CN111323158A - 一种联轴螺栓的实时应力监测系统及安全系数检测方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种联轴螺栓的实时应力监测系统及安全系数检测方法

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；

应力传感单元：其中包含若干个应力传感器，用于实时监测连轴螺栓本体的轴向荷载；为了满足信号采样单元的性能要求，本技术方案中的应力传感器优先采用具有精度高、采样频率可调、性能稳定和无损监测等优点的超声波螺栓轴力传感器；亦可采用具有精度高，测量范围广、使用寿命长、性能稳定可靠等优点的电阻应变式传感器，电阻应变式传感器频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量；还可选用光纤光栅式螺栓测力传感器。

信号采样单元：用于对应力传感单元的检测信号进行采样处理；

数据处理单元：融入了计算机技术，通过写入逻辑运算程序，实现对水轮发电机组联轴螺栓状态信息的评估；

上位计算机：用于对单片机Ⅰ自身存储器进行访问，将单片机Ⅰ自身存储器中的数据信息读取出来后，以包括数字、图形、图表的形式显示和/或打印出来；

所述供电单元设置于水轮机护盖内侧或外侧，通过导线分别接入到应力传感单元、信号采样单元和数据处理单元中，为减小离心力影响，优选的，将供电装置靠近水轮发电机组轴线的一侧设置；所述应力传感单元包括若干个应力传感器，应力传感器设置于联轴螺栓本体上，通过导线接入到信号采样单元中；所述信号采样单元设置于水轮机护盖内侧或外侧，为减小离心力影响，优选的，将所述数据采样系统靠近水轮发电机组轴线的一侧设置，信号采样单元包括信号放大器、采样控制单元和A/D转换器；采样控制单元的信号输入端通过信号放大器与应力传感单元连接，用于对信号进行采样，并控制采样频率；A/D转换器连接于采样控制单元的信号输出端，用于将信号进行模数转换后，传输到数据处理单元；所述数据处理单元设置于水轮机护盖内侧或外侧，为减小离心力影响，优选的，将所述数据采样系统靠近水轮发电机组轴线的一侧设置，数据处理单元包括单片机Ⅰ，用于对数字信号进行判断评估后，将判断结果推送至上位计算机进行显示。

所述数据处理单元与上位计算机之间采用无线数据连接，水轮发电机组在运行时，水轮机护盖处于转动状态，不便于数据处理单元与上位计算机之间导线的连接，因此采用无线数据连接，减少了不必要的麻烦，保证了监测系统的稳定性。

所述数据处理单元与上位计算机之间还设置有中继器。中继器是连接网络线路的一种装置，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度，保证了数据处理单元与上位计算机之间信号无线数据连接的稳定性，提高了信号传输的可靠性。

所述采样控制单元中包括单片机Ⅱ和采样/保持器。为保证数据采样单元对信号的采样精度，本技术方案采用程控式数据采样方式，即在数据采样控制单元中加入单片机Ⅱ，通过逻辑控制程序来实现监测系统所需的采样要求；采样/保持器是连接采样器和模数转换器的中间环节。采样器是一种开关电路或装置，它在固定时间点上取出被处理信号的值,采样/保持器则把这个信号值放大后存储起来，保持一段时间，以供模数转换器转换，直到下一个采样时间再取出一个模拟信号值来代替原来的值。在模数转换器工作期间采样/保持器一直保持着转换开始时的输入值，因而能抑制由放大器干扰带来的转换噪声，降低模数转换器的孔径时间，提高模数转换器的精确度和消除转换时间的不准确性。信号采样装置中设置采样/保持器，使模拟量信号逐个地送到模数转换器，不至降低被测信号的真实性，进一步保证了监测系统的可靠性。

所述应力传感单元与信号放大器之间设置有多路开关，使监测系统可以同时监测多处螺栓，多路开关用于分时切换各路模拟量与信号放大器之间的通路，实现了水轮发电机组中联轴螺栓等固定件的统一监测管理。

