CN110207884B - 一种在线监测水轮机关键螺栓预紧力的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
为使管理人员能及时准确掌握水轮机上述关键螺栓的预紧力，以应对各类突发事件，提高水电站安全管理水平，本发明提供了一种在线监测水轮机关键螺栓预紧力的系统及方法，该方法包括：分别设置第一和第二预设超声波收发器于所述关键螺栓上部和底部；获得所述第一和第二预设超声波收发器的空间位置；将所述第一预设超声波收发器的空间位置和所述第二预设超声波收发器的空间位置发送到远程监控端；远程监控端计算所述第一预设超声波收发器的空间位置和所述第二预设超声波收发器的空间位置之间的差值，并在该差值大于预设阈值时发出警告。本发明能够避免水轮机内部或外部各种原因造成的冲击或振动对压力传感器的影响，从而准确、高效地实现了水轮机关键螺栓预紧力的远程监控。
Description
技术领域
本发明涉及监控技术领域，更具体地，涉及一种在线监测水轮机关键螺栓预紧力的系统及方法。
背景技术
水电站工程枢纽内部结构复杂，主要包括：压力管道、主副厂房及安装间、主变洞、母线洞、尾水调压室、尾水连接管、尾水洞、尾水洞检修闸门室、出线平洞及竖井、进厂交通洞、尾调通气洞、尾闸交通洞、尾调及尾闸连接洞、尾闸进风洞、尾闸排风洞、主厂房进风洞、通风兼安全洞、主变排风洞、尾调排风洞、主变进风洞以及新增施工支洞，其中还包括多个重要设备，例如水轮机。水流经过水轮机时,将水能转换成机械能,水轮机的转轴又带动发电机的转子,将机械能转换成电能而输出。是水电站生产电能的主要动力设备。
对于水轮机上的某些关键螺栓，例如，顶盖螺栓，其预紧力受到水流速度和流量和/或水轮机自身工作过程中的振动等产生微小变化或者具有一定规律的变化的影响。这种关键螺栓的预紧力的监测属于动态监测的难题。经检索，申请号为CN201910186320.3公开了一种水轮机顶盖螺栓监测装置及方法。该装置包括压力传感器、信号调理装置、数据采集装置、现地服务器、现地显示装置和远程监控系统；压力传感器用于设置在螺栓的螺母与顶盖上表面之间，压力传感器能获取螺栓的受力信息，并将螺栓的受力信息转化为模拟电信号；现地服务器能将数字信号处理为螺栓受力数据并储存螺栓受力数据，在螺栓受力数据超过预设值时，现地服务器报警；远程监控系统能够获取螺栓受力数据。然而，压力传感器的安装过程中，受到安装精度的影响，以及长期工作条件下压力传感器的老化等因素的影响，这些关键螺栓的预紧力监测结果将可能变得不可靠。尤其是水轮机自身产生振动时，压力传感器的检测结果降噪难度较大，很可能造成对顶盖螺栓预紧力监测的错误结果。
发明内容
为使管理人员能及时准确掌握水轮机上述关键螺栓的预紧力，以应对各类突发事件，提高水电站安全管理水平，本发明提供了一种在线监测水轮机关键螺栓预紧力的方法，包括：
分别设置第一和第二预设超声波收发器于所述关键螺栓上部和底部；
获得所述第一和第二预设超声波收发器的空间位置；
将所述第一预设超声波收发器的空间位置和所述第二预设超声波收发器的空间位置发送到远程监控端；
远程监控端计算所述第一预设超声波收发器的空间位置和所述第二预设超声波收发器的空间位置之间的差值，并在该差值大于预设阈值时发出警告。
进一步地，所述远程监控端位于水电站远端。
