支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113720922A(43)申请公布日2021.11.30(21)申请号202110926502.7(22)申请日2021.08.12(71)申请人浙江省电力锅炉压力容器检验所有限公司地址310014浙江省杭州市下城区朝晖八区省电力试验研究所内(72)发明人赵洲峰赵越张杰罗宏建周进陈小林邹君文鲁旷达裘吕超徐冬梅孙庆峰陈胤桢周桢金江舟徐强张俊(74)专利代理机构浙江翔隆专利事务所(普通合伙)33206代理人张建青(51)Int.Cl.G01N29/12(2006.01)权利要求书4页说明书8页附图4页(54)发明名称支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法及系统(57)摘要本发明公开了一种基于多频多角度纵波的支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法及系统。本发明的方法包括步骤：选择零应力状态的支柱瓷绝缘子；设置超声扫查直探头组的位置；设置超声斜探头组的位置；读取纵波飞行时间；计算纵波声速；重复实验得到多组纵波飞行时间；绘制应力－纵波飞行时间曲线，得到拟合曲线斜率；计算应力标定系数；对服役状态的支柱瓷绝缘子进行检测，计算应力值；对绝缘子进行周向扫描，得到多组应力数据；标记中性面；计算弯曲剪应力与扭转应力的合成应力；计算弯曲应力。本发明可以实现工程现场实际使用的绝缘子存在正应力、剪切应力、扭转应力合成的复杂弯曲应力状态的一次性测量，可以有效地识别支柱绝缘子的应力集中区域。CN113720922ACN113720922A权利要求书1/4页1.支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.选取无表面和内部缺陷的支柱瓷绝缘子，水平固定于绝缘子拉伸试验机，并使其处于初始零应力状态；S2.将两组不同频率的主声束为0°纵波的超声波直探头组固定在支柱瓷绝缘子底部法兰与第一伞裙之间的瓷柱圆周面上，且保持第一直探头组和第二直探头组中的激励探头与接收探头以180°的夹角分别置于瓷柱圆周面的两侧，第一直探头组和第二直探头组的声传播路径相互垂直；S3.将两组不同频率的主声束为90°纵波的超声波斜探头组固定在支柱瓷绝缘子底部法兰与第一伞裙之间的瓷柱圆周面上，且保持第一斜探头组和第二斜探头组中的激励探头与接收探头位于同侧位置，且声传播路径与绝缘子轴线相互平行；S4.根据所有接收探头得到的纵波时域波形，读取纵波的飞行时间，记录第一斜探头组得到的纵波飞行时间为记录第一直探头组得到的纵波飞行时间为记录第二斜探头组得到的纵波飞行时间为记录第二直探头组得到的超声纵波飞行时间为S5.根据速度等于距离除以飞行时间的原理，计算零应力状态下各个探头组激发的纵波声速，分别记为S6.利用拉伸试验机对绝缘子进行单轴应力拉伸加载，应力加载梯度ΔF＝4‑6KN，重复步骤S4和S5，得到每次加载结束后的纵波飞行时间，记为S7.对得到的四组声速数据，分别绘制应力‑纵波飞行时间曲线，并对得到的曲线进行线性回归计算，得到拟合斜率S8.利用公式计算得到不同超声频率下，超声纵波平行于应力方向与垂直于应力方向时的声弹性效应力标定系数即S9.对服役状态的支柱瓷绝缘子进行检测，将第一斜探头组与第二斜探头组安装在待测支柱瓷绝缘子的底端法兰与第一伞裙之间，得到服役状态下不同频率的第一斜探头组和第二斜探头组测得的绝缘子各个角度的纵波在激励与接收探头之间的飞行时间带入以下方程组进行计算得到支柱瓷绝缘子的弯曲主应力σ1、支柱瓷绝缘子的弯曲剪应力σ2；2CN113720922A权利要求书2/4页S10.以第一斜探头组所在的位置为原点，以θ角度为步进，重复将第一斜探头组和第二斜探头组旋转一周，每次旋转将探头组接收的时域信号，按照步骤S9进行完全主应力和弯曲剪应力计算并保存；S11.从保存的应力数据中得到弯曲主应力σ1绝对值的最小值，以及最小值所对应的方位角区域，记录为弯曲中性面；S12.将第一直探头组放置到弯曲中性面位置，记录对穿的超声纵波时域信号，得到该位置的纵波声速其中r为支柱瓷绝缘子的半径，t为纵波在直探头组激励与接收探头之间的飞行时间，计算得到支柱瓷绝缘子弯曲剪应力与扭转应力的合成应力στmaxS13.通过弯曲主应力、弯曲剪应力与扭转应力的合成应力计算得到支柱瓷绝缘子周向各个位置的弯曲应力值结合位置信息得到支柱瓷绝缘子沿周向分布的弯曲应力图。2.根据权利要求1所述的支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法，其特征在于，第一斜探头组和第一直探头组的超声频率范围为5‑10MHz，第二斜探头组和第二直探头组的超声频率范围为1‑2.5MHz。3.根据权利要求1所述的支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法，其特征在于，第一斜探头组和第二斜探头组的探头间距d按探头前沿位置测量时，不超过5mm。4.根据权利要求1所述的支柱瓷绝缘子弯曲应力超声检测方法，其特征