一种水轮机转轮状态实时在线监测装置的制作方法

1.本实用新型属于水电站设备监测领域，更具体地，涉及一种水轮机转轮状态实时在线监测装置。


背景技术：

2.水轮机转轮是水电站机组的关键部件之一，转轮长期工作在恶劣环境中，其承受载荷较大、受力情况复杂，极易产生空化空蚀和疲劳裂纹现象，严重破坏水电站机组的工作效率和运行性能。因此，深入开展水轮机转轮状态实时在线监测，基于监测结果指导转轮运行维护，可以有效降低转轮故障率以及运维支出，对电站安全稳定运行具有十分重要的意义。
3.经过实地勘探和文献调研，现有水电站转轮监测方法多数是现地存储监测信号，后续对离线数据进行分析，难以实时监测转轮运行状态和远距离传输监测信号。此外，目前水电站转轮监测方法中由于传感器配置不合适，导致其监测不够准确。目前关于大型水电站水轮机转轮在线监测手段和配置研究较少，亟待开发一种水轮机转轮状态实时在线监测装置，解决上述存在的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的缺陷和改进需求，本实用新型提供了一种水轮机转轮状态实时在线监测装置，其目的在于实时且准确地监测水轮机转轮的状态。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了一种水轮机转轮状态实时在线监测装置，包括监测采集模块、远程通讯模块和存储显示模块；所述监测采集模块设置在与转轮距离最近的顶盖支墩处，用于实时同步监测采集所述顶盖支墩的振动加速度信号和声发射信号；远程通讯模块的两端分别连接所述监测采集模块和所述存储显示模块，用于将所述监测采集模块监测采集到的振动加速度信号和声发射信号发送至所述存储显示模块；所述存储显示模块用于对接收到的振动加速度信号和声发射信号进行存储及动态显示。
6.更进一步地，所述监测采集模块包括多路振动加速度传感器、多路声发射传感器和动态数据采集器。
7.更进一步地，所述振动加速度传感器和所述声发射传感器均为四路，四路振动加速度传感器设置在顶盖支墩上互相垂直的四个方位处，四路声发射传感器设置在顶盖支墩上互相垂直的四个方位处。
8.更进一步地，所述振动加速度传感器的频率响应范围为1-20khz，所述声发射传感器的频率响应范围为100-300khz。
9.更进一步地，所述动态数据采集器包括多个振动加速度采集卡和多个声发射采集卡，各振动加速度采集卡的采样率和采样通道adc位数相同，各声发射采集卡的采样率和采样通道adc位数相同。
10.更进一步地，所述动态数据采集器还包括时钟单元，所述时钟单元用于产生同步
触发信号，并通过以太网同步传输至各所述振动加速度采集卡和各所述声发射采集卡。
11.更进一步地，所述远程通讯模块包括通过光纤线缆依次连接的现地光电转换器、现地光纤配线架、远端光纤配线架和远端光电转换器，所述现地光电转换器通过网线连接所述监测采集模块，所述远端光电转换器通过网线连接所述存储显示模块。
12.更进一步地，所述存储显示模块包括数据存储单元和动态显示单元，所述数据存储单元和所述动态显示单元之间通过信号线缆连接。
13.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：通过将监测采集模块设置在与转轮距离最近的顶盖支墩处，提高了水轮机转轮状态监测的准确性，通过远程通讯模块将现地端的转轮监测信号远距离传输至远端，最终由远端的存储显示模块对水轮机转轮状态实时在线监测信号进行存储显示，为水轮机转轮实时状态评估和生命周期预测奠定硬件基础，兼具测量准确、实时监测、远程传输、数据存储、动态显示转轮状态等优势，提高了水电站转轮智能化维护水平。
附图说明
14.图1为本实用新型实施例提供的水轮机转轮状态实时在线监测装置的结构框图；
15.图2为本实用新型实施例提供的水轮机转轮状态实时在线监测装置的硬件装置示意图；
16.图3为本实用新型实施例提供的振动加速度传感器和声发射传感器的部署位置剖面图；
17.图4为本实用新型实施例提供的监测采集模块中同步采集的原理图；
18.图5为本实用新型实施例提供的定时存储策略原理图；
19.图6为本实用新型实施例提供的定期清除策略原理图。
20.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