进一步地，所述获得所述第一和第二预设超声波收发器的空间位置包括：通过至少三个位于不同高度且位于不同水平位置的定位单元与所述第一预设超声波收发器收发第一频率的超声波信号，使每个定位单元各获得一个上空间距离；以三个位于不同高度且位于不同水平位置的定位单元为球心、以三个上空间距离为半径做球面，确定三个球面的交点为所述第一预设超声波收发器的空间位置；通过至少三个位于不同高度且位于不同水平位置的定位单元与所述第二预设超声波收发器收发不同于第一频率的第二频率的超声波信号，使每个定位单元各获得一个下空间距离；以三个位于不同高度且位于不同水平位置的定位单元为球心、以三个下空间距离为半径做球面，确定三个球面的交点为所述第二预设超声波收发器的空间位置；所述定位单元能够收发超声波信号；以各所述上空间距离的均值为半径、所述第一预设超声波收发器的空间位置为圆心，形成的空间区域为第一定位测试空间；以各所述下空间距离的均值为半径、所述第一预设超声波收发器的空间位置为圆心，形成的空间区域为第二定位测试空间；响应于在所述第一预设超声波收发器的空间位置在所述第一定位测试空间范围之内且在所述第二定位测试空间范围之外，将所述第二预设超声波收发器的空间位置和所述第一预设超声波收发器的空间位置间的距离之差的算术平方根作为预设测试半径，并以所述第一预设超声波收发器的空间位置为圆心，形成的空间区域为第三定位测试空间；否则，响应于所述第一预设超声波收发器的空间位置在所述第一定位测试空间范围之内且在所述第二定位测试空间范围之内，将所述第二预设超声波收发器的空间位置和所述第一预设超声波收发器的空间位置间的距离之和的算术平方根作为预设测试半径，并以所述第一预设超声波收发器的空间位置为圆心，形成的空间区域为第三定位测试空间；否则，响应于所述第一预设超声波收发器的空间位置在所述第二定位测试空间范围之内且在所述第一定位测试空间范围之外，将所述第二预设超声波收发器的空间位置和所述第一预设超声波收发器的空间位置间的距离之和的平方加上所述第二预设超声波收发器的空间位置和所述第一预设超声波收发器的空间位置间的距离之差的平方之和的算术平方根作为预设测试半径，并以所述第二预设超声波收发器的空间位置为圆心，形成的空间区域为第三定位测试空间；当在所述第一定位测试空间与所述第二定位测试空间之间的重叠区域的空间体积与所述第三定位测试空间的空间体积小于0.73时，确定所述第一预设超声波收发器的空间位置和第二预设超声波收发器的空间位置不需要调整，否则改变用于确定第一预设超声波收发器的空间位置的至少一个定位单元和第二预设超声波收发器的空间位置的至少一个定位单元并重复上述步骤，直至所述第一定位测试空间与所述第二定位测试空间之间的重叠区域的空间体积与所述第三定位测试空间的空间体积小于0.73为止。
进一步地，一个定位单元获得一个上空间距离包括：
定位单元向所述第一预设超声波收发器位置发送第一超声波信号并记录第一信号发送时间；
所述第一预设超声波收发器接收第一超声波信号并记录第一信号接收时间；
所述第一预设超声波收发器向该定位单元发送第二超声波信号并记录第二信号发送时间，所述第二超声波信号为第一超声波信号的响应信号，且所述第一超声波信号与所述第二超声波信号的频率不同；
该定位单元接收第二超声波信号并记录接收第二超声波信号的第二信号接收时间；
根据所述第一信号发送时间和所述第一信号接收时间确定的定位单元与所述第一预设超声波收发器之间的第一距离，以及所述第二信号发送时间和所述第二信号接收时间确定的定位单元与所述第一预设超声波收发器之间的第二距离，计算第一距离和第二距离的和的平均值作为该定位单元与所述预设超声波收发器之间的距离。
进一步地，一个定位单元获得一个下空间距离包括：
定位单元向所述第二预设超声波收发器位置发送第一超声波信号并记录第一信号发送时间；
所述第二预设超声波收发器接收第一超声波信号并记录第一信号接收时间；
所述第二预设超声波收发器向该定位单元发送第二超声波信号并记录第二信号发送时间，所述第二超声波信号为第一超声波信号的响应信号，且所述第一超声波信号与所述第二超声波信号的频率不同；
该定位单元接收第二超声波信号并记录接收第二超声波信号的第二信号接收时间；
