一种液力耦合器叶片疲劳寿命预测系统及方法

本发明涉及叶片疲劳寿命预测，特别涉及一种液力耦合器叶片疲劳寿命预测系统及方法。

背景技术：

1、近几十年来我国在各方面高速发展，取得了巨大成就，同时对能源更加依赖。因此能源领域安全问题与高效利用对于维持国家命脉以及经济社会健康发展具有重大意义。在工业领域节能技术中，调速型液力耦合器由于其实现方法便捷、节能效果显著而受广泛重视，它主要应用于承担电力系统基荷部分的核电与火电领域。

2、作为核/火电站主给水泵的核心调速装置，液力耦合器具有平稳启动、无极调速、减缓设备冲击扭振、改善传动品质等优点。作为一种典型调速装置，它主要依靠叶轮中液体的动能来传递动力，通过泵轮将输入轴的机械能转化为液体动能，再由涡轮将动能转化为机械能。在液力耦合器调速过程中，泵轮转速保持不变，通过勺管改变腔内充液率，达到调速输出转速的目的。

3、为匹配不断增加的装机容量，液力耦合器正朝着高转速、大尺寸的方向发展，因此在工作过程中腔体内液体作用大的同时，也承受高转速带来的巨大离心力。调速过程中由于工作机载荷发生实时变化，内部充液率以及输出转速随之改变，其所受载荷作用不断变化，而交替的载荷可能导致其叶片结构产生损伤积累导致裂纹产生，最终导致叶片疲劳破坏，这将直接导致传动系统失效，可能致使电站出现重大安全事故。因此对液力耦合器叶片疲劳寿命展开预测是必要的。

4、如图1所示，液力耦合器在不同工况下其叶片结构会出现应力集中的现象，同时应力变化幅度相对较大，使得叶片可能出现疲劳现象，影响设备安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术问题，提出一种液力耦合器叶片疲劳寿命预测系统及方法。