21.1为振动加速度传感器，2为声发射传感器，3为顶盖支墩，4为导叶连杆。
具体实施方式
22.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
23.在本实用新型中，本实用新型及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
24.图1为本实用新型实施例提供的水轮机转轮状态实时在线监测装置的结构框图。参阅图1，结合图2-图6，对本实施例中水轮机转轮状态实时在线监测装置进行详细说明。
25.水轮机转轮状态实时在线监测装置包括监测采集模块、远程通讯模块和存储显示模块。监测采集模块设置在与转轮距离最近的顶盖支墩处，用于实时同步监测采集顶盖支墩的振动加速度信号和声发射信号。远程通讯模块的两端分别连接监测采集模块和存储显示模块，用于将监测采集模块监测采集到的振动加速度信号和声发射信号发送至存储显示模块。存储显示模块用于对接收到的振动加速度信号和声发射信号进行存储及动态显示。
26.监测采集模块包括多路振动加速度传感器、多路声发射传感器和动态数据采集器，如图1、图2和图4所示。该动态数据采集器为高速动态数据采集器。
27.振动加速度传感器和声发射传感器均为四路，四路振动加速度传感器设置在顶盖支墩上互相垂直的四个方位处，四路声发射传感器设置在顶盖支墩上互相垂直的四个方位处，如图3所示。参阅图3，振动加速度传感器1和声发射传感器2均部署安装于顶盖支墩3任意互相垂直处，用于捕获转轮实时监测信号，顶盖支墩3处于导叶连杆4下方。
28.振动加速度传感器的频率响应范围为1-20khz，以便采集表征转轮空化空蚀的信号。声发射传感器的频率响应范围为100-300khz，以便采集表征转轮裂纹的信号。
29.动态数据采集器包括多个振动加速度采集卡和多个声发射采集卡，如图2所示。振动加速度采集卡和声发射采集卡的具体数量和基本属性应满足数据采集要求。
30.各振动加速度采集卡的采样率和采样通道adc位数相同，各声发射采集卡的采样率和采样通道adc位数相同，保证采样时钟同频同源，实现监测数据高效同步采集传输。
31.动态数据采集器还包括时钟单元，时钟单元用于产生同步触发信号，并通过以太网同步传输至各振动加速度采集卡和各声发射采集卡，如图4所示。具体地，例如通过以太网用户数据包协议(user datagram protocol，udp)传输至各振动加速度采集卡和各声发射采集卡。
32.本实施例中，振动加速度传感器例如为352a60单轴加速度传感器，其频率响应范围为5-60khz，涵盖1-20khz转轮空化空蚀监测频段。声发射传感器例如为1045swa传感器，其频率响应范围为频响范围50khz-1300khz，涵盖100-300khz转轮裂纹监测频段，该声发射传感器需与pxpa2放大器配合使用。动态数据采集器例如为ipotest-100数据采集仪，包括两张振动加速度采集卡和两张声发射采集卡，振动加速度采集卡采样率为125ksps，声发射采集卡采样率均为1msps，各采集卡均为双通道，通道电压为
±
10v，adc为16位。
33.远程通讯模块包括通过光纤线缆依次连接的现地光电转换器、现地光纤配线架、远端光纤配线架和远端光电转换器，确保远距离传输数据不失真，实现转轮状态监测信号的远程传输，如图1和图2所示。现地光电转换器通过网线连接监测采集模块，远端光电转换器通过网线连接存储显示模块，网线带宽需满足数据容量传输要求。网线例如为六类千兆网线，六类千兆网线网络带宽满足本实施例的数据容量传输要求。
34.存储显示模块包括数据存储单元和动态显示单元，数据存储单元和动态显示单元之间通过信号线缆连接，如图1和图2所示。数据存储单元通过网线连接远端光电转换器，对接收到的振动加速度信号和声发射信号进行存储。动态显示单元用于对数据存储单元存储的振动加速度信号和声发射信号进行实时动态显示，为水轮机转轮实时状态评估和生命周期预测提供数据展示平台。
35.本实施例中，存储显示模块设置在远端值班室内，其数据存储单元例如为ipc610工控机，其动态显示单元例如为tl-1704gk显示器。
36.数据存储单元采用的存储策略包括定时存储策略和越限存储策略，并通过定期清除策略及时释放磁盘空间，保证采集监测信号永续存储。