根据所述第一信号发送时间和所述第一信号接收时间确定的定位单元与所述第二预设超声波收发器之间的第一距离，以及所述第二信号发送时间和所述第二信号接收时间确定的定位单元与所述第二预设超声波收发器之间的第二距离，计算第一距离和第二距离的和的平均值作为该定位单元与所述预设超声波收发器之间的距离。
进一步地，当第一接收时间与第一发送时间的差值以及第二接收时间与第二发送时间的差值均小于预设时间阈值、所述三个上空间距离彼此之间的差值小于预设距离差值且所述三个下空间距离彼此之间的差值小于预设距离差值时，确定三个球面的交点为所述预设超声波收发器的空间位置；否则，采用与此三个空间距离有关的定位单元以外的第四定位单元获得第四空间距离，并将此前三个空间距离中较大的两个与该第四空间距离组成新的三个空间距离，再确定是否满足第一接收时间与第一发送时间的差值以及第二接收时间与第二发送时间的差值均小于预设时间阈值，且所述三个空间距离彼此之间的差值小于预设距离差值的条件。
进一步地，本发明提供了一种实现上述方法的在线监测水轮机关键螺栓预紧力的系统。
本发明的有益效果是：能够避免水轮机内部或外部各种原因造成的冲击或振动对压力传感器的影响，从而准确、高效地实现了水轮机关键螺栓预紧力的远程监控。
附图说明
图1示出了本发明方法的流程框图。
具体实施方式
本发明提供了一种在线监测水轮机关键螺栓预紧力的方法，包括：
分别设置第一和第二预设超声波收发器于所述关键螺栓上部和底部；
获得所述第一和第二预设超声波收发器的空间位置；
将所述第一预设超声波收发器的空间位置和所述第二预设超声波收发器的空间位置发送到远程监控端；
远程监控端计算所述第一预设超声波收发器的空间位置和所述第二预设超声波收发器的空间位置之间的差值，并在该差值大于预设阈值时发出警告。
优选地，所述远程监控端位于水电站远端。
优选地，所述获得所述第一和第二预设超声波收发器的空间位置包括：通过至少三个位于不同高度且位于不同水平位置的定位单元与所述第一预设超声波收发器收发第一频率的超声波信号，使每个定位单元各获得一个上空间距离；以三个位于不同高度且位于不同水平位置的定位单元为球心、以三个上空间距离为半径做球面，确定三个球面的交点为所述第一预设超声波收发器的空间位置；通过至少三个位于不同高度且位于不同水平位置的定位单元与所述第二预设超声波收发器收发不同于第一频率的第二频率的超声波信号，使每个定位单元各获得一个下空间距离；以三个位于不同高度且位于不同水平位置的定位单元为球心、以三个下空间距离为半径做球面，确定三个球面的交点为所述第二预设超声波收发器的空间位置；所述定位单元能够收发超声波信号；以各所述上空间距离的均值为半径、所述第一预设超声波收发器的空间位置为圆心，形成的空间区域为第一定位测试空间；以各所述下空间距离的均值为半径、所述第一预设超声波收发器的空间位置为圆心，形成的空间区域为第二定位测试空间；响应于在所述第一预设超声波收发器的空间位置在所述第一定位测试空间范围之内且在所述第二定位测试空间范围之外，将所述第二预设超声波收发器的空间位置和所述第一预设超声波收发器的空间位置间的距离之差的算术平方根作为预设测试半径，并以所述第一预设超声波收发器的空间位置为圆心，形成的空间区域为第三定位测试空间；否则，响应于所述第一预设超声波收发器的空间位置在所述第一定位测试空间范围之内且在所述第二定位测试空间范围之内，将所述第二预设超声波收发器的空间位置和所述第一预设超声波收发器的空间位置间的距离之和的算术平方根作为预设测试半径，并以所述第一预设超声波收发器的空间位置为圆心，形成的空间区域为第三定位测试空间；否则，响应于所述第一预设超声波收发器的空间位置在所述第二定位测试空间范围之内且在所述第一定位测试空间范围之外，将所述第二预设超声波收发器的空间位置和所述第一预设超声波收发器的空间位置间的距离之和的平方加上所述第二预设超声波收发器的空