Текущее состояние. Гидроэлектростанции (ГЭС) играют ключевую роль в мировой энергетике, обеспечивая возобновляемую энергию. Однако их надежность зависит от состояния механических компонентов, таких как крепежные шпильки крышки гидротурбины, которые подвергаются значительным статическим и гидравлическим нагрузкам. В настоящее время для мониторинга деформации шпилек используются системы KM-Delta-8-CM и PTK KM-Delta, а также система SKDS-SISH для измерения механических сил, вызывающих деформацию. Эти системы не гарантируют надежности своих измерительных датчиков, что повышает риск аварий, подобных катастрофе на Саяно-Шушенской ГЭС в 2009 году. Существует значительный пробел в исследованиях, посвященных улучшению таких систем мониторинга.

Решаемая научная проблема. Основная проблема заключается в отсутствии надежных систем мониторинга, способных гарантировать целостность крепежных шпилек крышки гидротурбины. Неравномерная деформация шпилек, вызванная вибрациями и нагрузками на разных этапах работы гидроагрегата, может привести к их разрушению. Кроме того, существующие системы не обеспечивают самопроверку метрологических характеристик, что снижает точность измерений и увеличивает вероятность ошибок при принятии решений. Решение этой проблемы требует разработки новых методов и технологий для повышения надежности мониторинга.

Методы исследования. Для анализа текущего состояния систем мониторинга использовались теоретические методы, включая синтез и анализ данных из научных статей, международных стандартов и технической документации. Исследование охватило:

• Анализ вибраций и деформаций в турбинах Франциска.

• Обзор методов измерения деформаций, включая контактные (тензодатчики) и бесконтактные (датчики вихревых токов) технологии.

• Изучение существующих систем мониторинга, таких как KM-Delta-8-CM и PTK KM-Delta, и их метрологических характеристик.

• Предложение новых подходов, включая внедрение функций самопроверки, использование искусственного интеллекта или цифровых двойников.

Детали исследования. Исследование выявило, что максимальная деформация шпилек происходит на этапе запуска гидроагрегата, когда крышка гидротурбины подвергается наибольшему гидравлическому давлению. Деформация носит неравномерный характер (рис. 1), что подтверждается результатами тестов на Саяно-Шушенской ГЭС. Например, система KM-Delta-8-CM показала, что удлинение шпилек варьируется в зависимости от их расположения, а система SKDS-SISH зафиксировала неравномерное распределение нагрузок.

Предложенные улучшения включают:

• Самопроверку датчиков для автономного контроля их работоспособности.

• Искусственный интеллект для анализа данных и прогнозирования отказов.

• Цифровые двойники для моделирования поведения шпилек в реальном времени.

Также подчеркивается важность учета вибраций и накопленных пластических деформаций при разработке новых систем мониторинга.

Заключение. Существующие системы мониторинга деформации крепежных шпилек крышки гидротурбины имеют существенные недостатки, включая отсутствие гарантированной надежности и точности измерений. Решение этих проблем требует внедрения современных технологий, таких как самопроверка, искусственный интеллект и цифровые двойники. Дальнейшие исследования должны быть направлены на разработку интеллектуальных систем, способных прогнозировать и предотвращать аварии, обеспечивая безопасность и эффективность работы гидроэлектростанций.