一种水冷壁焊缝循环变形累积式疲劳预警装置及预警方法与流程

本发明属于锅炉受热面机械监测，具体属于一种水冷壁焊缝循环变形累积式疲劳预警装置及预警方法。

背景技术：

1、水冷壁通常由多根水冷壁管及连接鳍片焊接形成，在锅炉启停、负荷升降及局部受热不均过程中，焊缝两侧会反复产生相对伸缩或错动变形。焊缝及其热影响区长期承受交变载荷后容易发生疲劳损伤，疲劳裂纹在萌生阶段通常缺乏明显的外部表征，待裂纹扩展至可由常规检测手段识别时，焊缝的结构安全裕度可能已经降低。因此，需要对焊缝裂纹萌生前的循环变形历程进行持续监测和累积评价。

2、目前，现有技术中，通过设置于结构上的mems应变或位移传感器获取应变、位移信号，利用处理器将信号与参考值比较，并将载荷历史或超过参考值的事件存储于电子数据库，以用于评估结构完整性和疲劳寿命。该方案能够长期记录结构的应变或位移使用历史，但其仍依赖微机电传感器、处理器、存储器和供电装置，在水冷壁附近的高温、积灰及振动环境中存在电子元件布置、防护和长期供能要求。

3、此外，现有技术主要根据应变或位移测量值进行电子比较和事件记录，未公开对焊缝相对变形中的正向转折点和反向转折点分别进行机械锁存，也未公开在确认第一方向转折、穿过中性区并形成第二方向转折后，才将相邻两个反向转折状态识别为一次有效循环。其还未涉及根据两个方向共同达到的幅值等级选择不同机械累积行程，并将累积结果以不可逆机械状态保存的结构。

4、因此，现有技术难以在无需传感器、处理器及外部电源的条件下，滤除水冷壁焊缝附近的微小扰动，识别依次形成的相反方向转折状态，并按照循环变形幅值对有效循环进行分级累积和保持预警。

技术实现思路

1、为了解决现有技术难以在无需传感器、处理器及外部电源的条件下，滤除水冷壁焊缝附近的微小扰动，识别依次形成的相反方向转折状态，并按照循环变形幅值对有效循环进行分级累积和保持预警的问题，本发明提供了一种水冷壁焊缝循环变形累积式疲劳预警装置及预警方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种水冷壁焊缝循环变形累积式疲劳预警装置，包括分别设置于待监测水冷壁焊缝两侧的第一安装座和第二安装座，第一安装座和第二安装座之间连接有浮动取动机构，浮动取动机构连接有双向空行程筛选机构；

4、双向空行程筛选机构分别与方向状态锁存机构、双向幅值及转折锁存机构以及中性区过渡确认机构连接；

5、方向状态锁存机构、中性区过渡确认机构、双向幅值及转折锁存机构均与循环闭环确认机构连接；

6、双向幅值及转折锁存机构上连接有机械等级比较机构，机械等级比较机构和循环闭环确认机构均连接有分级累积机构，分级累积机构上连接有不可逆累积机构，不可逆累积机构上连接有阈值触发机构，阈值触发机构上连接有机械预警保持机构。

7、优选地，浮动取动机构包括取动杆，取动杆与双向空行程筛选机构连接，取动杆的一端设置有第一球铰接头，第一球铰接头与第一安装座连接，取动杆的另一端端头上套设置有轴向导向套，轴向导向套上远离第一球铰接头的端头上连接有第二球铰接头，第二球铰接头上连接有横向补偿滑座；横向补偿滑座滑动安装于导向安装板上设置的横向导槽内，且横向补偿滑座的两侧均设置有用于使其复位的弹性居中件，导向安装板安装于第二安装座上；

8、双向空行程筛选机构包括与取动杆连接的输入滑块，输入滑块的一侧设置有正向门槛挡块，输入滑块的另一侧设置有反向门槛挡块；反向门槛挡块与正向门槛挡块设置有中性区过渡确认机构，中性区过渡确认机构位于输入滑块的运动路径内；

