一种水工钢闸门应力检测系统及检测方法与流程

专利2022-05-09  2


本发明涉及闸门应力检测技术领域,具体涉及一种水工钢闸门应力检测系统及检测方法。



背景技术:

水工闸门受其工作环境的影响,常出现闸门的工作应力超出允许设计极限、门体结构共振、门叶过度倾斜和卡阻、支铰轴转动等故障现象,严重时会导致水利水电工程出现重大安全事故,因此,闸门运行到一定周期,均需进行安全检测,其中,应力测试是闸门安全检测中的一个重要项目,通常是通过应变片安装在钢闸门各构件受力位置,来检测闸门各构件用例变化情况,为闸门整体性能和运行现状提供重要依据。

而现有的水工闸门工作应力检测系统,通常是采用若干应变片来进行应力检测,如公开号为cn207991721u的中国专利,其公开了一种弧形工作闸门工作应力在线监测系统,采集系统采集第一至十表面式应变传感器的数据至主控系统,主控系统根据已有的弧形工作闸门安全评价指标体系预警数据库和在线监测数据库,数据库由采集并处理后的弧形工作闸门监测数据组成,建立可视化的弧形工作闸门实时在线监测及安全运行管理系统,并对弧形工作闸门的运行现状及其安全可靠性做出综合评估,判断闸门的应力、振动、姿态、支铰轴状态等是否处于合理范围内,设备是否处于运行稳态。该系统的应力采集单元主要依靠十个表面式应变传感器,检测部位固定,使得数据采集途径和检测形式都十分单一,不能形成系统内部的检测数据对比,存在误判漏检的风险;同时,针对闸门的不同工作形态,该系统也不能进行匹配性的针对工作受力部的应力检测,检测途径不灵活,检测方式有待提高。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种水工钢闸门应力检测系统,以多途径的方式提高水工钢闸门的应力检测的准确性,并实现针对水工钢闸门的不同工作形态可切换检测单元或者结合检测单元,以最佳配置的方式提高水工钢闸门的应力检测的灵活性。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:

一种水工钢闸门应力检测系统,包括:

钢闸门本体,其包括梁体、门板和支臂,所述门板两侧设置有门槽;所述梁体包括横梁和纵梁,所述横梁和纵梁交错设置于所述门板背面,将门板背面隔成若干方格;所述支臂设置于所述门板背面中下部并与所述横梁连接;

应变检测单元,其连接于所述钢闸门本体,用于对所述钢闸门本体应力进行应变检测;

声发射检测单元,其连接于所述钢闸门本体的门板和梁体,用于对所述门板和梁体应力进行声发射检测;

振动检测单元,其连接于所述门板的上下端面、所述门槽的内侧以及所述支臂与所述横梁的连接处,用于对所述门板的上下端面、所述门槽的内侧以及所述支臂与所述横梁的连接处进行振动检测;

主控系统,其与所述应变检测单元、声发射检测单元和振动检测单元信号连接。

可选的,所述应变检测单元包括依次信号连接的若干应变传感器、数据采集模块和信号处理模块,所述信号处理模块与所述主控系统信号连接。

可选的,所述应变传感器包括第一门板应变传感器、梁体应变传感器和支臂应变传感器,所述第一门板应变传感器纵横间隔布置于所述门板背面的方格内,所述梁体应变传感器纵横间隔布置于所述横梁和纵梁的交接点处,所述支臂应变传感器布置于所述支臂腹板的上壁面。

可选的,所述梁体应变传感器以门板中部的横梁为界分为上下两组,且两组梁体应变传感器各自独立与数据采集模块连接;所述第一门板应变传感器以门板中部的横梁为界分为上下两组,且两组第一门板应变传感器各自独立与数据采集模块连接。

可选的,所述门板正面与所述门板背面设置的第一门板应变传感器相对称的点位处,设置有若干比照测点;所述应变传感器还包括第二门板应变传感器,所述第二门板应变传感器设置于所述比照测点处。

可选的,所述声发射检测单元包括依次信号连接的若干声发射传感器、前置放大器、信号处理模块,所述信号处理模块与所述主控系统信号连接。

可选的,所述声发射传感器包括横梁声发射传感器、纵梁声发射传感器和门板上缘声发射传感器,所述横梁声发射传感器分别等距布置于位于所述门板中部和下部的两条横梁上,所述纵梁声发射传感器分别左右对称布置于位于门板左右边处的两条边缘纵梁上,所述门板上缘声发射传感器布置于所述门板背面的上缘处。

