CN113091830A - 一种电站高温螺栓服役状态监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电站高温螺栓服役状态监测系统及方法，该系统包括若干个汽缸，汽缸包括汽缸上半（7）和汽缸下半（8），汽缸上半（7）和汽缸下半（8）之间设置有中分面（9），汽缸内设置有螺栓（1），汽缸上端设置有与螺栓（1）相匹配的螺母（2），螺栓（1）上端设置有应变片（3），应变片（3）通过数据输出线（4）与应变测量仪（6）相连接，数据输出线（4）设置于线束套管（5）内，应变测量仪（6）与信号放大器（10）相连接，信号放大器（10）与计算机（11）相连接。本发明可以及时发现螺栓受力异常，避免螺栓发生断裂导致漏气等事故；可以判断螺栓安装工艺是否符合要求；进一步提升机组运行的稳定性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及火力发电技术领域，尤其涉及一种电站高温螺栓服役状态监测系统及方法。
背景技术
在超超临界火电机组汽轮机中，如汽缸、汽门等大型部件的中分面需要使用高温螺栓进行连接紧固。电站高温螺栓在运行中受到高温和复杂载荷的交互作用，由于蠕变、松弛等，常常发生断裂。螺栓的断裂失效使得汽缸或汽门紧固力重新分布，轻则加速周围其它螺栓寿命损耗，重则会导致密封面蒸汽泄漏，甚至会造成“机毁人亡”的恶性事故。但由于汽轮机汽缸、汽门在服役时均被保温层包覆，人眼不可能直接观察到。加之检修周期较长且并非每次检修都会进行解体检查，某颗螺栓的断裂不能被及时发现，存在很大的安全隐患。因此，有必要对螺栓在服役时轴向应力、温度等状态进行在线监测，以便随时发现螺栓异常情况，避免事故的发生。
现有技术中，对于螺栓应变的在线监测，“风力发电机组螺栓在线状态监测系统及方法”（申请公布号：CN108709724）提供一种风力发电机组螺栓在线状态监测系统，该系统利用应力垫圈传感器监测螺栓轴向应力数值的大小，准确的对螺栓的使用状态进行评估，以辅助对螺栓寿命的监控与预测。但风机螺栓的服役环境不需要考虑温度因素，因此该系统不适合直接应用于火力发电机组。现有专利“一种汽轮机高温高压蒸汽阀盖变形监测系统”（申请公布号：CN212059346U）通过在线监测阀盖的严密性，防止因螺栓断裂导致阀盖变形翘起而发生高温高压蒸汽泄漏。但该技术仅能监测螺栓断裂对阀盖变形产生的影响，未能监测螺栓断裂前的情况而提前做好预防措施。
发明内容
为解决上述问题，本发明一方面提供了一种电站高温螺栓服役状态监测系统，包括若干个汽缸，所述汽缸包括汽缸上半和汽缸下半，所述汽缸上半和汽缸下半之间设置有中分面，所述汽缸内设置有螺栓，所述汽缸上端设置有与螺栓相匹配的螺母，所述螺栓上端设置有应变片，所述应变片通过数据输出线与应变测量仪相连接，所述数据输出线设置于线束套管内，所述应变测量仪与信号放大器相连接，所述信号放大器与计算机相连接。
优选的，所述螺栓含中心孔，所述应变片设置于螺栓中心孔内。
优选的，所述应变片为高温应变片。
优选的，所述应变测量仪为高温应变测量仪。
优选的，所述汽缸设置于汽轮机内。
本发明另一方面提供了一种电站高温螺栓服役状态监测方法，该方法包括如下步骤：
S1：通过应变片和应变测量仪采集各个监测点螺栓的轴向应变量和温度数据；
S2：通过信号放大器将采集到的轴向应变量和温度数据转换并存储为数字信号；
S3：通过计算机将轴向应变量转换为相应温度下的轴向应力值；
