基于导波的反应堆关键法兰螺栓松动监测技术研究.pdfVIP

摘要

反应堆中关键设备的法兰螺栓作为重要的连接件，直接关系到反应堆的安

全运行。为保证反应堆安全运行，本文采用了基于导波的螺栓松动监测方法对

螺栓松动实时监测进行了如下研究：

第一，本文从原理出发分别分析了自由边界下导波传播基本特性以及受压

条件下螺栓松动对导波相位和幅值的影响。在理论分析基础上进行了相关验证

实验，将得到的数据进行最小二乘拟合，结果表明，导波幅值和相位都与螺栓

扭矩线性相关。

第二，为了对螺栓松动程度进行具体描述，本文采用互相关指数对螺栓扭

矩变化程度进行衡量。采用时变滤波经验模态分解(TVFEMD)方法对信号进行

降噪处理，对降噪后的信号进行互相关运算，将得到的互相关指数矩阵用于定

量、定位监测。在定量方法中，将任意螺栓的选定扭矩与对应互相关指数进行

函数拟合，以拟合曲线为基准，通过监测当前螺栓互相关指数从而实现螺栓扭

矩的定量监测。定位方法以概率成像为基础，通过对监测范围内概率分布进行

加权合成从而确定法兰螺栓松动位置。考虑到法兰结构的多样性，不同螺栓有

着不同指导扭矩和螺栓孔径，本文分别用相对误差和绝对误差对定量、定位监

测方法进行评估。仿真实验结果表明定量、定位监测方法均可以满足螺栓松动

监测需求。

第三，本文设计了螺栓松动监测系统对法兰螺栓进行在线监测。根据导波

激励要求设计了相应软件进行控制，在硬件方面主要针对激励、接收与通道切

换模块进行了相应设计。经测试，设计的系统激发信号中心频率最大相对误差

为1.7%，满足频率激发要求；响应信号监测对比中，信号均方根误差为1.2%，

具有较高的精度。

第四，使用自主设计的监测设备进行了定量、定位实验验证。实验以实际

压力容器为待监测结构，布置六颗压电传感器对法兰中的八个螺栓进行监测实

验。实验结果表明螺栓扭矩定量监测最大相对误差为-3.6%，定位监测实验中螺

栓最大定位误差为-1.5cm。上述结果表明，本文所使用的定量、定位方法可以完

成对螺栓松动的相应监测，节省了大量的人力成本。

关键词：导波；时变滤波经验模态分解；螺栓松动监测；概率成像

Abstract

Theflangebolts,beingcriticalcomponentsinthereactor,aredirectlylinkedto

itssafeoperation.Toguaranteethereactorssafeoperation,thisstudyemploysa

guidedwave-basedmethodformonitoringboltloosening,conductingresearchon

real-timeboltlooseningmonitoringasfollows:

Firstly,thisarticleanalyzesthebasiccharacteristicsofguidedwavepropagation

underfreeboundariesandtheinfluenceofboltlooseningonthephaseandamplitude

ofguidedwavesundercompressionconditions,startingfromprinciples.Onthebasis

oftheoreticalanalysis,relevantverificationexperimentswereconducted,andthe

obtaineddatawasfittedwithleastsquares.Theresultsshowedthattheamplitudeand

phaseoftheguidedwavewerelinearlyrelatedtothebolttorque.

Secondly,inordertoprovideaspecificdescriptionofthedegreeofbolt

loosening,thisarticleusesacross