9、输入滑块与正向门槛挡块之间安装有正向传动滑块，正向传动滑块与输入滑块之间预留有正向空行程，正向传动滑块设置有贯通孔，贯通孔内穿设过取动杆；

10、输入滑块与反向门槛挡块之间安装有反向传动滑块；反向传动滑块与输入滑块之间预留有反向传动滑块；

11、其中，输入滑块越过正向空行程时推动正向传动滑块，越过反向空行程时推动反向传动滑块。

12、优选地，中性区过渡确认机构包括中性区拨杆，中性区拨杆转动安装于机构壳体内，且位于输入滑块的运动路径内，中性区拨杆的下端抵接有双稳态摆片，双稳态摆片的两侧均设置有越中弹片；双稳态摆片的摆动端对应设置有正向通行锁销和反向通行锁销；正向通行锁销和反向通行锁销分别对应连接于循环闭环确认机构中的正向确认通行锁销和反向确认通行锁销的移动阻挡路径，以输入滑块完整穿过中性区域后切换对应方向的闭环路径许可状态。

13、优选地，方向状态锁存机构包括状态转换盘，状态转换盘的边侧对称设置有正向驱动爪和反向驱动爪，正向驱动爪的输入端与传动滑块的移动路径对应，反向驱动爪的输入端与反向传动滑块的移动路径对应；

14、其中，正向传动滑块推动正向驱动爪转动以拨动状态转换盘，反向传动滑块推动反向驱动爪转动以拨动状态转换盘。

15、优选地，双向幅值及转折锁存机构包括正向幅值及转折锁存机构和反向幅值及转折锁存机构；

16、正向幅值及转折锁存机构包括正向峰值跟随滑套，正向峰值跟随滑套与正向传动滑块上设置的正向推移肩抵接，以驱动正向峰值跟随滑套移动，正向峰值跟随滑套上设置有正向单向棘齿条以及与正向单向棘齿条配合的正向单向保持爪；正向峰值跟随滑套上在其移动方向上依次设置有正向一级触发部、正向二级触发部和正向三级触发部；

17、反向幅值及转折锁存机构包括反向峰值跟随滑套，反向峰值跟随滑套与反向传动滑块上设置的反向推移肩抵接，以驱动反向峰值跟随滑套移动；反向峰值跟随滑套上设置有反向单向棘齿条以及与反向单向棘齿条配合的反向单向保持爪；

18、反向峰值跟随滑套上沿着其移动方向上依次设置有反向一级触发部、反向二级触发部和反向三级触发部。

19、优选地，循环闭环确认机构内设置有正向闭环推杆和反向闭环推杆；

20、正向闭环推杆的移动路径上依次设置有反向状态许可挡板、反向第一转折许可销、正向确认通行锁销和反向第二转折许可销；

21、反向闭环推杆的移动路径上依次设置有正向状态许可挡板、正向第一转折许可销、反向确认通行锁销和正向第二转折许可销；

22、正向状态许可挡板和反向状态许可挡板分别与状态转换盘连接，正向确认通行锁销与正向通行锁销连接，反向确认通行锁销与反向通行锁销连接；正向第一转折许可销与正向转折确认片连接，反向第二转折许可销与反向转折确认片连接，

23、正向闭环推杆和反向闭环推杆之间连接有闭环释放杆，闭环释放杆与分级累积机构连接。

24、优选地，机械等级比较机构包括比较驱动板，比较驱动板上连接有一级与门滑杆、二级与门滑杆和三级与门滑杆；

25、一级与门滑杆分别与正向一级触发部和反向一级触发部连接，二级与门滑杆分别与正向二级触发部和反向二级触发部连接，三级与门滑杆分别与正向三级触发部和反向三级触发部连接；