可选的,所述振动检测单元包括依次信号连接的若干加速度传感器、数据采集模块和信号处理模块,所述信号处理模块与所述主控系统信号连接。

可选的,所述加速度传感器包括设置于所述门板的上下端面的第一加速度传感器、设置于所述门槽内侧的第二加速度传感器以及设置于所述支臂与横梁的连接处的支臂加速度传感器。

可选的,所述主控系统包括cpu,以及连接于cpu的显示模块、操作模块、存储模块和报警模块。

可选的,所述主控系统还包括打印模块。

可选的,所述主控系统还包括水压力传感器,其与所述cpu信号连接,用于测量水压数据并将测量到的水压数据实时传送至cpu。

可选的,所述振动检测单元通过5g通信模块与所述主控系统信号连接。

采用上述水工钢闸门应力检测系统进行水工钢闸门的应力检测的方法,包括以下步骤:

s1、根据水工钢闸门的当前工作形态(包括全开启状态、半开启状态、关闭状态等),确定启用应变检测单元、声发射检测单元、振动检测单元中的一种或者多种检测单元;

s2、系统初始化及自检;

s3、cpu判断自检是否通过,若通过则进入步骤s4;否则,向显示模块发送自检故障,向报警模块发送报警信号;

s4、通过操作模块输入指令开启水压力传感器;水压力传感器将测量到的水压数据实时传送至cpu;

s5、根据步骤s1确定启用的检测单元,通过操作模块输入指令开启对应的检测单元;

s6、步骤s5中开启的检测单元完成数据的采集和处理,处理后的数据传送至cpu进行数据运算和比对,并在显示模块中实时显示数据信息,存储模块定时存储数据信息。

s7、生成检测报告,打印检测报告。

可选的,在步骤s6中,所述数据运算和比对包括:

与水压力传感器传送的水压信息进行关联运算,得到当前水工钢闸门的应力状态与水压的关系,并生成曲线图在显示模块中实时显示。

可选的,在步骤s6中,所述数据运算和比对还包括:

与系统中设定的预警数据库进行实时对比,若超出预警线则触发报警模块进行报警。

与现有技术相比,本发明提供的水工钢闸门应力检测系统,具有应变检测单元、声发射检测单元、振动检测单元三种检测方式,形成了三种单元式的检测单元,且各检测单元既可以独立使用,也可以联合使用,从而不仅可以实现针对水工钢闸门的不同工作形态切换最佳检测单元,使检测方式更加灵活、有效,同时,各检测单元的具体检测位置和部件不完全相同,因此也不会造成检测单元的完全重复和检测资源的浪费,且由于水工钢闸门本身为一整体,因此还可以联合多种检测单元,使各检测单元的检测数据可以在主控系统中进行相互比照和从旁验证,从而提高对水工钢闸门的应力检测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中部分应变传感器和加速度传感器在水工钢闸门上的布置位置示意图。

图2为本发明中声发射传感器在门板上的布置位置示意图。

图3为本发明中第一加速度传感器在门板上端面的布置位置示意图。

图4为本发明的系统结构框体。

图中:

1-钢闸门本体,11-梁体,11a-横梁,11b-纵梁,12-门板,12a-方格,13-支臂,14-门槽;

2-应变检测单元,21-应变传感器,21a-第一门板应变传感器,21b-梁体应变传感器,21c-支臂应变传感器;

3-声发射检测单元,31-声发射传感器,31a-横梁声发射传感器,31b-纵梁声发射传感器,31c-门板上缘声发射传感器;

4-振动检测单元,41-加速度传感器,41a-第一加速度传感器,41b-第二加速度传感器,41c-支臂加速度传感器;

5-主控系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

在本发明的上述描述中,需要理解的是,术语“上”、“中”、“下”、“左”、“右”、“正”、“背”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1-4所示,一种水工钢闸门应力检测系统,包括钢闸门本体1、应变检测单元2、声发射检测单元3、振动检测单元4和主控系统5;本实施例中,所述钢闸门本体1为弧形闸门,其包括梁体11、门板12和支臂13,所述门板12两侧设置有门槽14;所述梁体11包括横梁11a和纵梁11b,所述横梁11a和纵梁11b交错设置于所述门板12背面,将门板12背面隔成若干方格12a;所述支臂13设置于所述门板12背面中下部并与所述横梁11a连接;所述应变检测单元2连接于所述钢闸门本体1,用于对所述钢闸门本体1应力进行应变检测;所述声发射检测单元3连接于所述钢闸门本体1的门板12和梁体11,用于对所述门板12和梁体11应力进行声发射检测;所述振动检测单元4连接于所述门板12的上下端面、所述门槽14的内侧以及所述支臂13与所述横梁11a的连接处,用于对所述门板12的上下端面、所述门槽14的内侧以及所述支臂13与所述横梁11a的连接处进行振动检测;所述主控系统5与所述应变检测单元2、声发射检测单元3和振动检测单元4信号连接。

