基于应变测量的传热管振动位移测量系统及方法与流程

1.本发明属于核电技术领域，具体涉及一种基于应变测量的传热管振动位移测量系统及方法。


背景技术：

2.传热管流致振动是伴随sg(蒸汽发生器，steam generator)运行期间长期存在的现象。为了保障sg平稳安全的运行，在设计阶段，有必要开展sg传热管流致振动试验。传热管振动位移是衡量评价sg传热管流致振动水平的一个重要指标。目前测量位移的方法有两种，直接测量和间接测量。直接测量包括利用电感式线性差动位移传感器、电容式位移传感器和激光位移传感器等。间接测量包括用加速度传感器测量加速度值，然后通过数值积分的方式得到位移数据。上述两种方法都需要足够的空间安装测试传感器。sg传热管束由于排列密集，管束之间可安装的空间较小，部分传热管的位移测量用常规的方法难以实现。


技术实现要素：

3.为克服相关技术中存在的问题，提供了一种基于应变测量的传热管振动位移测量系统及方法。
4.根据本公开实施例的一方面，提供一种基于应变测量的传热管振动位移测量系统，所述系统包括：应变片、应变采集器以及终端设备；
5.所述应变片设置在所述传热管的固定端，所述应变片与所述应变采集器连接，所述应变片和所述应变采集器用于采集所述传热管固定端的应变数据；
6.所述终端设备与所述应变采集器连接，用于从所述应变采集器获取应变数据；
7.所述终端设备根据获取到的应变数据，采用预存的计算模型，计算得到所述传热管自由端的位移数据，所述计算模型用于表示所述传热管固定端的应变数据和自由端位移数据之间的转换关系。
8.在一种可能的实现方式中，所述终端设备还用于执行以下操作：
9.所述终端设备确定待测的传热管的三维模型，在所述三维模型中，将所述传热管二次侧受到的介质冲击力等效为传热管二次侧面外方向的均布荷载，且按照荷载值逐渐变化的次序划分为不同量级荷载；
10.根据所述三维模型，采用有限元分析方法，确定不同量级荷载工况下所述传热管固定端的应变数据以及所述传热管自由端的位移数据；
11.根据不同量级荷载工况下所述传热管固定端的应变数据以及自由端的位移数据，确定所述计算模型。
12.在一种可能的实现方式中，所述系统还包括：加速度传感器；
13.所述加速度传感器设置在所述传热管的自由端，用于采集所述传热管自由端的加速度数据；
14.所述终端设备与所述加速度传感器连接，用于从加速度传感器获取加速度数据；
15.所述终端设备根据获取到的加速度数据，确定所述传热管自由端实际的位移数据；
16.所述终端设备根据计算得到的位移数据与实际的位移数据之间的差异，确定所述计算模型的准确性。
17.根据本公开实施例的另一方面，提供一种基于应变测量的传热管振动位移测量方法，所述方法包括：
18.确定待测的传热管的三维模型，在所述三维模型中，将所述传热管二次侧受到的介质冲击力等效为传热管二次侧面外方向的均布荷载，且按照荷载值逐渐变化的次序划分为不同量级荷载；
19.根据所述三维模型，采用有限元分析方法，确定不同量级荷载工况下所述传热管固定端的应变数据以及自由端的位移数据；
20.根据不同量级荷载工况下所述传热管固定端的应变数据以及自由端的位移数据，确定计算模型，所述计算模型用于表示所述传热管固定端的应变数据和自由端位移数据之间的转换关系；
21.根据获取到的所述传热管固定端实际测量的应变数据，采用所述计算模型，计算得到所述传热管自由端的位移数据。
22.在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
23.根据获取到的所述传热管自由端实际测量的加速度数据，确定所述传热管自由端实际的位移数据；
24.根据计算得到的位移数据与实际的位移数据之间的差异，确定所述计算模型的准确性。
25.根据本公开实施例的另一方面，提供一种基于应变测量的传热管振动位移测量装置，所述装置包括：
26.第一确定模块，用于确定待测的传热管的三维模型，在所述三维模型中，将所述传热管二次侧受到的介质冲击力等效为传热管二次侧面外方向的均布荷载，且按照荷载值逐渐变化的次序划分为不同量级荷载；
27.第二确定模块，用于根据所述三维模型，采用有限元分析装置，确定不同量级荷载工况下所述传热管固定端的应变数据以及自由端的位移数据；
28.第三确定模块，用于根据不同量级荷载工况下所述传热管固定端的应变数据以及自由端的位移数据，确定计算模型，所述计算模型用于表示所述传热管固定端的应变数据和自由端位移数据之间的转换关系；
29.计算模块，用于根据获取到的所述传热管固定端实际测量的应变数据，采用所述计算模型，计算得到所述传热管自由端的位移数据。
30.在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：
31.第四确定模块，用于根据获取到的所述传热管自由端实际测量的加速度数据，确定所述传热管自由端实际的位移数据；
32.第五确定模块，用于根据计算得到的位移数据与实际的位移数据之间的差异，确定所述计算模型的准确性。
33.根据本公开实施例的另一方面，提供一种非易失性计算机可读存储介质，其上存
储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被终端设备执行时实现上述方法。