26、一级与门滑杆、二级与门滑杆和三级与门滑杆的输出端对应设置有等级输出滑板，等级输出滑板的旁侧设置有等级保持锁销，等级输出滑板与分级累积机构连接。

27、优选地，分级累积机构包括储能滑块和累积齿条；储能滑块的一侧设置有驱动弹簧，驱动弹簧上连接有固定储能挡块；

28、储能滑块上连接有行程选择拨叉以及储能保持爪，行程选择拨叉与等级输出滑板连接，储能保持爪与闭环释放杆连接；储能滑块与累积齿条连接，累积齿条上啮合有累积小齿轮，累积小齿轮与不可逆累积机构连接；

29、不可逆累积机构包括累积轴，该累积轴上安装有保持棘轮，保持棘轮的旁侧设有与其啮合的防逆转棘爪；累积轴的一端与累积小齿轮连接，累积轴的另一端与阈值触发机构连接。

30、优选地，阈值触发机构包括与累积轴连接的螺旋推进套，螺旋推进套上连接有直线触发滑块；

31、直线触发滑块的移动路径上对应设置有一级脱扣杆和二级脱扣杆；

32、机械预警保持机构包括一级预警标识片和二级预警标识片，一级脱扣杆与一级预警标识片的一级锁扣对应连接，二级脱扣杆与二级预警标识片的二级锁扣对应连接。

33、本发明提供了一种水冷壁焊缝循环变形累积式疲劳预警方法，应用上述的一种水冷壁焊缝循环变形累积式疲劳预警装置，包括：

34、利用浮动取动机构获取待监测水冷壁焊缝两侧沿预设检测方向的相对循环变形，双向空行程筛选机构在相对循环变形超过对应方向的疲劳计入门槛后，输出正向有效位移或反向有效位移；

35、方向状态锁存机构将首先形成有效位移的方向锁存为第一方向，并将与第一方向相反、在后形成有效位移的方向确定为第二方向；

36、双向幅值及转折锁存机构分别单向保存对应方向的极值位置，根据预设的极值位置锁存对应的幅值等级，在对应方向的有效位移由极值位置回程达到预设回程量后，锁存转折确认状态；

37、中性区过渡确认机构在相对循环变形由第一方向完整穿过中性区域后，开放第二方向的闭环确认路径；

38、循环闭环确认机构在第一方向的方向锁存状态和转折确认状态成立、相对循环变形完整穿过中性区域且第二方向的转折确认状态成立时，输出一次闭环释放动作；

39、机械等级比较机构根据第一方向和第二方向分别锁存的幅值等级，确定两个方向共同达到的最高幅值等级；

40、分级累积机构响应闭环释放动作，根据所确定的最高幅值等级选择对应的机械累积行程，将机械累积行程转换为不可逆累积量，并在一次累积完成后清除第一方向的幅值及转折状态、保留第二方向的幅值及转折状态，并将第二方向转换为下一循环的第一方向；

41、阈值触发机构在不可逆累积量达到设定阈值时触发机械预警保持机构，并由机械预警保持机构触发可视预警标识。

42、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

43、本发明提出了一种水冷壁焊缝循环变形累积式疲劳预警装置，本装置通过浮动取动机构释放非检测方向的位移干扰，配合双向空行程筛选机构从物理层面滤除未达门槛的微小扰动，避免无效位移被误计入疲劳统计，然后利用方向状态锁存机构、中性区过渡确认机构及双向幅值及转折锁存机构建立完整的闭环判别逻辑，仅在第一方向与第二方向均完成转折确认且相对变形完整穿过中性区域后，才由循环闭环确认机构输出一次有效的闭环释放动作，精准识别真实的循环变形，消除因同侧回程抖动导致的重复计数问题，随后由机械等级比较机构客观确定两方向共同达到的最高幅值等级，分级累积机构据此驱动对应机械行程，实现幅值越大、单次累积越多的差异化逐级累积，并通过不可逆累积机构锁存永久性的疲劳历程记录，确保数据真实可溯源；当不可逆累积量达到预设阈值时，阈值触发机构触发的机械预警保持机构能够立即弹出并锁定可视预警标识，无需外部能量维持即可长期保持警示状态。

44、进一步地，本装置

45、更进一步地，本装置