一种基于高速相机的冲击式水轮机水斗磨蚀监测装置

本发明涉及冲击式水轮机水斗磨蚀监测，特别是涉及一种基于高速相机的冲击式水轮机水斗磨蚀监测装置。

背景技术：

1、冲击式水轮机是利用高水头、小流量的水资源进行发电的关键设备，其核心做功部件为由多个水斗组成的转轮。高速水流持续冲击水斗表面，在带来巨大动能的同时，其携带的泥沙颗粒及产生的空化共同作用引发磨蚀，导致水斗表面材料剥离。因此，对水斗表面的磨蚀状态进行定期或实时监测，对于评估机组健康状况、预测剩余寿命、优化检修周期至关重要。

2、目前，对水斗磨蚀状态的监测主要依赖于以下方式：其一，人工定期巡检与测量。这种方法不仅效率低下、主观性强，造成经济损失。更重要的是，无法获取水斗在动态运行过程中的状态信息。其二，常规工业摄像监测。然而，冲击式水轮机水车室内环境极其恶劣，存在高速飞溅的水流、浓密的水雾、剧烈的振动以及高湿度等问题，导致常规工业相机成像困难。这些方法大多仍需停机操作，难以实现对整个水斗表面，尤其是正反两面全覆盖、高效率的形态学记录与对比。

3、综上所述，现有技术存在以下明显缺陷：无法实时/在线监测，抗环境干扰能力差，成像质量不足，以及监测范围有限。本发明提出一种基于高速相机的冲击式水轮机水斗磨蚀监测装置用于克服上述难题，实现在恶劣工况下对冲击式水轮机水斗进行全覆盖、高清晰、在线动态磨蚀监测。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于高速相机的冲击式水轮机水斗磨蚀监测装置，以解决上述现有技术存在的问题，实现了全覆盖式的高速成像监测，提供水斗表面的动态磨蚀状态视图，打破了点式或单面监测的局限。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种基于高速相机的冲击式水轮机水斗磨蚀监测装置，包括水轮机本体和检测单元，所述水轮机本体包括水车室、通过转轴转动安装于水车室内的转轮和周向分布于所述转轮外周的若干水斗，所述检测单元设置有两套，两套所述监测单元对称设置于转轮的旋转平面两侧，其中一套所述监测单元的拍摄端朝向水斗的迎流工作面，另一套所述监测单元的拍摄端朝向水斗的背流面；

4、所述检测单元包括防护外壳、底座、丝杆机构、旋转平台机构、高速相机和补光组件，所述底座将所述防护外壳支撑于所述水车室内，所述丝杆机构固定于所述防护外壳内，所述旋转平台机构固定于所述丝杆机构的升降台上，所述高速相机固定于所述旋转平台的转台上，所述补光组件固定于所述高速相机的两侧，用于保证所述高速相机的照明视场与拍摄视场始终匹配。

5、在一些实施方式中，所述水斗均布于所述转轮的外周。

6、在一些实施方式中，所述底座包括支撑平台和设置于所述支撑平台底部四角处的四根支腿，所述支撑平台为q235碳钢材质，所述支腿为316l不锈钢材质。

7、在一些实施方式中，所述防护外壳为一前端带有成像视窗的钢化玻璃罩，所述钢化玻璃罩为下端敞口的封闭式壳体，其敞口边缘通过螺栓与支撑平台的上表面密封固定连接，形成密闭的防护腔体；所述钢化玻璃罩靠近所述水斗的一侧外表面设置有超疏水涂层，可使飞溅至玻璃表面的水流快速滚落，避免水流附着、水雾凝结遮挡拍摄光路，保障成像光路的持续通畅。

8、在一些实施方式中，所述丝杆机构包括支撑板、滚珠丝杆、连接平台、联轴器和丝杆机构电机；所述支撑板固定于支撑平台的上表面，所述滚珠丝杆的两端通过轴承座竖向转动安装于支撑板上，所述丝杆机构电机的输出轴通过联轴器与所述滚珠丝杆的底端传动连接，所述丝杆机构电机容纳于所述支撑平台下方的钢化玻璃罩内；所述连接平台通过丝杆螺母与滚珠丝杆配合安装，所述丝杆机构电机驱动所述滚珠丝杆正反向转动时，带动连接平台沿滚珠丝杆竖向升降。

9、在一些实施方式中，所述旋转平台机构包括旋转台底座、旋转台和旋转平台电机；所述旋转台底座固定安装于丝杆机构的连接平台上表面，所述旋转台通过回转轴承水平转动安装于所述旋转台底座上，所述旋转平台电机固定安装于旋转台底座内，所述旋转平台电机的输出轴与旋转台的回转中心传动连接；所述高速相机固定于所述旋转台的上，所述旋转平台电机驱动旋转台水平转动时，带动高速相机同步转动。

10、在一些实施方式中，所述支撑平台的中心位置开设有方形通孔，所述方形通孔的下方通过螺栓密封固定有钢化玻璃防护罩，所述钢化玻璃防护罩为上端敞口的密闭容器，用于容纳所述丝杆机构电机。

11、在一些实施方式中，所述高速相机采用满幅帧率不低于2000fps的工业级高速相机，其镜头端朝向所述防护外壳的涂有超疏水涂层的钢化玻璃一侧，所述高速相机搭载25mm/f2.8定焦工业镜头。