37.参阅图5，定时存储策略为每隔一定监测周期t触发定时存储机制，并抽取监测周期t内时间段t的数据进行存储(t＞t)，监测周期t由所需监测数据量要求涵盖的时间段确定，存储时间段t由所需监测数据量除以采集卡采样率确定。定时存储策略例如采用1小时
存储1分钟监测数据的形式。
38.越限存储策略动态识别监测信号是否超过安全阈值，若监测信号超过安全阈值则启动越限存储机制，实时记录转轮状态异常监测数据。安全阈值由工况监测数据和统计学原理确定。
39.参阅图6，定期清除策略设置数据保留时间区间tt∈[time-t
′
，time]，其中，time为系统当前时刻，t
′
为数据保留时间段，t
′
例如为3个月。当不满足数据保留时间区间tt时启动动态清除监测数据的机制，保证磁盘持续有充裕的存储空间，数据保留时间区间tt根据所需分析数据量要求涵盖的时间段决定。对于越限的异常监测数据单独备份存储，后续着重分析转轮典型故障产生的根源。
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本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水轮机转轮状态实时在线监测装置，其特征在于，包括监测采集模块、远程通讯模块和存储显示模块；所述监测采集模块设置在与转轮距离最近的顶盖支墩处，用于实时同步监测采集所述顶盖支墩的振动加速度信号和声发射信号；所述远程通讯模块的两端分别连接所述监测采集模块和所述存储显示模块，用于将所述监测采集模块监测采集到的振动加速度信号和声发射信号发送至所述存储显示模块；所述存储显示模块用于对接收到的振动加速度信号和声发射信号进行存储及动态显示。2.如权利要求1所述的水轮机转轮状态实时在线监测装置，其特征在于，所述监测采集模块包括多路振动加速度传感器、多路声发射传感器和动态数据采集器。3.如权利要求2所述的水轮机转轮状态实时在线监测装置，其特征在于，所述振动加速度传感器和所述声发射传感器均为四路，四路振动加速度传感器设置在顶盖支墩上互相垂直的四个方位处，四路声发射传感器设置在顶盖支墩上互相垂直的四个方位处。4.如权利要求2或3所述的水轮机转轮状态实时在线监测装置，其特征在于，所述振动加速度传感器的频率响应范围为1-20khz，所述声发射传感器的频率响应范围为100-300khz。5.如权利要求2所述的水轮机转轮状态实时在线监测装置，其特征在于，所述动态数据采集器包括多个振动加速度采集卡和多个声发射采集卡，各振动加速度采集卡的采样率和采样通道adc位数相同，各声发射采集卡的采样率和采样通道adc位数相同。6.如权利要求5所述的水轮机转轮状态实时在线监测装置，其特征在于，所述动态数据采集器还包括时钟单元，所述时钟单元用于产生同步触发信号，并通过以太网同步传输至各所述振动加速度采集卡和各所述声发射采集卡。7.如权利要求1所述的水轮机转轮状态实时在线监测装置，其特征在于，所述远程通讯模块包括通过光纤线缆依次连接的现地光电转换器、现地光纤配线架、远端光纤配线架和远端光电转换器，所述现地光电转换器通过网线连接所述监测采集模块，所述远端光电转换器通过网线连接所述存储显示模块。8.如权利要求1所述的水轮机转轮状态实时在线监测装置，其特征在于，所述存储显示模块包括数据存储单元和动态显示单元，所述数据存储单元和所述动态显示单元之间通过信号线缆连接。

技术总结
本实用新型公开了一种水轮机转轮状态实时在线监测装置，属于水电站设备监测领域，包括：监测采集模块、远程通讯模块和存储显示模块；监测采集模块设置在与转轮距离最近的顶盖支墩处，用于实时同步监测采集顶盖支墩的振动加速度信号和声发射信号；远程通讯模块的两端分别连接监测采集模块和存储显示模块，用于将监测采集模块监测采集到的振动加速度信号和声发射信号发送至存储显示模块；存储显示模块用于对接收到的振动加速度信号和声发射信号进行存储及动态显示。通过将监测采集模块设置在与转轮距离最近的顶盖支墩处，可以实时且准确地监测水轮机转轮的状态。确地监测水轮机转轮的状态。确地监测水轮机转轮的状态。


技术研发人员：冉垠康 周建中 周晓东 蔡银辉 王彤 李洁宁 刘颉 许颜贺 刘宝楠 李玉鑫 段然 毛伟杰 谭卫林 刘伟 岳林林 高鹏飞 王树杰 刘燚
受保护的技术使用者：国能大渡河检修安装有限公司
技术研发日：2021.11.17
技术公布日：2022/5/25