本水工钢闸门应力检测系统集成了应变检测、声发射检测、振动检测三种检测方式,形成了三种检测单元,且各检测单元既可以独立使用,也可以联合使用,从而不仅可以实现针对水工钢闸门的不同工作形态切换最佳检测单元,使检测方式更加灵活、有效,同时,由于水工钢闸门本身为一整体,因此还可以联合多种检测单元,使各检测单元的检测数据可以在主控系统5中进行相互比照和验证,从而提高对水工钢闸门的应力检测的准确性。

本实施例中,所述应变检测单元2包括依次信号连接的若干应变传感器21、数据采集模块和信号处理模块,所述信号处理模块与所述主控系统5信号连接。其中,所述应变传感器21包括第一门板应变传感器21a、梁体应变传感器21b和支臂应变传感器21c,如图1所示,所述第一门板应变传感器21a纵横间隔布置于所述门板12背面的方格12a内,整体呈网状形式,且各应变片粘贴于所述方格12a的中心点处;所述第一门板应变传感器21a以门板12中部的横梁11a为界分为上下两组,且两组第一门板应变传感器21a各自独立与数据采集模块连接;所述梁体应变传感器21b纵横间隔布置于所述横梁11a和纵梁11b的交接点处,并粘贴于所述交接点的中心处;所述梁体应变传感器21b以门板12中部的横梁11a为界分为上下两组,两组梁体应变传感器21b各自独立与数据采集模块连接;所述支臂应变传感器21c布置于所述支臂13腹板的上壁面,并粘贴于所述支臂13腹板的中心轴线上。

通过将第一门板应变传感器21a和梁体应变传感器21b均设置为独立与数据采集模块连接的上下两组,方便根据水工钢闸门在拦截/泄洪等处于的不同水位状态、受力状态时,可选择性的开启上组、下组或上下两组的检测通道,从而使检测系统的利用率达到最佳,减轻系统的程序计算量。

本实施例中,所述应变传感器为电阻应变片;需要说明的是,在具体设置中,所述应变片的数量可根据水工钢闸门的长宽高尺寸具体设置,本发明不做具体限制。

作为优选方式,本实施例中,对于门体的应力测试,还设置了比照测点(图中未示出),所述比照测点设置于所述门板的正面,且与所述门板背面设置的第一门板应变传感器21a的点位相对称;所述比照测点的数量为所述门板背面的第一门板应变传感器21a测点数量的1/10~1/4;所述应变传感器21还包括第二门板应变传感器(图中未示出),所述第二门板应变传感器设置于所述比照测点处;所述第二门板应变传感器作为比照测点数据采集设备,其型号参数与所述第一门板应变传感器相同,且其同样依次与所述数据采集模块和信号处理模块信号连接。通过设置比照测点及在所述比照测点处设置与所述数据采集模块信号连接的第二门板应变传感器,可以在应变检测单元工作时,通过将第二门板应变传感器传输的数据与第一门板应变传感器传输的数据进行对比,为应变检测单元的数据提供对照验证数据,从而提高检测数据的准确性。

本实施例中,所述声发射检测单元3包括依次信号连接的若干声发射传感器31、前置放大器、信号处理模块,所述信号处理模块与所述主控系统信号连接。其中,所述声发射传感器包括横梁声发射传感器31a、纵梁声发射传感器31b和门板上缘声发射传感器31c,所述横梁声发射传感器31a分别等距布置于位于所述门板12中部和下部的两条横梁11a上,所述纵梁声发射传感器31b分别左右对称布置于位于门板12左右边处的两条边缘纵梁11b上,所述门板上缘声发射传感器31c布置于所述门板12背面的上缘处。通过横梁声发射传感器31a、纵梁声发射传感器31b和门板上缘声发射传感器31c的布置,可实现对闸门的重要承重部位—梁体,和受力薄弱部位—门板上缘,进行应力损伤的重点监测。

本实施例中,所述声发射传感器31的频率为400khz的高灵敏度传感器,所述前置放大器短路噪声的有效值电压小于5μv,且其频率响应变化低于2db,所述信号处理模块内设有滤波器,且所述滤波器的频率响应与所述传感器的频率响应相匹配。