S4：集中接收单个汽轮机组各个监测点的监测数据，以形成所有机组历史数据，进行绘制和对比，并对异常螺栓的瞬态数据进行记录并发出警示。
本发明的有益效果在于：设置有高温应变测量仪，可以同时收集到电站高温螺栓服役的实时温度和轴向应变量；通过在线监测螺栓的应变情况并换算成轴向应力，可以及时发现螺栓受力异常，避免螺栓发生断裂导致漏气等事故；通过螺栓安装前后的数据情况，可以判断螺栓安装工艺是否符合要求；设有报警值，在螺栓状态异常时及时报警，据此可以采取相应的应对措施，进一步提升机组运行的稳定性和安全性。
附图说明
图1是本发明结构示意图一；
图2是本发明结构示意图二；
图3是本发明一种实施例系统框图；
图中：1-螺栓，2-螺母，3-应变片，4-数据输出线，5-线束套管，6-应变测量仪，7-汽缸上半，8-汽缸下半，9-中分面，10-信号放大器，11-计算机。
具体实施方式
参阅图1-2，本发明一方面提供了一种电站高温螺栓服役状态监测系统， 包括若干个汽缸，所述汽缸包括汽缸上半7和汽缸下半8，所述汽缸上半7和汽缸下半8之间设置有中分面9，所述汽缸内设置有螺栓1，所述汽缸上端设置有与螺栓1相匹配的螺母2，所述螺栓1上端设置有应变片3，所述应变片3通过数据输出线4与应变测量仪6相连接，所述数据输出线4设置于线束套管5内，所述应变测量仪6与信号放大器10相连接，所述信号放大器10与计算机11相连接，所述螺栓1含中心孔，该中心孔为螺栓1上端圆孔，所述应变片3设置于螺栓1上端圆孔内，不需要改变螺栓1的出厂规格或重新加工，所述应变片3为高温应变片，所述应变测量仪6为高温应变测量仪，所述汽缸设置于汽轮机内，所述汽缸还可以为汽门。集中接收单个汽轮机各个监测点的监测数据，并通过信号放大器10存储为数字信号，上传至包含数据处理系统的计算机11，所述计算机11收集所有监测点数据的数字信号，并形成历史数据，可以在计算机上对所收集的数据进行绘制、对比和趋势分析。本系统能够对整个火力发电机组各个监测点的螺栓1进行统一管理，更为有效的保护火力发电机组的运行安全，对于超出设定阀值的机组能够给予实施安全停机策略。
所述高温应变测量仪增加温度补偿功能，测试应变温度可达11000C，可以同时收集多个监测点位置的应变和温度，以评估螺栓1缺陷的发生和扩展情况，保证汽轮机安全正常运行，每台汽轮机对应使用少量的高温应变测量仪，即可对所有高温螺栓1的状态进行实时监测。通过计算机11可以将螺栓1的应变值换算成应力值，输出实时曲线，还可以在计算机上设置应力和温度数据的报警值，在监控螺栓1实时状态的同时为螺栓1的寿命预测提供参考。本系统还可以在汽轮机启动前检测高温螺栓1的安装工艺是否满足要求，避免人为因素导致螺栓1早期失效。
具体的，应变片3在安装前经过标定，并随同螺栓1一并安装，可以判断螺栓预紧力是否达到施工要求。
本发明另一方面提供了一种电站高温螺栓服役状态监测方法，该方法包括如下步骤：
S1：通过应变片3和应变测量仪6采集各个监测点螺栓1的轴向应变量和温度数据；
S2：通过信号放大器10将采集到的轴向应变量和温度数据转换并存储为数字信号；
S3：通过计算机11将轴向应变量转换为相应温度下的轴向应力值；
S4：集中接收单个汽轮机组各个监测点的监测数据，以形成所有机组历史数据，进行绘制和对比，并对异常螺栓1的瞬态数据进行记录并发出警示。
可以理解的，图1和图2显示了高温应变测量仪和应变片3的安装结构和单个汽轮机的整体螺栓1监测系统结构图，用于理解本发明中各部分的组成和整体结构情况。为了更好理解本发明的具体实施，本发明提出了一种实施例，参阅图3，某电厂共有超超临界机组2台，汽轮机高中压缸中分面螺栓情况如图3所示，在本实施例中，具体具体监测方法如下：