12、在一些实施方式中，所述补光组件包括两组led点光源，两组led点光源对称设置于所述高速相机镜头的左右两侧，通过所述高速相机底座延伸的刚性支架与所述高速相机的机身固定连接，随所述高速相机同步升降与转动，保证照明视场与拍摄视场始终匹配；每组所述led点光源的直径为80mm，单台功率为50w，光源中心波长为525nm±5nm，色温5500k，显色指数ra≥90。

13、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

14、本发明通过两套对称部署的监测单元实现水斗迎流面与背流面的全表面覆盖监测，结合密闭钢化玻璃罩与超疏水涂层的防护设计抵御水车室恶劣环境，依托丝杆机构与旋转平台机构赋予高速相机三维灵活调节能力，搭配满幅帧率不低于 2000fps 的高速相机及参数优化的双侧同步补光组件，有效解决了传统监测存在的覆盖不全、抗干扰能力弱、成像模糊、无法在线动态监测的痛点，实现了恶劣工况下冲击式水轮机水斗磨蚀状态的全覆盖、高清晰、高精度在线动态监测，为机组健康评估、寿命预测及检修优化提供了可靠的数据支撑，同时具备适配不同规格机组、安装维护便捷、长期运行稳定的优势。

1.一种基于高速相机的冲击式水轮机水斗磨蚀监测装置，其特征在于：包括水轮机本体和检测单元，所述水轮机本体包括水车室、通过转轴转动安装于水车室内的转轮和周向分布于所述转轮外周的若干水斗，所述检测单元设置有两套，两套所述监测单元对称设置于转轮的旋转平面两侧，其中一套所述监测单元的拍摄端朝向水斗的迎流工作面，另一套所述监测单元的拍摄端朝向水斗的背流面；

2.根据权利要求1所述的基于高速相机的冲击式水轮机水斗磨蚀监测装置，其特征在于：所述水斗均布于所述转轮的外周。

3.根据权利要求1所述的基于高速相机的冲击式水轮机水斗磨蚀监测装置，其特征在于：所述底座包括支撑平台和设置于所述支撑平台底部四角处的四根支腿，所述支撑平台为q235碳钢材质，所述支腿为316l不锈钢材质。

4.根据权利要求3所述的基于高速相机的冲击式水轮机水斗磨蚀监测装置，其特征在于：所述防护外壳为一前端带有成像视窗的钢化玻璃罩，所述钢化玻璃罩为下端敞口的封闭式壳体，其敞口边缘通过螺栓与支撑平台的上表面密封固定连接，形成密闭的防护腔体；所述钢化玻璃罩靠近所述水斗的一侧外表面设置有超疏水涂层，可使飞溅至玻璃表面的水流快速滚落，避免水流附着、水雾凝结遮挡拍摄光路，保障成像光路的持续通畅。

5.根据权利要求4所述的基于高速相机的冲击式水轮机水斗磨蚀监测装置，其特征在于：所述丝杆机构包括支撑板、滚珠丝杆、连接平台、联轴器和丝杆机构电机；所述支撑板固定于支撑平台的上表面，所述滚珠丝杆的两端通过轴承座竖向转动安装于支撑板上，所述丝杆机构电机的输出轴通过联轴器与所述滚珠丝杆的底端传动连接，所述丝杆机构电机容纳于所述支撑平台下方的钢化玻璃罩内；所述连接平台通过丝杆螺母与滚珠丝杆配合安装，所述丝杆机构电机驱动所述滚珠丝杆正反向转动时，带动连接平台沿滚珠丝杆竖向升降。

6.根据权利要求5所述的基于高速相机的冲击式水轮机水斗磨蚀监测装置，其特征在于：所述旋转平台机构包括旋转台底座、旋转台和旋转平台电机；所述旋转台底座固定安装于丝杆机构的连接平台上表面，所述旋转台通过回转轴承水平转动安装于所述旋转台底座上，所述旋转平台电机固定安装于旋转台底座内，所述旋转平台电机的输出轴与旋转台的回转中心传动连接；所述高速相机固定于所述旋转台的上，所述旋转平台电机驱动旋转台水平转动时，带动高速相机同步转动。

7.根据权利要求5所述的基于高速相机的冲击式水轮机水斗磨蚀监测装置，其特征在于：所述支撑平台的中心位置开设有方形通孔，所述方形通孔的下方通过螺栓密封固定有钢化玻璃防护罩，所述钢化玻璃防护罩为上端敞口的密闭容器，用于容纳所述丝杆机构电机。

8.根据权利要求4所述的基于高速相机的冲击式水轮机水斗磨蚀监测装置，其特征在于：所述高速相机采用满幅帧率不低于2000fps的工业级高速相机，其镜头端朝向所述防护外壳的涂有超疏水涂层的钢化玻璃一侧，所述高速相机搭载25mm/f2.8定焦工业镜头。

9.根据权利要求8所述的基于高速相机的冲击式水轮机水斗磨蚀监测装置，其特征在于：所述补光组件包括两组led点光源，两组led点光源对称设置于所述高速相机镜头的左右两侧，通过所述高速相机底座延伸的刚性支架与所述高速相机的机身固定连接，随所述高速相机同步升降与转动，保证照明视场与拍摄视场始终匹配；每组所述led点光源的直径为80mm，单台功率为50w，光源中心波长为525nm±5nm，色温5500k，显色指数ra≥90。