2、本发明提供的一种液力耦合器叶片疲劳寿命预测系统，包括：包括：液力耦合器子系统、应力监测子系统、数据采集子系统和叶片疲劳寿命计算子系统；

3、其中，所述液力耦合器子系统用于电站给水泵传动与调速；

4、所述应力监测子系统与所述液力耦合器子系统连接，所述应力监测子系统用于采集液力耦合器的各监测点的无线信号；

5、所述数据采集子系统与所述应力监测子系统连接，所述数据采集子系统用于接收所述各监测点的无线信号并对所述无线号进行处理，得到处理应力数据；

6、所述叶片疲劳寿命计算子系统与所述数据采集子系统连接，所述叶片疲劳寿命计算子系统用于基于所述处理应力数据进行液力耦合器叶片疲劳寿命的预测。

7、优选地，所述液力耦合器子系统包括泵轮和涡轮；

8、其中，所述泵轮包括泵轮叶轮和泵轮叶片；

9、所述涡轮包括涡轮叶轮和涡轮叶片。

10、优选地，所述应力监测子系统包括监测器和无线信号接收器；

11、其中，所述监测器用于采集并发送各监测点的无线信号；

12、所述无线信号接收器包括信号接收端，所述无线信号接收器用于接收所述监测器发出的无线信号。

13、优选地，所述监测器包括应力传感器、信号发射端、信息采集装置和固定螺栓；

14、其中，所述应力传感器经固定螺栓与所述泵轮叶片和所述涡轮叶片固定连接，所述应力传感器用于采集所述泵轮叶片和所述涡轮叶片的应力电压信号；

15、所述信息采集装置用于存储所述应力电压信号；

16、所述信号发射端用于将所述应力电压信号转换为无线信号并发送。

17、优选地，所述数据采集子系统包括示波器；

18、所述示波器用于将所述无线信号转换为数据波形；

19、其中，所述数据采集子系统基于所述示波器得到所述处理应力数据的过程包括：

20、接收所述应力监测子系统采集的各监测点的无线信号；其中，一个无线信号包括对应监测点的三种主应力数据；

21、将各监测点的无线信号转换为对应的电压信号；

22、所述电压信号经所述示波器处理得到数据波形；

23、所述数据波形经matlab滤波程序处理得到所述处理应力数据，其中，所述处理应力数据包括对应监测点的三种主应力数据。

24、优选地，所述叶片疲劳寿命计算子系统包括计算机；

25、所述计算机用于预测液力耦合器叶片疲劳寿命；

26、其中，基于所述计算机进行液力耦合器叶片疲劳寿命预测的过程包括：

27、基于所述三种主应力数据得到监测点等效应力时程曲线；

28、基于所述监测点等效应力时程曲线得到对应平均；

29、基于goodman理论对所述等效应力时程曲线的对应平均应力进行修正，得到修正应力；

30、基于所述修正应力，采用palmgren-miner线性累积损伤准则对疲劳损伤进行叠加得到总损伤；

31、基于所述总损伤，采用临界平面理论对所述液力耦合器叶片进行多轴应力疲劳评估，得到评估结果。

32、本发明还公开了一种液力耦合器叶片疲劳寿命预测方法，包括：

33、在液力耦合器叶片上设置若干监测点；

34、获取所述监测点的应力信号；

35、将所述应力信号进行处理得到处理应力数据，其中，所述处理应力数据包括对应监测点的三种主应力数据；

36、基于所述三种主应力数据，依次采用goodman理论和palmgren-miner线性累积损伤准则进行计算得到液力耦合器叶片总损伤；

37、基于所述液力耦合器叶片总损伤，采用临界平面理论对所述液力耦合器叶片进行多轴应力疲劳评估，得到评估结果。

38、本发明具有如下技术效果：

39、1)系统设计简单，操作方便、性能可靠，整体布局合理，不会对液力耦合器产生附加影响，能够得出准确的应力变化数据。

40、2)通过监测系统采用应力传感器对易产生应力集中的部位进行应力监测，可精确得出应力变化数据。

41、3)通过对应力时程数据处理，并导入计算机使用预定义编程进行计算，可高效得出叶片疲劳寿命的分布。

42、4)监测器体积并依靠无线信号进行数据传输，减少对腔体内流体的扰动。

43、附图说明

44、为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

45、图1为本发明背景技术中的不同工况液力耦合器叶片等效应力分布；

46、图2为本发明实施例中的结构示意图；

47、图3为本发明实施例中的传感器结构示意图；

技术特征：

1.一种液力耦合器叶片疲劳寿命预测系统，其特征在于，包括：液力耦合器子系统、应力监测子系统、数据采集子系统(4)和叶片疲劳寿命计算子系统(5)；

2.根据权利要求1所述的液力耦合器叶片疲劳寿命预测系统，其特征在于，所述液力耦合器子系统包括泵轮和涡轮；

3.根据权利要求2所述的液力耦合器叶片疲劳寿命预测系统，其特征在于，所述应力监测子系统包括监测器(3)和无线信号接收器；

4.根据权利要求3所述的液力耦合器叶片疲劳寿命预测系统，其特征在于，所述监测器(3)包括应力传感器(3-1)、信号发射端(3-2)、信息采集装置(3-3)和固定螺栓(3-4)；

5.根据权利要求1所述的液力耦合器叶片疲劳寿命预测系统，其特征在于，所述数据采集子系统(4)包括示波器；

6.根据权利要求5所述的液力耦合器叶片疲劳寿命预测系统，其特征在于，所述叶片疲劳寿命计算子系统(5)包括计算机；

7.一种液力耦合器叶片疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种液力耦合器叶片疲劳寿命预测系统及方法，包括：液力耦合器子系统、应力监测子系统、数据采集子系统和叶片疲劳寿命计算子系统；液力耦合器子系统用于电站给水泵传动与调速；应力监测子系统与液力耦合器子系统连接，用于采集液力耦合器的各监测点的无线信号；数据采集子系统与应力监测子系统连接，用于接收各监测点的无线信号并对无线号进行处理，得到处理应力数据；叶片疲劳寿命计算子系统与数据采集子系统连接，用于基于处理应力数据进行液力耦合器叶片疲劳寿命的预测。本发明设计简单，操作方便、性能可靠，整体布局合理，不会对液力耦合器产生附加影响，能够得出准确的应力变化数据。

技术研发人员：孙维鹏,张根瑞,赵道利,江玉森
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16