一种联轴螺栓的安全系数检测方法，其特征在于：包括前期准备、数据采集、数据处理、数据调用与显示；

所述前期准备，通过上位计算机对数据处理单元写入逻辑控制程序，包括螺栓实时轴向应力评估程序、联轴螺栓疲劳寿命评估程序、机组实时轴向水推力评估程序、联接系统可靠性评估程序，轴系稳定性故障诊断程序，并设定螺栓实时轴向应力变幅报警阈值和螺栓疲劳损伤报警阈值；

螺栓实时轴向应力评估：在螺栓预紧良好的状态下，基于螺栓实时应力监测值和机组实时工况数据，通过人工神经网络或支持向量机的分类建模方法，建立螺栓实时受力状态与机组运行工况信息之间的定量对应关系。之后，根据机组运行工况信息推算出螺栓理论实时轴向应力，并与螺栓实时监测数据进行实时比较，判断螺栓轴力是否在正常范围内；

联轴螺栓疲劳寿命评估：基于联轴螺栓轴向应力在线实测随机变幅荷载下的应力谱，对联轴螺栓的疲劳损伤状态和剩余疲劳寿命进行评估；

机组实时轴向水推力评估：基于螺栓在线监测应力和机组实时工况数据，通过人工神经网络或支持向量机等的分类建模方法，建立螺栓实时受力状态与机组轴向水推力之间在机组不同或相同运行工况下的定量对应关系，结合数据推算出机组实时轴向水推力；

联接系统可靠性评估：基于联轴螺栓在线实测轴力和疲劳寿命评估，对联接系统的可靠性进行实时或定期评估；

轴系稳定性故障诊断：螺栓实时轴向应力进行在线监测，再结合监测结果、螺栓实时轴向应力变幅报警阈值以及螺栓疲劳损伤报警阈值，对轴系稳定性故障诊断。

所述数据采集，是指利用信号采样单元对应力传感器监测到的信号进行采样，通过对采样控制单元进行调试，使信号采样单元对监测信号的采样频率达到系统所需频率，A/D转换器对采样信号进行模数转换，且转换频率与采样频率同步；

所述数据处理：A/D转换器将转换后的数字信号输入数据处理单元，数据处理单元根据内置逻辑控制程序对数字信号进行计算、判断和分析，包括螺栓实时轴向应力评估、联轴螺栓疲劳寿命评估、机组实时轴向水推力评估、联接系统可靠性评估、轴系稳定性故障诊断，并将计算结果以及判断和分析结果放置在单片机Ⅰ自身的存储器中暂存；

所述数据调用与显示，是指上位计算机对单片机Ⅰ自身的存储器进行访问，将单片机Ⅰ自身存储器中的数据信息读取出来后，以包括数字、图形、图表的形式显示和/或打印出来。

采样控制单元中包括单片机Ⅱ，所述前期准备还包括通过上位计算机对单片机Ⅱ写入逻辑控制程序，使水轮发电机在不同的运行状态时，信号采样单元具有相同或不同的采样频率。

所述数据处理过程中，单片机Ⅰ自身存储器的存储空间不足以存放新的数据信息时，单片机Ⅰ自身存储器自动从最早的数据信息开始删除，直到能够存放新的数据信息为止。

所述数据处理过程中，当螺栓实时轴向应力变幅和/或螺栓疲劳损伤大于预设报警阈值时，数据处理单元主动向上位计算机发射报警信号。

水轮发电机的运行状态包括水轮发电机组从启动到额定运行的过程、水轮发电机组额定运行的过程、水轮发电机组开始减负荷至停机转速为零的过程、水轮发电机完全停止运行，以及水轮发电机组偏离额定工况运行，每个过程的采样频率可以根据现实需要、以能达到最佳推算数据为准来设定，可以相同或不相同，其中，当水轮发电机组在非稳定工况运行时，需要加密采样频率。

1)螺栓实时轴向应力(螺栓轴向力)评估：

可预先通过实验室或电站现场标定获取螺栓应力与传感器测量值之间的相关关系，电站实际运行时，可以直接通过螺栓测力传感器实时获取螺栓的应力值，较经典解析计算和有限元方法更为准确。

在螺栓预紧状态良好的条件下，基于螺栓应力和机组工况数据，可通过人工神经网络或支持向量机等分类建模方法，建立螺栓实时受力状态与机组各运行工况信息之间的定量对应关系：