34.本公开的有益效果在于：本公开通过三维模型和有限元分析方法建立待测的传热管的计算模型，建立了待测传热管固定端的应变数据和自由端位移数据之间的转换关系，由此能够通过检测待测传热管固定端的应变数据来获得待测传热管自由端的位移数据，由于获取传热管固定端的应变数据的应变片具有尺寸小且厚度薄的特点，可以直接贴在传热管表面，能够充分适应sg传热管束之间狭窄的空间，并通过计算模型得到位移数据，有效解决了测量sg传热管束位移难以安装传感器的问题。本公开的系统设计简单，原理清晰、容易安装，可有效解决sg传热管束位移测量问题。
附图说明
35.图1是根据一示例性实施例示出的一种基于应变测量的传热管振动位移测量系统的示意图。
36.图2是一种应用示例示出的应变片设置的示意图。
37.图3是一种应用示例示出的加速度传感器设置的示意图。
38.图4是根据一示例性实施例示出的一种基于应变测量的传热管振动位移测量装置的框图。
具体实施方式
39.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
40.图1是根据一示例性实施例示出的一种基于应变测量的传热管振动位移测量系统的示意图。图2是一种应用示例示出的应变片设置的示意图。在本公开中，终端设备可以表示为能够按照程序运行，自动、处理数据的电子设备，终端设备可以例如为服务器、台式电脑、笔记本电脑等，本公开对终端设备的类型不做限定。
41.通常来讲，如图1所示，传热管的管束根部与刚性的管板通过焊接固定，管板上方设置多层支撑板对传热管束面内面外位移进行约束。本公开的方法适用于结构、荷载形式单一的测量结构，例如悬臂梁或者近似于悬臂梁结构。
42.如图1所示，本公开的系统可以包括：应变片1、应变采集器4以及终端设备3，应变片1设置在传热管6的固定端，通常来讲，传热管6的固定端可以表示为传热管6上紧邻传热管6与顶层支撑板5连接处的位置(例如，传热管6的固定端为传热管6上距离传热管6与顶层支撑板5连接处2至3毫米的位置)，应变片1可以表示为由敏感栅等构成用于测量应变的元件，应变片1可以与应变采集器4连接，应变采集器4可以采集应变片1产生的信号形成应变数据。终端设备3可以与应变采集器4连接，并能够从应变采集器4获取应变数据。
43.终端设备根据获取到的应变数据，采用预存的计算模型，计算得到传热管6自由端的位移数据，计算模型用于表示传热管6固定端的应变数据和自由端位移数据之间的转换关系。
44.在一种可能的实现方式中，终端设备还可以执行以下操作，来确定计算模型：
45.终端设备可以预设三维建模软件，该三维建模软件可以根据待测传热管的各项参数建立传热管三维模型(需要说明的是，可以使用适合的三维建模软件建立传热管的三维模型，本公开对三维建模的具体过程不做限定)，接着，终端设备可以采用有限元分析软件
(本公开对有限元分析软件的类型不做限定)划分三维模型的网格，根据传热管的材料属性赋予各网格单元材料属性，并设置网格边界条件。此外，如图2所示，可以将传热管二次侧受到的介质冲击力等效为传热管二次侧面外方向的均布荷载，且按照荷载值逐渐变化的次序(例如按照荷载值由小到大，或由大到小变化的次序)划分为不同量级荷载。
46.在本公开中，将sg传热管视为悬臂梁结构，传热管二次侧介质对传热管束的冲击力可视为均布载荷。受到均布载荷作用下，悬臂梁产生弯曲变形。当荷载确定时，自由端的挠度是唯一的，同理固定端的应变也是唯一的。这种一一对应关系可通过有限元计算得到。终端设备可以根据三维模型，采用有限元分析方法，确定不同量级荷载工况下传热管固定端的应变数据以及传热管自由端的位移数据，接着，终端设备可以根据不同量级荷载工况下传热管固定端的应变数据以及自由端的位移数据，拟合得到计算模型。
47.例如，可以采用有限元分析方法得到如表1所示的不同荷载下传热管固定端应变数据与传热管自由端位移数据的对照关系。终端设备可以根据表1的数据例如通过最小二乘法拟合得到应变测点面外方向弯曲应变数据与位移测点面外位移的拟合曲线，该拟合曲线的公式可以表示为u＝22.308
×
ε 5
×
10
‑
10(计算模型的示例)，其中，u为位移数据，单位为毫米，ε为应变数据。
48.表1
[0049][0050]
图3是一种应用示例示出的加速度传感器设置的示意图。如图1和图3所示，该系统还可以包括：加速度传感器2；
[0051]
如图1和图3所示，加速度传感器2可以设置在传热管6的自由端，其中，该自由端可以为传热管6上远离传热管6与顶层支撑板5连接处的位置，例如，该自由端可以为传热管6的弯曲处，加速度传感器2可以采集传热管6的自由端的加速度数据。如图1所示，终端设备3可以与加速度传感器2连接，用于从加速度传感器2获取加速度数据。
[0052]
终端设备根据获取到的加速度数据，可以例如采用数值积分的方式得到传热管自由端实际的位移数据；
[0053]
终端设备根据计算得到的位移数据与实际的位移数据之间的差异，确定计算模型的准确性。例如，若计算得到的位移数据与实际的位移数据之差小于等于预设阈值，则可以确定计算模型为准确的，若计算得到的位移数据与实际的位移数据之差大于预设阈值，则
可以确定计算模型需要修正。这样，可以根据实际位移数据来评价和修正计算模型，进一步增加测算的准确性。
[0054]
在一种可能的实现方式中，提供一种基于应变测量的传热管振动位移测量方法，该方法可以包括一下步骤：
[0055]
