[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

说明书

本发明涉及联轴螺栓的应力监测领域，公开了一种联轴螺栓的实时应力监测系统及安全系数检测方法，监测系统主要包括设置于连轴螺栓本体上的应力传感单元，以及设置于水轮机护盖内侧或外侧的信号采样单元、供电装置和数据处理单元；基于前述监测系统，通过上位计算机对数据处理单元写入逻辑控制程序，使数据处理单元具有对接收到的信号进行计算、判断和分析的能力，再通过上位计算机对数据处理单元进行访问。本技术方案可实现水轮发电机组转动部件上螺栓的轴向应力和水轮机轴向水推力的实时监测，同时可对转动联接系统可靠性和联接螺栓的疲劳寿命进行定期评估，为电站的安全运行、科学检修和故障诊断提供定量和定性的科学依据。

技术领域

本发明涉及联轴螺栓的应力监测领域，尤其涉及一种联轴螺栓的实时应力监测系统及安全系数检测方法。

背景技术

螺栓、螺柱等紧固件已广泛应用于铁路、桥梁、水力发电、风电、核电、交通运输和航空航天等领域，由于其工作环境复杂多样，通常需要经受较大的冲击载荷、温度变化以及腐蚀等不利因素，这些不利因素容易造螺栓松动或断裂等联接失效问题，因此，提早发现固定件的缺陷，获取螺栓实时工作应力，对保障设备的安全运行、提高设备寿命等都有重要的意义。

紧固件联接的有效性非常重要，其工作时的应力状态能够反映出它们是否处于正常的工作情况。目前，现有技术中的紧固件实时应力监测多应用于固定部件，即紧固件处于静止状态，对于像水轮机发电机组转动部件上的紧固件，机组运行时，该类紧固件处于旋转状态，无法通过现有应力检测方法对紧固件应力进行实时监测。如公开号为CN106990007A，公开日为2017年7月28日，名称为“材料残余应力与表面硬度关系测试方法及装置”的发明专利文献，公开了一种材料残余应力与表面硬度关系测试方法及装置，该装置的底座上从左往右依次安装有电动机、减速器、弹性连轴器、试样残余应力测试装置，试样残余应力测试装置包括安装在底座上的左轴承座、右轴承座和丝杠，丝杠的一端通过左滚动轴承与左轴承座相连，并通过弹性连轴器与减速器的右侧输出轴相连；另一端通过右滚动轴承与右轴承座相连，丝杠上装配丝杠螺母及螺母支架，螺母支架右侧安装压力传感器，压力传感器右侧通过夹具螺母安装有左试样夹具。前述技术方案可以实现一定温度下，通过改变残余应力加载量，得到残余应力和硬度的关系；也可以实现一定残余应力加载量，通过改变温度，得到残余应力和硬度的关系；但其实施起来是有条件的，需要控制温度，不能实时监测。而水轮发电机组的联轴螺栓等紧固件的工作状态对整个机组的安全稳定运行至关重要，若联轴紧固件预紧不足、预紧过大或预紧不均匀，都可能导致联接可靠性降低、紧固件疲劳破坏和降低轴系稳定性，甚至诱发机组异常振动，影响机组正常的经济、安全、稳定运行，降低设备寿命，因此，对水轮发电机组的联轴螺栓等紧固件实行在线监测与实时安全评估是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种联轴螺栓的实时应力监测系统及安全系数检测方法，可实现水轮发电机组转动部件上紧固件的轴向应力、水轮机轴向水推力的实时监测，同时可对转动联接系统可靠性和紧固件的疲劳寿命和预计更换期进行评估，为机组轴系振摆偏大及异常振动等故障提供辅助判断依据，为电站的安全运行、科学检修和故障诊断提供定量和定性的科学依据。

本发明的目的具体通过以下技术方案实现：

一种联轴螺栓的实时应力监测系统，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；

供电单元：其中包含有锂电池或者蓄电池，用于为监测系统中的应力传感单元、信号采样单元以及数据处理单元提供独立的电源，即使水轮发电机组停止运行的过程中，监测系统也能正常工作；