[发明专利]水轮机顶盖连接螺栓疲劳寿命的评估方法及监测系统

说明书

本发明公开了水轮机顶盖连接螺栓疲劳寿命的评估方法及监测系统，涉及疲劳寿命预测领域，包括步骤S1获取螺栓应力时间曲线A；S2对曲线A处理得到曲线B；S3将曲线B处理形成曲线C，对曲线C进行统计、计数、修正得到等效交变应力幅值；S4线性疲劳累计理论对螺栓进行疲劳寿命预测；监测系统包括应力采集模块、控制模块和监测平台，监测平台包括数据分析模块和预警模块；评估方法能够统计出应力荷载均值和幅值的循环次数，结合Goodman法对等效应力幅值修正，线性疲劳累计理论进行连接螺栓累积损伤和疲劳寿命评估；监测系统可以采集连接螺栓应力情况，预警模块可以根据连接螺栓的情况发出警告，数据分析模块可以对连接螺栓疲劳寿命进行预测评估。

技术领域

本发明涉及螺栓疲劳寿命评估方法领域，尤其涉及水轮机顶盖连接螺栓疲劳寿命的评估方法及监测系统。

背景技术

水轮发电机组顶盖为机组重要的承载部件之一，其大薄壁件结构长期受轴向水推力、转轮上腔水压脉动等交变载荷，螺栓连接的可靠性和安全性对整个机组的正常运行有着至关重要的作用，国内主要水电站均在要求每年检修期间举行水轮机顶盖连接螺栓的更换，以免造成接螺栓松动或失效而造成水淹厂房事故的发生，因此对于水轮机顶盖连接螺栓的监测、寿命评估的可靠性、稳定性提出了要求，但是传统的水轮机顶盖连接螺栓的监测主要靠人工巡检。通常水轮机出厂时顶盖连接螺栓就通过在不同工况下进行疲劳寿命仿真模拟计算，得到不同工况下的疲劳寿命，传统的人工巡检水轮机顶盖连接螺栓以及基于仿真模拟螺栓疲劳寿命的评估方法存在很多缺点和不足：

1.传统的人工巡检存在及时性、可靠性差，花费人工较多和存在巡视过程风险。

2.不能准确地评估出螺栓的疲劳寿命。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种水轮机顶盖连接螺栓疲劳寿命的评估方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

水轮机顶盖连接螺栓疲劳寿命的评估方法，包括以下步骤：

S1、在水轮机正常运行状态下，设定预紧力实时监测系统的监测频率，获得顶盖连接螺栓应力—时间历程的曲线A数据；

S2、对曲线A的数据依次进行平滑滤波和预处理压缩，得到只由曲线A中的峰值和谷值构成交变循环荷载的曲线B；

S3、将曲线B从峰值或谷值处断开，进行前后对调，首尾对接形成新的应力数据曲线C，采用雨流循环计数法对曲线C进行统计和计数，并采用Goodman法对等效应力幅值进行修正，最终得到等效交变应力幅值；

S4、等效交变应力幅值与螺栓材料S-N疲劳寿命曲线结合，运用Palmgren-Miner线性疲劳累计理论对顶盖连接螺栓进行疲劳寿命评估。

水轮机顶盖连接螺栓疲劳寿命的监测系统，包括：

多个用于实时采集不同连接螺栓应力的应力采集模块；

用于控制应力采集模块检测频率的控制模块，多个应力采集模块的信号端均与控制模块的信号端连接；

用于评估连接螺栓疲劳寿命的监测平台，监测平台的信号端与控制模块的信号端连接。

本发明的有益效果在于：实现对水轮机顶盖连接螺栓的规范化、精细化管理，能够实现水轮机顶盖连接螺栓在线实时监测，进行智能化决断，判断连接螺栓预紧力是否超出阈值范围、疲劳寿命预测精度高；提出的疲劳寿命评估方法能够精确客观地统计出应力荷载均值和幅值的循环次数，结合Goodman法对等效应力幅值进行修正和运用线性疲劳累计理论进行连接螺栓累积损伤评估，计算其疲劳寿命，并开发了水轮机顶盖连接螺栓疲劳寿命的监测系统，可以实时采集连接螺栓应力情况，并在监测平台设置预警模块，可以根据连接螺栓的实时情况发出相应的警告，通过数据分析模块的分析可以对连接螺栓的疲劳寿命进行预测评估。

附图说明