[发明专利]一种螺栓故障诊断方法及装置

说明书

本发明公开了一种螺栓故障诊断方法及装置，该方法包括以下步骤：S1，进行螺栓故障模拟试验，记录螺栓故障监测点监测数据；S2，通过有限元方法对螺栓故障进行仿真，建立虚拟故障案例库；S3，提取虚拟故障案例库中故障特征，对真机螺栓故障进行人工智能建模。本发明解决了现有技术存在的不能通过有限测点对所有螺栓进行有效诊断的问题，从而解决现有设备螺栓组监测和故障诊断的难题。

技术领域

本发明涉及螺栓故障诊断技术领域，具体是一种螺栓故障诊断方法及装置。

背景技术

顶盖是水轮机的关键部件之一，其作用主要是固定导水机构，承担机组轴向荷载。顶盖与座环是通过螺栓联结的，不确定因素引起的机组振动会造成螺栓承受变幅荷载，给螺栓力学强度和疲劳寿命带来巨大的冲击。国外俄罗斯萨杨水电站因为顶盖-座环把合螺栓疲劳失效引发重大事故，国内某抽蓄电站顶盖-座环把合螺栓在某次机组水轮机紧急关闭时发生疲劳断裂，顶盖抬起，引发重大安全事故(如水淹厂房等)。

螺栓是一种典型的多缺口零件，其疲劳性能受螺栓的结构、材料、制造工艺、动应力水平和环境因素等多种因素影响，目前顶盖-座环螺结螺栓设计只是在静载荷和预设工况作用下进行强度和疲劳校核，但没能精确考虑真机螺栓实际安装值、真机实际运行工作状态和真实运行历史对实际螺栓所受应力状态的影响。行业内，水轮机重要螺栓发生故障的概率极低，但一旦发生，其破坏性是巨大的，轻则导致设备损坏，重则导致水淹厂房、重大人员安全事故。

受限于传感器技术(行业内高性能的超声测力传感器其独立通道数为最多24)、现场布置条件、经济实施成本，现有监测方案多对整体法兰的一部分螺栓进行监测(如水轮机顶盖-座环把合螺栓数量较多，一般为64～120颗左右，只对其中的一部分螺栓进行监测)，现场实施时，很难做到每颗螺栓上均布置有测点。因此，如此通过有限测点，对整个法兰所有螺栓进行有效监测和故障预警及故障诊断是一项重要的、亟待解决的问题。

水力发电设备安全性很高，螺栓松动及断裂的故障样本极少，且由于保密原因，很难获取公开的真实技术资料；出于设备和人员安全考虑，人为在真机上制造和获取故障样本，同样是不可行的。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种螺栓故障诊断方法及装置，解决现有技术存在的不能通过有限测点对所有螺栓进行有效诊断的问题，从而解决现有设备螺栓组监测和故障诊断的难题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种螺栓故障诊断方法，包括以下步骤：

S1，进行螺栓故障模拟试验，记录螺栓故障监测点监测数据；

S2，通过有限元方法对螺栓故障进行仿真，建立虚拟故障案例库；

S3，提取虚拟故障案例库中故障特征，对真机螺栓故障进行人工智能建模。

本发明通过螺栓故障模拟试验、故障仿真、人工智能建模等，解决了螺栓故障监测点数量有限、螺栓故障监测点布置位置受限、故障点快速诊断的难题。通过有限元仿真，建立虚拟故障案例库，并可实现对真机螺栓故障进行自动诊断，便于所有螺栓的诊断。在实际使用时，可采用如下设置：若某颗无测点的螺栓松动或断裂后，根据有限元仿真分析，临近的测点螺栓的轴力会有不同程度的变化，其变化值的组合可作为对应的故障特征，从而可以反推无测点螺栓的松动及断裂情况，从而实现故障螺栓的定位和定量的故障诊断分析，通过人工神经网络技术完成此故障的智能诊断。

作为一种优选的技术方案，步骤S1所述螺栓故障模拟试验包括螺栓松动故障模拟试验和/或螺栓断裂故障模拟试验。

螺栓松动、螺栓断裂为常见的螺栓故障，通过以上模拟试验，本发明的适用范围更广。

作为一种优选的技术方案，步骤S1所述螺栓故障监测点监测数据包括螺栓故障监测点的螺栓轴力值和/或螺栓伸长值。