[发明专利]水轮发电机组顶盖螺栓失效监测与预警装置及其工作方法

说明书

本发明涉及一种水轮发电机组顶盖螺栓失效监测与预警装置及其工作方法，它属于水轮发电机组顶盖螺栓领域。本发明包括顶盖联接螺栓、定位标记装置、顶盖、座环、电涡流传感器、电涡流安装支架和数据采集处理装置，电涡流传感器固定在电涡流安装支架上，电涡流传感器与数据采集处理装置连接，顶盖上开有顶盖专用孔，座环上开有座环专用安装孔，电涡流安装支架安装在顶盖联接螺栓上，定位标记装置穿过顶盖专用孔安装于座环专用安装孔上。本发明通过电涡流传感器可以实时监测位移值，对异常情况进行预警，可以有效保障机组的安全运行。

技术领域

本发明涉及一种装置及方法，尤其是涉及一种水轮发电机组顶盖螺栓失效监测与预警装置及其工作方法，该系统可实时监测水轮发电机组顶盖螺栓的状态，并对螺栓拉伸断裂和松动的失效情况进行预警，以此来保障机组的安全运行。

背景技术

在水轮发电机组中，应用了大量的高强度螺栓连接。尤其是水轮机的基础环、座环、底环、顶盖等分瓣组合、与相邻部件的把合多采用螺栓连接方式，发电机的定子、转子、上/下机架基础固定、分瓣连接调整也均采用螺栓连接方式，而水轮发电机组转动部分如转轮连轴、水发连轴、推力连轴、转子连轴等更是采用大型、高强度、特殊材质的螺栓连接。这些螺栓要使用预应力紧固的安装工艺，在长时间运行中，在振动、冲击、疲劳、摩擦等载荷的长期作用下，螺栓会产生松动甚至断裂，危及设备的安全运行。在国内外，由于螺栓松动、断裂引起的恶性事故不仅在水轮发电机组上，而且在其它机械设备上也屡有发生。水轮机顶盖座环螺栓联接是水轮机最重要的螺栓联接之一，其可靠性是整个水轮发电机组长期安全稳定运行的重要保障。

2009年，俄罗斯萨扬电站发生恶性事故震惊世界。该电站安装10台640WM发电机组，事故前电站运行方式：9台机组运行，6号机组检修，8月17日，2号机自动降低负荷在振动区运行，水轮机顶盖螺栓断裂，机组甩出基坑，水淹厂房。其他机组电器短路，造成不同程度的损伤。共造成75人死亡，13人受伤。事故造成电厂出力为零，造成系统大面积缺电，社会恐慌。经济损失总额约15亿人民币，电站修复至少5年。

2016年9月7日，河南回龙抽水蓄能电站（2×60MW）1号机组电气故障停机，机组甩负荷过程中，因水轮机顶盖把合螺栓脆断，顶盖抬起，压力水通过顶盖涌出，水淹厂房，全厂停电，所幸无人员伤亡。

2017年，黄河中游某大型水电站3号机组（180MW）检修期间进行顶盖解体检查时，发现数根顶盖把合螺栓（M56×250mm的双头螺柱，材质为35钢）断裂。

目前，水轮机顶盖螺栓主要检测手段是在大修期间通过超声波、磁粉、着色等探伤检测来判断螺栓的损坏情况，对螺栓松动不能实现在线实时监测，机组运行期间，也只能采用人工巡检方式，不能对顶盖螺栓失效情况进行有效监测、检查。

公开日为2019年12月13日，公开号为CN110569614A的中国专利中，公开了一种名称为“一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法”的发明专利。该专利公开了一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法，在时域范围内，对采集的应力荷载—时间历程数据，求应力荷载对时间历程的梯度得到应力幅值的功率密度；对顶盖螺栓材料的S-N曲线进行功率密度变换，得到螺栓材料的S-N功率密度曲线；在频域范围内，对采集数据应力幅值的功率密度进行短时傅里叶变换得到某一时刻应力幅值随频率变化曲线；结合螺栓材料S-N功率密度曲线，运用线性疲劳累计方法对顶盖螺栓进行疲劳寿命预测；虽然该专利准确的表征了应力荷载的加载频率对螺栓产生微小裂纹的过程，同时加载频率的大小表现了高周循环的极限程度；本预测方法能准确的判断出螺栓的损伤程度，预测顶盖螺栓的疲劳寿命；但是不能对顶盖螺栓失效情况进行有效监测、检查，故其还是存在上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计简单合理，安全可靠，能对水轮机顶盖螺栓进行实时监测，保障水轮发电机组安全稳定运行的水轮发电机组顶盖螺栓失效监测与预警装置及其工作方法。