片上除了水流产生的离心力和压力载荷外，还受到压力脉动和尾水管内部各种不稳定水力动载荷，及各种机械和电磁力导致的动载荷的综合作用。因而叶片很容易产生复杂的动应力，引起叶片振动和裂纹等疲劳破坏。在分析起原因时，需要研究转轮动态特征，分析转轮在水中的动态特征。如果机组改造后出力增加，各种应力相应也会发生较大变化。因此应力是水力机械的运行稳定性一个十分重要的指标，也是评价机组设计可靠性的重要指标。

应力测量一直是分析水轮发电机组旋转部件以及转轮叶片裂纹的重要手段，通过对各个工况下主轴以及转轮叶片应力变化的测量，分析主轴受力及转轮裂纹产生的原因。这不仅能验证主轴和转轮的应力和其破坏的相互关系；此外还能通过监测应力或移位的变异来研究机组轴系以及转轮结构有否损坏或潜在损坏。另外，应力测量还可应用到机组其他结构的测量上面，从而成为实现机组状态检修、预防事故发生的必不可少的手段。对保证水电机组的安全经济运行，合理的进行检修决策有着重要的实际意义。现有技术中的应力测试装置存在以下缺点：

1.应力测试中信号传输一般为有线传输方式，由于布线不方便，且危险性较强，使得水电机组很多部件的应力测量不能实现；

2.应力测试装置大多属于体积大，分析方法简单或是精度低；

3.一般都是用于水电机组固定部件的测量，对于转动部件特别是水轮机关键部件的转轮和主轴的应力测量现在还没有好的手段。这些部件由于旋转的原因只能采用离线式记录装置进行事后数据分析，但由于机组工况变化的复杂性以及机组调度的非随意性，进行试验的工作效率十分低下，甚至有十几天的工作都白费的情况发生，这在一些关键工程中是相当大的人力物力损失。

4.普通的无线传输由于错码率高、缺乏网络协议层控制等技术手段，只能用来传输非实时的测量结果，这对于复杂的多通道分析来说是无法胜任的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可操作方便、测试效率高、精度高、可对运动部件进行在线实时测量的用于测量水电机组无线应力测试仪。

所述水电机组无线应力测试仪至少包括一个用于信号采集、处理、存储的下位分布式采集系统及一个用于信号传送的上、下位无线信号传输器；该下位分布式采集系统包括一个用于电压电流变换、滤波、克服信号漂移、进行光电隔离、静电屏蔽及多级放大的信号调理器、一个用于处理信号调理器输出信号并包括了A/D转换、数据存储、和信号无线传输的下位主控制器及一个精密电源；信号调理器设有用于去除噪声、并进行放大，然后进行调零和稳波处理的应变电桥，应变电桥的输入桥臂设置在待测水轮电机上，其输出端与开关电容隔离电路的输入端相连，开关电容隔离电路的输出端与斩波稳零放大电路的输入端相连，斩波稳零放大电路的输出端与仪用放大器的输入端相连，仪用放大器的输出端与低通滤波器的输入端相连，低通滤波器的输出端与下位主控制器中的A/D转换及信号处理器的数据口相连；下位分布式采集系统通过下位无线传输器的发射器与上位主控制器中上位无线传输器的接收器无线数据通讯连接并同时将所传输的数据存于存储器。

所述下位主控制器上设置有海量存储器，存储器的存储容量为1～10G，上位主控制器通过USB接口与上位计算机连接。

上位无线信号传输器上还设有环形接收天线，此环形接收天线设置在测试现场被测旋转体的外围，环形接收天线接受下位无线信号传输器传送的无线信号。所述上、下位无线传输器内均设有无线发送模块及无线接收模块。无线发送模块及无线接收模块采用工作在公用的ISM频段的RF433MHZ模块。

所述精密电源为精密恒流源或恒压源，它包括锂电池、电源开关、稳压处理单元、电源输出单元；其中电源开关通过下位无线传输器接受上位主控制器或上位计算机开、闭指令进行开、闭以使精密电源间断运行节省电池。

所述稳压处理单元包括去噪处理单元、低噪声低温电源基准V/I变换及扩流单元。

本发明的无线机组监测平台可以提供128Kbps的实时无差错无线传输能力，可以方便的接入主轴应变、转轮叶变动应变、旋转部件特定点加速度、声音、压力脉动等测点，并且可以在线控制实验进程，极大地提高了测试效率，为研究机组故障与优化设计提供了新的手段。