间位置和所述第一预设超声波收发器的空间位置间的距离之差的平方之和的算术平方根作为预设测试半径，并以所述第二预设超声波收发器的空间位置为圆心，形成的空间区域为第三定位测试空间；当在所述第一定位测试空间与所述第二定位测试空间之间的重叠区域的空间体积与所述第三定位测试空间的空间体积小于0.73时，确定所述第一预设超声波收发器的空间位置和第二预设超声波收发器的空间位置不需要调整，否则改变用于确定第一预设超声波收发器的空间位置的至少一个定位单元和第二预设超声波收发器的空间位置的至少一个定位单元并重复上述步骤，直至所述第一定位测试空间与所述第二定位测试空间之间的重叠区域的空间体积与所述第三定位测试空间的空间体积小于0.73为止。
优选地，一个定位单元获得一个上空间距离包括：
定位单元向所述第一预设超声波收发器位置发送第一超声波信号并记录第一信号发送时间；
所述第一预设超声波收发器接收第一超声波信号并记录第一信号接收时间；
所述第一预设超声波收发器向该定位单元发送第二超声波信号并记录第二信号发送时间，所述第二超声波信号为第一超声波信号的响应信号，且所述第一超声波信号与所述第二超声波信号的频率不同；
该定位单元接收第二超声波信号并记录接收第二超声波信号的第二信号接收时间；
根据所述第一信号发送时间和所述第一信号接收时间确定的定位单元与所述第一预设超声波收发器之间的第一距离，以及所述第二信号发送时间和所述第二信号接收时间确定的定位单元与所述第一预设超声波收发器之间的第二距离，计算第一距离和第二距离的和的平均值作为该定位单元与所述预设超声波收发器之间的距离。
优选地，一个定位单元获得一个下空间距离包括：
定位单元向所述第二预设超声波收发器位置发送第一超声波信号并记录第一信号发送时间；
所述第二预设超声波收发器接收第一超声波信号并记录第一信号接收时间；
所述第二预设超声波收发器向该定位单元发送第二超声波信号并记录第二信号发送时间，所述第二超声波信号为第一超声波信号的响应信号，且所述第一超声波信号与所述第二超声波信号的频率不同；
该定位单元接收第二超声波信号并记录接收第二超声波信号的第二信号接收时间；
根据所述第一信号发送时间和所述第一信号接收时间确定的定位单元与所述第二预设超声波收发器之间的第一距离，以及所述第二信号发送时间和所述第二信号接收时间确定的定位单元与所述第二预设超声波收发器之间的第二距离，计算第一距离和第二距离的和的平均值作为该定位单元与所述预设超声波收发器之间的距离。
优选地，当第一接收时间与第一发送时间的差值以及第二接收时间与第二发送时间的差值均小于预设时间阈值、所述三个上空间距离彼此之间的差值小于预设距离差值且所述三个下空间距离彼此之间的差值小于预设距离差值时，确定三个球面的交点为所述预设超声波收发器的空间位置；否则，采用与此三个空间距离有关的定位单元以外的第四定位单元获得第四空间距离，并将此前三个空间距离中较大的两个与该第四空间距离组成新的三个空间距离，再确定是否满足第一接收时间与第一发送时间的差值以及第二接收时间与第二发送时间的差值均小于预设时间阈值，且所述三个空间距离彼此之间的差值小于预设距离差值的条件。
优选地，本发明提供了一种实现上述方法的在线监测水轮机关键螺栓预紧力的系统。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种在线监测水轮机关键螺栓预紧力的方法，包括：
分别设置第一和第二预设超声波收发器于所述关键螺栓上部和底部；
获得所述第一和第二预设超声波收发器的空间位置；
将所述第一预设超声波收发器的空间位置和所述第二预设超声波收发器的空间位置发送到远程监控端；
远程监控端计算所述第一预设超声波收发器的空间位置和所述第二预设超声波收发器的空间位置之间的差值，并在该差值大于预设阈值时发出警告；