步骤一：对应变片和高温应变测量仪进行校验；
步骤二：将应变片按照图1所示安装好；
步骤三：螺栓按要求安装到位；
步骤四：将应变片、高温应变测量仪、信号放大器、计算机安装图2所示结构进行连接；
步骤五：在计算机上设置每颗螺栓的材料牌号，并按照计算模型设置轴向应力和温度的报警值；
步骤六：启动本监测系统开始工作；
步骤七：在汽轮机外部整体增加保温层；
步骤八：汽轮机启动，在线监测所有高中压缸中分面螺栓的温度、轴向应力情况。
需要说明的是，本实施例中对应变片和高温应变测量仪进行校验的目的是保证结果的准确性和数据的有效性，校验工作可由专业的测量校准机构进行；在应变片安装前需要将螺栓内部通孔的灰尘清理干净并使用酒精清洗；应变片通过耐高温可达10000C的高温合成胶黏剂粘贴在高温螺栓中心的圆孔内；螺栓应使用可以预设扭力值的力矩扳手，严格按照厂家设定的温度条件、预紧力等参数完成安装，避免因人为因素导致螺栓受力过载影响螺栓寿命；应变片安装完成后，应变片连接的数据输出线使用小口径的不锈钢管加以保护，穿过保温层连接到外部的高温应变测量仪上；按照输出轴向应力最大值达到抗拉强度的80%时设置应力报警值；当实时温度接近螺栓材料的许用温度极限时同样发出报警；启动本监测系统开始工作，即可根据实时应力示数检查螺栓安装工艺是否符合要求；加盖保温层时可通过实时数据检测是否损伤应变片发的数据输出线，必须小心操作。
需要说明的是，上所述仅是本发明较佳实施例，不能以此来限定本发明之权利范围，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种电站高温螺栓服役状态监测系统，包括若干个汽缸，其特征在于，所述汽缸包括汽缸上半（7）和汽缸下半（8），所述汽缸上半（7）和汽缸下半（8）之间设置有中分面（9），所述汽缸内设置有螺栓（1），所述汽缸上端设置有与螺栓（1）相匹配的螺母（2），所述螺栓（1）上端设置有应变片（3），所述应变片（3）通过数据输出线（4）与应变测量仪（6）相连接，所述数据输出线（4）设置于线束套管（5）内，所述应变测量仪（6）与信号放大器（10）相连接，所述信号放大器（10）与计算机（11）相连接。
2.如权利要求1所述的一种电站高温螺栓服役状态监测系统，其特征在于，所述螺栓（1）含中心孔，所述应变片（3）设置于螺栓（1）中心孔内。
3.如权利要求1所述的一种电站高温螺栓服役状态监测系统，其特征在于，所述应变片（3）为高温应变片。
4.如权利要求1所述的一种电站高温螺栓服役状态监测系统，其特征在于，所述应变测量仪（6）为高温应变测量仪。
5.如权利要求1所述的一种电站高温螺栓服役状态监测系统，其特征在于，所述汽缸设置于汽轮机内。
6.一种基于权利要求1-5任意一项所述的电站高温螺栓服役状态监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：通过应变片（3）和应变测量仪（6）采集各个监测点螺栓（1）的轴向应变量和温度数据；
S2：通过信号放大器（10）将采集到的轴向应变量和温度数据转换并存储为数字信号；
S3：通过计算机（11）将轴向应变量转换为相应温度下的轴向应力值；
S4：集中接收单个汽轮机组各个监测点的监测数据，以形成所有机组历史数据，进行绘制和对比，并对异常螺栓（1）的瞬态数据进行记录并发出警示。
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