σ＝f(Η,Q,n,P,Z)，其中：

σ为螺栓实时轴向应力；

H为机组实时运行水头；

Q为机组实时流量；

n为机组实时转速；

P为机组实时出力；

Z为机组实时尾水位。

通过设定合理的螺栓应力变幅报警阈值，可实现螺栓松动或断裂的在线预警。

2)联轴螺栓疲劳寿命评估

大小、方向随时间作周期性或不规则的改变的载荷(或应力)称之为疲劳载荷(或疲劳应力)。结构或构件在使用过程中往往承受着疲劳载荷，与之对应的应力是疲劳应力，通常将载荷和应力随时间变化的历程分别称之为载荷谱或应力谱。为了准确评估联轴螺栓的疲劳损伤状态和剩余疲劳寿命，首先需要保证用于联轴螺栓疲劳评估的应力谱是精确的。目前常用的方法是通过解析或有限元仿真计算，基于合同约束的启停机等工况保证值对联轴螺栓进行疲劳评估。而电站的实际运行情况与合同保证工况转换值之间的差异是非常大的，且无法准确量化。基于联轴螺栓轴力在线实测随机变幅荷载下的应力谱，可彻底解决螺栓荷载谱准确性和完整性的难题，极大程度上提升疲劳评估的准确性。

3)机组实时轴向水推力评估

以某立式水轮机为例，荷载信息如下：

机组轴向最大水推力：F_Z＝2600t水轮机主轴重量：G₁＝120t

水轮机转轮重量：G₂＝400t

根据荷载和联轴螺栓设计信息，可通过解析计算得到：

螺栓预紧应力：σ_p＝560MPa

螺栓预紧伸长值：Δl_p＝1.7mm

螺栓工作荷载为：机组轴向水推力F_Z、水轮机主轴重量G₁和转轮重量G₂。

螺栓工作荷载引起的应力增量：Δσ＝23MPa

螺栓工作荷载引起螺栓伸长值增量：Δl＝0.0698mm

优选的，以超声波螺栓测力传感器为例，其声时分辨率可到达δt＝0.1ns

超声纵波在金属螺栓中的传播速度：V_L≈5600m/s

由此可得到超声波螺栓测力传感器的测长分辨率：δl＝δt×V_L＝5.6×10^-4mm

超声波测长分辨率与工作荷载引起的螺栓伸长值增量比值：

对应法兰螺栓轴向荷载的测量分辨率为：

因此，通过计算机自动读取任意时刻螺栓应力监测值σ_T，即可计算得到机组实时轴向水推力：

类似的，基于螺栓在线应力监测值和机组实时工况数据，可通过人工神经网络或支持向量机等分类建模方法，建立螺栓实时受力状态与机组轴向水推力在各运行工况信息之间的定量对应关系：F_ZT＝f(Η,Q,n,P,Z)

相比于常规的基于CFD流体仿真计算及流道压力实测来计算机组水推力的方法，此新方法具有实施方便、可长期在线监测和准确度高等优点，其成果可用于机组轴向力在线监测和轴系故障诊断。

4)联接系统可靠性评估

基于联轴螺栓在线实测轴力和疲劳寿命评估，可对联接系统的可靠性进行实时或定期评估。

5)轴系稳定性故障诊断依据

当联轴螺栓预紧不均匀、预紧不足、螺栓松动或断裂，以及水轮转轮出现裂纹时，机组轴系振摆将出现异常，严重时可能诱发机组轴系的异常振动。通过本装置，可实现螺栓轴力的实时在线监测，为机组轴系在线监测和故障诊断提供长期的诊断依据。

本技术方案带来的有益效果：

本技术方案系统成本低，结构简单，对环境要求不高，实现了对水轮发电机组转动部件上的联轴螺栓等紧固件应力状态的实时监测，同时对转动联接系统紧固件的疲劳寿命进行可靠性的评估，监测装置中设置多路开关，实现了水轮发电机组中联轴螺栓等紧固件的统一监测管理，减轻了工作人员的工作量，提高了工作效率，为水轮发电机组的稳定运行提供了重要保障，为电站的安全运行和科学检修提供科学依据。

