Page 106 - 无损检测2023年第九期

仪器研制

DOI : 10.11973 / ws j c202309013

水轮机涡轮螺栓多通道超声波应力

智能监测系统

项兴华 , 薛楚扬 , 王 晨 , 李德红 , 王志武 2
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( 1. 国网浙江紧水滩电厂, 丽水 323000 ; 2. 武汉大学 动力与机械学院, 武汉 430072 )
摘 要: 水轮机上下蜗壳连接35CrMo钢螺栓, 利用35CrMo钢螺栓的超声波声时比与轴向

应力之间满足良好的线性关系这一规律, 依据 FPGA 技术及数据算法, 构建了一套24通道的超声
波应力智能监测系统。该测定系统由一台超声波仪、 24个压电式探头、 一台通道转换器、 一台显示
和控制工控机组成, 可同时检测24个螺栓的实时弹性应力, 实现实时应力的测定。利用该系统进
行了实际轴向应力的测定, 结果表明, 其误差完全可以满足工程要求。

关键词: 超声波检测; 轴向应力; 35CrMo ; 水轮机

中图分类号: TG142.1 ; TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2023 ) 09-0068-06

Intelli g entstressmonitorin g s y stembasedonmulti-channelultrasonicwaveforturbinebolts

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XIANGXin g hua , XUEChu y an g WANGChen , LIDehon g WANGZhiwu 2
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( 1.StateGridZhe j ian g JinshuitanPowerPlant , Lishui323000 , China ;

2.SchoolofPowerandMechanicalEn g ineerin g , WuhanUniversit y , Wuhan430072 , China )

Abstract : Theu pp erandlowervolutesofthewaterturbineareconnectedwith35CrMosteelbolts.B y utilizin g

thelinearrelationshi pbetweentheultrasonicacoustic-timeratioof35CrMosteelboltsandaxialstress , a24

channelsultrasonicstressintelli g ent monitorin gs y stem wasconstructedbasedonFPGAtechnolo gyanddata

al g orithms.Thes y stemconsistedofanultrasonicinstrument , 24p iezoelectricp robes , achannelconverter , a

dis p la y andcontrolindustrialcom p uter , Itcansimultaneousl ydetectthereal-timeelasticstressof24bolts ,

achievin g real-timestressmeasurement.Andtheactualaxialstresswasmeasuredusin g thiss y stem , andtheresults

showedthattheerrorcouldfull ymeettheen g ineerin g re q uirements.

Ke ywords : ultrasonictestin g ; axialstress ; 35CrMo ; waterturbine
在水电机组中, 许多重要结构部件均是通过螺 因为螺栓 - 螺母出现松动而引起螺栓疲劳破坏, 最终
栓实现连接的, 如上下蜗壳、 主轴、 人孔门等 [ 1 ] 。螺 导致了水轮机重大事故 [ 3 ] 。
栓安装的质量直接关系到水电机组的安全。目前, 文章以水轮机涡轮35CrMo钢连接螺栓为研究
螺栓安装普遍采用扭矩法或扭矩 / 转角法, 存在不能 对象, 通过拉伸试验, 测定弹性范围内35CrMo钢所
准确确定实际预紧力大小的问题, 即存在预紧力不 受应力对应的超声波横波 / 纵波声时比数值, 建立超
足或预紧力过盈的问题。螺栓预紧力过盈, 会引起 声横波与纵波的传播声时比与应力的关系式, 通过
塑性变形, 螺栓根部容易产生裂纹; 预紧力不足会导 软件实现应力实时测定的功能, 通过通道转换器实
致连接不充分, 连接处可能产生相对滑动或密封不 现24通道测量的循环转换, 并在控制平台实现数据
严的问题 [ 2 ] 。俄罗斯的萨扬·舒申斯克水电站, 曾 显示和功能控制, 最终建立了一套基于超声弹性效
应原理的多通道超声横纵波螺栓应力智能监测系
统。利用该系统, 一方面, 在螺栓紧固之后, 可以即
收稿日期: 2023-02-10
时测定实际预紧力大小以判定预紧力是否处于合理
作者简介: 项兴华( 1975- ), 男, 硕士, 副厂长, 高级工程师, 高级
技师, 主要从事水电设备检修管理, 金属监督管理工作 范围, 从而对过盈和应力不足进行补救; 另一方面,
通信作者: 薛楚扬, 1500363395@ qq .com 在机组运行期间, 可以监测螺栓的应力值及其变化,
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2023年 第45卷 第9期
无损检测