一、产品概述

螺栓连接是水轮发电机组装配中的重要装配方式，几乎涉及到机组的所有部件。因此，螺栓的选用和强度校核以及装配质量是水力发电机组可靠性的重要保证。近年来，水电站发生了几起机组顶盖连接螺栓松动、尾水管进人门连接螺栓断裂等不安全事件，造成严重的经济损失和政治影响，其主要原因多为交变载荷作用造成螺栓松动、失效。2009年，俄罗斯萨扬 - 舒申斯克水电站发生举世震惊的“8·17”机毁人亡事故，根据研究事故发生时的分析，水轮机顶盖80个紧固螺栓中有49个螺栓“失效”是事故的主要原因之一。2016年国内某电站水淹厂房事故也是水轮机顶盖 M42 把合螺栓（50颗）断裂所致，亦即机组甩负荷发生飞逸时顶盖与转轮之间等部位水流形态产生过大的水推力，超过了把合螺栓的设计强度，水轮机顶盖全部把合螺栓脆断，压力水通过顶盖窜出，导致水淹厂房。

水轮发电机组顶盖为机组重要的承载部件之一，其大薄壁件结构长期受轴向水推力、转轮上腔水压脉动等交变载荷，螺栓连接的可靠性和安全性对整个机组的正常运行有着至关重要的作用；尾水管进人门长期承受水压脉动和涡带等多变动载荷影响，国内主要水电站均在要求每年检修期间举行螺栓的更换，以免造成接螺栓松动或失效而造成水淹厂房事故的发生。

机组螺栓实施在线监测系统测量原理

网络架构图

二、产品主要功能

本系统分为三个部分：调试系统，管理系统和三区大屏。其中，调试系统负责每次对螺栓标定信息、螺栓监测设备设置等管理，其主要功能见表所示；管理系统和三区大屏为现场生技人员（设备主人）和运行人员、管理人员使用。

超声螺栓预紧力测量的原理就是建立螺栓伸长量和预紧力之间的关系；在螺栓处于弹性段，此关系服从胡克定律，但是需要由螺栓拉伸机来完成标定，即：螺栓拉伸机输出标准拉力（预紧力），超声设备记录其伸长量，进而生成标定曲线。同时为了消除螺栓一致性所带来的离散，系统支持对多根螺栓进行标定，再对多根螺栓的标定曲线进行拟合，从而生成一条标定曲线。

三、管理系统：

管理系统又称关键螺栓智能监测系统，其主要作用为水电站现场生产技术人员对螺栓监测系统进行管理、设置等作用，其主要功能有：螺栓预紧力实时监测、历史查询与分析、终端管理、报表生成、疲劳寿命预测、阀值设定与报警设定等功能。其中，关于其现阶段主要功能及主要界面。

本系统或本模块主要为现场运维人员日常巡检、技术管理人员远程技术管理和管理人员应急预警、辅助决策用，其界面主要展示信息为：监测螺栓实时值、实时波形、机组主要运行信息、螺栓平均寿命和实时报警光字等内容。

四、产品特点

4.1 螺栓全生命周期健康管理

通过三维建模、强度校核、力学计算、疲劳分析等一系列方式为螺栓的健康状况进行预测分析。对于使用寿命即将耗尽、已产生松动等的螺栓进行报警提示。

4.2 监测便捷

在传统运营过程中，往往对于螺栓的监测巡检进行了忽略，其主要在于螺栓量大、不易检查、不易发现问题等诸多因素，很多时候生产单位一年都不会对螺栓排查一次，往往几年才会排查一次，但是由于螺栓属于重要的连接部件，因其损坏带来的事故确实重大的。这款产品是实时对螺栓进行监测的，避免或预警可能造成的生产事故发生。

4.3    运营成本低，整个系统的功耗低

每个螺栓的监测设备运行功耗很低，所以对于量大的螺栓整体的运行功耗低，没有增加太多运营成本。

4.4 加强了生产单位巡检能力

针对平时难检查、难发现、量大的巡检问题进行了针对性解决。

通过实时监测及时预警，及时发现问题，降低由螺栓问题造成重大事故及损失事件发生概率。

正确评估螺栓寿命，通过静力学分析以及疲劳分析，正确的评估螺栓的使用寿命，避免螺栓老旧造成重大事故。

4.5 经济效益

避免由于螺栓损坏、老旧导致生产设施损坏，对于替换螺栓和维修审查设施，减少了经济成本。同时给予对于螺栓巡检的量大，难以巡检的问题，减少了巡检时间成本，以及人力成本。

五、案例

大渡河流域某电站于1978年竣工，自1979年全部投运以来，原HL702-LJ550转轮叶片和下环交接处流速较高，该交接处工作面泥沙磨损严重，叶片和下环交接处负压面也出现气蚀破坏，叶片和上冠交接处出水边附近存在裂纹。多年运行以来，陆续出现叶片裂纹，机组振动，密封损坏等多种问题。 

经国内外专家反复论证，认为老转轮综合技术指标低，已经不能满足机组良好运行的需要，确定引进加拿大GE公司先进转轮设计及制造技术，实行增容改造，提高电站运行水平。