附图说明

本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，其中：

图1为一种基本的系统结构关系框图；

图2为一种优选的系统结构关系框图；

图3为一种优选的基于在线监测数据的联轴螺栓安全检测方法流程图；

图4为基于实测荷载谱的螺栓疲劳损伤分析流程图。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

本发明公开了一种联轴螺栓的实时应力监测系统，作为本发明一种基本的实施方案，包括水轮发电机组、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；水轮发电机组包括连轴螺栓本体和水轮机护盖；供电单元设置于水轮机护盖内侧或外侧，通过导线分别接入到应力传感单元、信号采样单元和数据处理单元中；应力传感单元包括若干个应力传感器，应力传感器设置于联轴螺栓本体上，通过导线接入到信号采样单元中；信号采样单元设置于水轮机护盖内侧或外侧，包括信号放大器、采样控制单元和A/D转换器；采样控制单元的信号输入端通过信号放大器与应力传感单元连接，用于对信号进行采样，并控制采样频率；A/D转换器连接于采样控制单元的信号输出端，用于将信号进行模数转换后传输到数据处理单元；数据处理单元设置于水轮机护盖内侧或外侧，其包括单片机Ⅰ，用于对数字信号进行判断评估后，将判断结果推送至上位计算机进行显示。

供电装置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；信号采样单元对应力传感器监测信号进行放大采样，通过对信号采样单元进行调试，使信号采样单元对监测信号的采样频率符合监测系统所需的频率，信号采样单元将采样后的模拟信号转换成数字信号后书如数据处理单元，数据处理单元中融入了单片机技术，通过在单片机Ⅰ写入逻辑控制程序，使数据处理单元对信号采样单元输出的数字信号进行判断分析，并将分析得到的数据信息放置在单片机Ⅰ自身的存储器中暂存，上位计算机对单片机Ⅰ自身存储器中数据信息进行调用和显示。本技术方案实现了对水轮发电机组转动部件上的联轴螺栓等紧固件应力状态的实时监测，系统成本低，结构简单，对环境要求不高，且容易实现，工作人员可以不用频繁地对联轴螺栓本体等紧固件进行实地检查，提高了工作效率。

实施例2

本发明公开了一种联轴螺栓的实时应力监测系统，作为本发明一种优选的实施方案，即实施例1中，数据处理单元与上位计算机之间采用无线数据连接；数据处理单元与上位计算机之间还设置有中继器；采样控制单元中包括单片机Ⅱ和采样/保持器；应力传感单元与信号放大器之间设置有多路开关。

信号采样单元的性能优劣取决于采样精度和采样速度。保证信号采样单元具备采样精度的条件下，有尽可能高的采样速度，以满足是实时处理和控制的要求，因此，本技术方案采用程控式数据采样系统，即在数据采样控制单元中加入单片机Ⅱ，通过逻辑控制程序来实现监测系统所需的采样要求；采样/保持器在模数转换器工作期间一直保持着转换开始时的输入值，因而能抑制由放大器干扰带来的转换噪声，降低模数转换器的孔径时间，提高模数转换器的精确度和消除转换时间的不准确性，将采样/保持器运用于本技术方案中，保证了信号采样单元的采样效果，进一步保证了分析结果的可靠性。数据处理单元与上位计算机之间采用无线数据连接，便于实现在水轮发电机组运行过程中，也对联轴螺栓本体实行实时监测，中继器增强了数据处理单元与上位计算机无线数据连接强度，进一步增强了监测系统的可靠性。操作人员用键盘和鼠标与数据采样系统对话，即对数据采样系统写入控制程序，数据采样系统可独立完成数据采样和预处理任务，包括剔除误差和标度变换；通过对多路开关的控制，使装置可以同时监测多处螺栓，多路开关用于分时切换各路模拟量与信号放大器之间的通路，实现了水轮发电机组中联轴螺栓等紧固件的统一监测管理。

实施例3

本发明公开了一种联轴螺栓安全系数检测方法，作为本发明一种基本的实施方案，包括前期准备、数据采集、数据处理、数据调用与显示；

前期准备，是指通过上位计算机对数据处理单元写入逻辑控制程序，包括螺栓实时轴向应力评估程序、联轴螺栓疲劳寿命评估程序、机组实时轴向水推力评估程序、联接系统可靠性评估程序，轴系稳定性故障诊断程序，并设定螺栓实时轴向应力变幅报警阈值和螺栓疲劳损伤报警阈值；