步骤100，确定待测的传热管的三维模型，在三维模型中，将传热管二次侧受到的介质冲击力等效为传热管二次侧面外方向的均布荷载，且按照荷载值逐渐变化的次序划分为不同量级荷载；
[0056]
步骤101，根据三维模型，采用有限元分析方法，确定不同量级荷载工况下传热管固定端的应变数据以及自由端的位移数据；
[0057]
步骤102，根据不同量级荷载工况下传热管固定端的应变数据以及自由端的位移数据，确定计算模型，计算模型用于表示传热管固定端的应变数据和自由端位移数据之间的转换关系；
[0058]
步骤103，根据获取到的传热管固定端实际测量的应变数据，采用计算模型，计算得到传热管自由端的位移数据。
[0059]
在一种可能的实现方式中，该方法还可以包括：
[0060]
根据获取到的传热管自由端实际测量的加速度数据，确定传热管自由端实际的位移数据；
[0061]
根据计算得到的位移数据与实际的位移数据之间的差异，确定计算模型的准确性。
[0062]
在一种可能的实现方式中，提供一种基于应变测量的传热管振动位移测量装置，该装置可以包括：
[0063]
第一确定模块，用于确定待测的传热管的三维模型，在三维模型中，将传热管二次侧受到的介质冲击力等效为传热管二次侧面外方向的均布荷载，且按照荷载值逐渐变化的次序划分为不同量级荷载；
[0064]
第二确定模块，用于根据三维模型，采用有限元分析装置，确定不同量级荷载工况下传热管固定端的应变数据以及自由端的位移数据；
[0065]
第三确定模块，用于根据不同量级荷载工况下传热管固定端的应变数据以及自由端的位移数据，确定计算模型，计算模型用于表示传热管固定端的应变数据和自由端位移数据之间的转换关系；
[0066]
计算模块，用于根据获取到的传热管固定端实际测量的应变数据，采用计算模型，计算得到传热管自由端的位移数据。
[0067]
在一种可能的实现方式中，装置还包括：
[0068]
第四确定模块，用于根据获取到的传热管自由端实际测量的加速度数据，确定传热管自由端实际的位移数据；
[0069]
第五确定模块，用于根据计算得到的位移数据与实际的位移数据之间的差异，确定计算模型的准确性。
[0070]
关于上述方法和装置的描述可以参照上述关于系统的说明，在此不再赘述。
[0071]
图4是根据一示例性实施例示出的一种基于应变测量的传热管振动位移测量装置的框图。例如，装置1900可以被提供为一服务器。参照图4，装置1900包括处理组件1922，其
进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器1932所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件1922的执行的指令，例如应用程序。存储器1932中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件1922被配置为执行指令，以执行上述方法。
[0072]
装置1900还可以包括一个电源组件1926被配置为执行装置1900的电源管理，一个有线或无线网络接口1950被配置为将装置1900连接到网络，和一个输入输出(i/o)接口1958。装置1900可以操作基于存储在存储器1932的操作系统，例如windows servertm，mac os xtm，unixtm，linuxtm，freebsdtm或类似。
[0073]
在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器1932，上述计算机程序指令可由装置1900的处理组件1922执行以完成上述方法。
[0074]
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
[0075]
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd
‑
rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
[0076]
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
[0077]
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c 等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可
编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
[0078]
这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
[0079]
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
[0080]
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
[0081]
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0082]
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。