[发明专利]一种联轴螺栓的实时应力监测系统及安全系数检测方法

权利要求书

1.一种联轴螺栓的安全系数检测方法，其特征在于：采用实时应力监测系统进行安全系数检测；实时应力监测系统包括水轮发电机组，所述水轮发电机组包括连轴螺栓本体和水轮机护盖，其特征在于：还包括供电单元、应力传感单元、信号采样单元、数据处理单元和上位计算机；

所述供电单元设置于水轮机护盖内侧或外侧，通过导线分别接入到应力传感单元、信号采样单元和数据处理单元中；

所述应力传感单元包括若干个应力传感器，应力传感器设置于联轴螺栓本体上，通过导线接入到信号采样单元中；

所述信号采样单元设置于水轮机护盖内侧或外侧，包括信号放大器、采样控制单元和A/D转换器；采样控制单元中包括单片机Ⅱ和采样/保持器，采样控制单元的信号输入端通过信号放大器与应力传感单元连接，用于对信号进行采样，并控制采样频率，所述应力传感单元与信号放大器之间设置有多路开关；A/D转换器连接于采样控制单元的信号输出端，用于将信号进行模数转换后传输到数据处理单元；

所述数据处理单元设置于水轮机护盖内侧或外侧，其包括单片机Ⅰ，用于对数字信号进行判断评估后，将判断结果推送至上位计算机进行显示；

安全系数检测方法包括前期准备、数据采集、数据处理、数据调用与显示；

所述前期准备，通过上位计算机对数据处理单元写入逻辑控制程序，包括螺栓实时轴向应力评估程序、联轴螺栓疲劳寿命评估程序、机组实时轴向水推力评估程序、联接系统可靠性评估程序，轴系稳定性故障诊断程序，并设定螺栓实时轴向应力变幅报警阈值和螺栓疲劳损伤报警阈值；

螺栓实时轴向应力评估：在螺栓预紧良好的状态下，基于螺栓实时应力监测值和机组实时工况数据，通过人工神经网络或支持向量机的分类建模方法，建立螺栓实时受力状态与机组运行工况信息之间的定量对应关系；之后，根据机组运行工况信息推算出螺栓理论实时轴向应力，并与螺栓实时监测数据进行实时比较，判断螺栓轴力是否在正常范围内；

联轴螺栓疲劳寿命评估：基于联轴螺栓轴向应力在线实测随机变幅荷载下的应力谱，对联轴螺栓的疲劳损伤状态和剩余疲劳寿命进行评估；

机组实时轴向水推力评估：基于螺栓在线监测应力和机组工况数据，通过人工神经网络或支持向量机等的分类建模方法，建立螺栓实时受力状态与机组轴向水推力之间在机组不同或相同运行工况下的定量对应关系，结合数据推算出机组实时轴向水推力；

联接系统可靠性评估：基于联轴螺栓在线实测轴力和疲劳寿命评估，对联接系统的可靠性进行实时或定时评估；

轴系稳定性故障诊断：螺栓实时轴向应力进行在线监测，再结合监测结果、螺栓实时轴向应力变幅报警阈值以及螺栓疲劳损伤报警阈值，对轴系稳定性故障诊断；

所述数据采集，是指利用信号采样单元对应力传感器监测到的信号进行采样，通过对采样控制单元进行调试，使信号采样单元对监测信号的采样频率达到系统所需频率，A/D转换器对采样信号进行模数转换，且转换频率与采样频率同步；

所述数据处理：A/D转换器将转换后的数字信号输入数据处理单元，数据处理单元根据内置逻辑控制程序对数字信号进行计算、判断和分析，包括螺栓实时轴向应力评估、联轴螺栓疲劳寿命评估、机组实时轴向水推力评估、联接系统可靠性评估、轴系稳定性故障诊断，并将计算结果以及判断和分析结果放置在单片机Ⅰ自身的存储器中暂存；

所述数据调用与显示，是指上位计算机对单片机Ⅰ自身的存储器进行访问，将单片机Ⅰ自身存储器中的数据信息读取出来后，以包括数字、图形、图表的形式显示和/或打印出来。

2.如权利要求1所述一种联轴螺栓的安全系数检测方法，其特征在于：所述数据处理单元与上位计算机之间采用无线数据连接。

3.如权利要求1所述一种联轴螺栓的安全系数检测方法，其特征在于：所述数据处理单元与上位计算机之间还设置有中继器。

4.如权利要求1所述一种联轴螺栓的安全系数检测方法，其特征在于：采样控制单元中包括单片机Ⅱ，所述前期准备还包括通过上位计算机对单片机Ⅱ写入逻辑控制程序，使水轮发电机在不同的运行状态时，信号采样单元具有相同或不同的采样频率。