螺栓实时轴向应力评估：在螺栓预紧良好的状态下，基于螺栓在线监测应力和机组实时工况数据，通过人工神经网络或支持向量机的分类建模方法，建立螺栓实时受力状态与机组运行工况信息之间的定量对应关系。之后，根据机组运行工况信息推算出螺栓理论实时轴向应力，并与螺栓实时监测数据进行实时比较，判断螺栓轴力是否在正常范围内；

联轴螺栓疲劳寿命评估：基于联轴螺栓实时轴向应力在线实测随机变幅荷载下的应力谱，对联轴螺栓的疲劳损伤状态和剩余疲劳寿命进行评估；

机组实时轴向水推力评估：在螺栓预紧良好的状态下，基于螺栓应力和机组工况数据，通过人工神经网络或支持向量机等的分类建模方法，建立螺栓实时受力状态与机组轴向水推力之间在机组不同或相同运行工况下的定量对应关系，结合数据推算出机组实时轴向水推力；

联接系统可靠性评估：基于联轴螺栓在线实测轴力和疲劳寿命评估，对联接系统的可靠性进行实时或定期评估；

轴系稳定性故障诊断：对螺栓实时轴向应力进行在线监测，再结合监测结果、螺栓实时轴向应力变幅报警阈值以及螺栓疲劳损伤报警阈值，对轴系稳定性故障诊断。

数据采集，是指利用信号采样单元对应力传感器监测到的信号进行采样，通过对采样控制单元进行调试，使信号采样单元对监测信号的采样频率达到系统所需频率，A/D转换器对采样信号进行模数转换，且转换频率与采样频率同步；

数据处理：是指A/D转换器将转换后的数字信号输入数据处理单元，数据处理单元根据内置逻辑控制程序对数字信号进行计算、判断和分析，包括螺栓实时轴向应力评估、联轴螺栓疲劳寿命评估、机组实时轴向水推力评估、联接系统可靠性评估、轴系稳定性故障诊断，并将计算结果以及判断和分析结果放置在单片机Ⅰ自身的存储器中暂存；

数据调用与显示，是指上位计算机对单片机Ⅰ自身的存储器进行访问，将单片机Ⅰ自身存储器中的数据信息读取出来后，以包括数字、图形、图表的形式显示和/或打印出来。

实施例4

本发明公开了一种联轴螺栓的安全系数检测方法，作为本发明一种优选的实施方案，即实施例3中，采样控制单元中包括单片机Ⅱ，前期准备还包括通过上位计算机对单片机Ⅱ写入逻辑控制程序，使水轮发电机组在不同的运行状态时，信号采样单元具有相同或不同的采样频率；数据处理过程中，单片机Ⅰ自身存储器的存储空间不足以存放新的数据信息时，单片机Ⅰ自身存储器自动从最早的数据信息开始删除，直到能够存放新的数据信息为止；数据处理过程中，当螺栓实时轴向应力变幅大于变幅报警阈值和/或螺栓疲劳损伤大于报警阈值时，数据处理单元主动向上位计算机发射报警信号。

Claims (9)

1.一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；

所述供电单元设置于水轮机护盖内侧或外侧，通过导线分别接入到应力传感单元、信号采样单元和数据处理单元中；

所述应力传感单元包括若干个应力传感器，应力传感器设置于联轴螺栓本体上，通过导线接入到信号采样单元中；

所述信号采样单元设置于水轮机护盖内侧或外侧，包括信号放大器、采样控制单元和A/D转换器；采样控制单元的信号输入端通过信号放大器与应力传感单元连接，用于对信号进行采样，并控制采样频率；A/D转换器连接于采样控制单元的信号输出端，用于将信号进行模数转换后传输到数据处理单元；