本实施例中,所述振动检测单元4包括依次信号连接的若干加速度传感器41、数据采集模块和信号处理模块,所述信号处理模块与所述主控系统5信号连接。其中,所述加速度传感器41包括设置于所述门板12的上下端面的第一加速度传感器41a、设置于所述门槽14内侧的第二加速度传感器41b以及设置于所述支臂13与横梁11a的连接处的支臂加速度传感器41c。如图3所示,针对弧形闸门,位于所述门板12的上下端面的第一加速度传感器41a沿门板12上下端面的中心曲线布置,以保障振动检测结果的一致性和准确性。本振动检测单元4主要针对所述门板12上容易出现振动损伤的门板底缘、门板顶缘及门槽14,实时检测上述位置的振动加速情况,并通过主控系统5的运算得到相应的应力影响模型,或者与应力检测系统的检测数据进行比照,得到振动加速度与应力数据的曲线图,从而可判断振动加速度对闸门应力的影响。

本实施例中,如图4所示,所述主控系统5包括cpu,以及连接于cpu的显示模块、操作模块、存储模块、报警模块和打印模块;作为优选,还包括与所述cpu信号连接的水压力传感器。其中,所述显示模块连接有显示屏,实时显示检测的数据信息和操作信息;所述操作模块连接有操作设备;所述存储模块为内置式高速固态存储器,可快速存储和读取数据;所述报警模块连接有报警器,当cpu中运算出检测到的应力数据超出系统中设定的预警线时,则通过所述报警模块触发报警器进行报警;所述打印模块用于打印检测报告;所述水压力传感器实时测量水流压力,并将数据传送至cpu,cpu可通过将检测到的应力数据等与水压力传感器传送的水压信息进行关联运算,得到当前水工钢闸门的应力状态与水压的关系,并生成曲线图在显示模块中实时显示,为工程师针对水流压力来进行水工钢闸门的设计提供数据依据。

所述应变检测单元2、声发射检测单元3、振动检测单元4和主控系统5的数据信号传输载体为双绞屏蔽线缆;作为优选,本实施例中,所述振动检测单元4通过5g通信模块与所述主控系统信号连接。通过将振动检测单元4的数据信息通过5g通信模块进行传输,可减少整个水工钢闸门应力检测系统的布线繁杂度,同时也可降低系统的电磁干扰。

实施例二

本实施例提供一种采用上述水工钢闸门应力检测系统进行水工钢闸门的应力检测的方法,包括以下步骤:

s1、根据水工钢闸门的当前工作形态(包括全开启状态、半开启状态、关闭状态等),确定启用应变检测单元、声发射检测单元、振动检测单元中的一种或者多种检测单元;如若水工钢闸门处于全开启状态,可选择启用振动检测单元,若处于半开启状态,可选择启用应变检测单元中的上组检测单元和振动检测单元,若处于关闭状态,可选择启用全部的三种检测单元进行闸门应力状态监测;

根据水工钢闸门的当前工作的具体形态和检测需求,还可以选择其他检测单元组合方式;

s2、系统初始化及自检;该步骤包括电源检测、通信通道检测、数据初始化、存储空间检测等等,为系统检测工作的正式启动做准备;

s3、cpu判断自检是否通过,若通过则进入步骤s4;系统自检过程在显示模块实时显示,若自检发现存在故障,显示模块会实时显示故障信息,同时向报警模块发送报警信号,报警器报警,提供工程师进行故障修理;

s4、通过操作模块输入指令开启水压力传感器;水压力传感器将测量到的水压数据实时传送至cpu;

s5、根据步骤s1确定启用的检测单元,通过操作模块输入指令开启对应的检测单元;

s6、步骤s5中开启的检测单元完成数据的采集和处理,处理后的数据传送至cpu进行数据运算和比对,并在显示模块中实时显示数据信息,存储模块定时存储数据信息。

s7、生成检测报告,打印检测报告。

在步骤s6中,所述数据运算和比对包括:

①与水压力传感器传送的水压信息进行关联运算,得到当前水工钢闸门的应力状态与水压的关系,并生成曲线图水在显示模块中实时显示。

②与系统中设定的预警数据库进行实时对比,若超出预警线则触发报警模块进行报警。

通过上述方法,可对水工钢闸门启闭振动加速度、高低水压下闸门的应力变化等单独检测和对比性检测,检测方式灵活,检测数据互相验证,可提高检测结果的准确性。

需要说明的是,本发明中所述的各检测单元、主控系统等均有对应的电源电机设备进行电能供给,电源设备的连接方式及电能供给方式为本领域公知技术,各结构涉及的电气关系,包括各检测单元的启闭控制、报警器的触发控制等,也是本领域的公知常识,本发明不做具体限制和说明。

本发明中不做具体限制的技术方案,均为本领域技术人员通过常规方法即可实现相应效果的技术方案,本领域技术人员是熟知的。

以上所述仅为本发明的某些示例性实施例,因此,附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。同时应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可通过各种不同方式做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

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