所述远程监控端位于水电站远端；
其特征在于，所述获得所述第一和第二预设超声波收发器的空间位置包括：通过至少三个位于不同高度且位于不同水平位置的定位单元与所述第一预设超声波收发器收发第一频率的超声波信号，使每个定位单元各获得一个上空间距离；以三个位于不同高度且位于不同水平位置的定位单元为球心、以三个上空间距离为半径做球面，确定三个球面的交点为所述第一预设超声波收发器的空间位置；通过至少三个位于不同高度且位于不同水平位置的定位单元与所述第二预设超声波收发器收发不同于第一频率的第二频率的超声波信号，使每个定位单元各获得一个下空间距离；以三个位于不同高度且位于不同水平位置的定位单元为球心、以三个下空间距离为半径做球面，确定三个球面的交点为所述第二预设超声波收发器的空间位置；所述定位单元能够收发超声波信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一个定位单元获得一个上空间距离包括：
定位单元向所述第一预设超声波收发器位置发送第一超声波信号并记录第一信号发送时间；
所述第一预设超声波收发器接收第一超声波信号并记录第一信号接收时间；
所述第一预设超声波收发器向该定位单元发送第二超声波信号并记录第二信号发送时间，所述第二超声波信号为第一超声波信号的响应信号，且所述第一超声波信号与所述第二超声波信号的频率不同；
该定位单元接收第二超声波信号并记录接收第二超声波信号的第二信号接收时间；
根据所述第一信号发送时间和所述第一信号接收时间确定的定位单元与所述第一预设超声波收发器之间的第一距离，以及所述第二信号发送时间和所述第二信号接收时间确定的定位单元与所述第一预设超声波收发器之间的第二距离，计算第一距离和第二距离的和的平均值作为该定位单元与所述预设超声波收发器之间的距离。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，一个定位单元获得一个下空间距离包括：
定位单元向所述第二预设超声波收发器位置发送第一超声波信号并记录第一信号发送时间；
所述第二预设超声波收发器接收第一超声波信号并记录第一信号接收时间；
所述第二预设超声波收发器向该定位单元发送第二超声波信号并记录第二信号发送时间，所述第二超声波信号为第一超声波信号的响应信号，且所述第一超声波信号与所述第二超声波信号的频率不同；
该定位单元接收第二超声波信号并记录接收第二超声波信号的第二信号接收时间；
根据所述第一信号发送时间和所述第一信号接收时间确定的定位单元与所述第二预设超声波收发器之间的第一距离，以及所述第二信号发送时间和所述第二信号接收时间确定的定位单元与所述第二预设超声波收发器之间的第二距离，计算第一距离和第二距离的和的平均值作为该定位单元与所述预设超声波收发器之间的距离。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当第一接收时间与第一发送时间的差值以及第二接收时间与第二发送时间的差值均小于预设时间阈值、所述三个上空间距离彼此之间的差值小于预设距离差值且所述三个下空间距离彼此之间的差值小于预设距离差值时，确定三个球面的交点为所述预设超声波收发器的空间位置；否则，采用与此三个空间距离有关的定位单元以外的第四定位单元获得第四空间距离，并将此前三个空间距离中较大的两个与该第四空间距离组成新的三个空间距离，再确定是否满足第一接收时间与第一发送时间的差值以及第二接收时间与第二发送时间的差值均小于预设时间阈值，且所述三个空间距离彼此之间的差值小于预设距离差值的条件。
5.一种实现权利要求1-4之一所述的方法的在线监测水轮机关键螺栓预紧力的系统。
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