所述数据处理单元设置于水轮机护盖内侧或外侧，其包括单片机Ⅰ，用于对数字信号进行判断评估后，将判断结果推送至上位计算机进行显示。

2.如权利要求1所述一种联轴螺栓的实时应力监测系统，其特征在于：所述数据处理单元与上位计算机之间采用无线数据连接。

3.如权利要求1所述一种联轴螺栓的实时应力监测系统，其特征在于：所述数据处理单元与上位计算机之间还设置有中继器。

4.如权利要求1所述一种联轴螺栓的实时应力监测系统，其特征在于：所述采样控制单元中包括单片机Ⅱ和采样/保持器。

5.如权利要求1所述一种联轴螺栓的实时应力监测系统，其特征在于：所述应力传感单元与信号放大器之间设置有多路开关。

6.一种联轴螺栓的安全系数检测方法，其特征在于：包括前期准备、数据采集、数据处理、数据调用与显示；

所述前期准备，通过上位计算机对数据处理单元写入逻辑控制程序，包括螺栓实时轴向应力评估程序、联轴螺栓疲劳寿命评估程序、机组实时轴向水推力评估程序、联接系统可靠性评估程序，轴系稳定性故障诊断程序，并设定螺栓实时轴向应力变幅报警阈值和螺栓疲劳损伤报警阈值；

螺栓实时轴向应力评估：在螺栓预紧良好的状态下，基于螺栓实时应力监测值和机组实时工况数据，通过人工神经网络或支持向量机的分类建模方法，建立螺栓实时受力状态与机组运行工况信息之间的定量对应关系；之后，根据机组运行工况信息推算出螺栓理论实时轴向应力，并与螺栓实时监测数据进行实时比较，判断螺栓轴力是否在正常范围内；

联轴螺栓疲劳寿命评估：基于联轴螺栓轴向应力在线实测随机变幅荷载下的应力谱，对联轴螺栓的疲劳损伤状态和剩余疲劳寿命进行评估；

机组实时轴向水推力评估：基于螺栓在线监测应力和机组工况数据，通过人工神经网络或支持向量机等的分类建模方法，建立螺栓实时受力状态与机组轴向水推力之间在机组不同或相同运行工况下的定量对应关系，结合数据推算出机组实时轴向水推力；

联接系统可靠性评估：基于联轴螺栓在线实测轴力和疲劳寿命评估，对联接系统的可靠性进行实时或定时评估；

轴系稳定性故障诊断：螺栓实时轴向应力进行在线监测，再结合监测结果、螺栓实时轴向应力变幅报警阈值以及螺栓疲劳损伤报警阈值，对轴系稳定性故障诊断；

所述数据采集，是指利用信号采样单元对应力传感器监测到的信号进行采样，通过对采样控制单元进行调试，使信号采样单元对监测信号的采样频率达到系统所需频率，A/D转换器对采样信号进行模数转换，且转换频率与采样频率同步；

所述数据处理：A/D转换器将转换后的数字信号输入数据处理单元，数据处理单元根据内置逻辑控制程序对数字信号进行计算、判断和分析，包括螺栓实时轴向应力评估、联轴螺栓疲劳寿命评估、机组实时轴向水推力评估、联接系统可靠性评估、轴系稳定性故障诊断，并将计算结果以及判断和分析结果放置在单片机Ⅰ自身的存储器中暂存；

所述数据调用与显示，是指上位计算机对单片机Ⅰ自身的存储器进行访问，将单片机Ⅰ自身存储器中的数据信息读取出来后，以包括数字、图形、图表的形式显示和/或打印出来。

7.如权利要求6所述一种联轴螺栓的安全系数检测方法，其特征在于：采样控制单元中包括单片机Ⅱ，所述前期准备还包括通过上位计算机对单片机Ⅱ写入逻辑控制程序，使水轮发电机在不同的运行状态时，信号采样单元具有相同或不同的采样频率。

8.如权利要求6所述一种联轴螺栓的安全系数检测方法，其特征在于：所述数据处理过程中，单片机Ⅰ自身存储器的存储空间不足以存放新的数据信息时，单片机Ⅰ自身存储器自动从最早的数据信息开始删除，直到能够存放新的数据信息为止。

9.如权利要求6所述一种联轴螺栓的安全系数检测方法，其特征在于：所述数据处理过程中，当螺栓实时轴向应力变幅和/或螺栓疲劳损伤大于预设报警阈值时，数据处理单元主动向上位计算机发射报警信号。

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