[發明專利]超聲螺栓預緊力遠程監測系統

在審

• 申請號: 201910016556.2
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109813485A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 吳智泉;劉蘊華;張新;吳春;馮強;孫濤;楊佳霖
• 申請（專利權）人: 中國大唐集團新能源科學技術研究院有限公司
• 主分類號: G01L5/24
• 分類號: G01L5/24;G01L5/00
• 代理公司: 北京中南長風知識產權代理事務所(普通合伙) 11674
• 代理人: 鄭海

本發明涉及一種超聲螺栓預緊力遠程監測系統，包括壓電傳感式螺栓及螺栓預緊力監控裝置，所述壓電傳感式螺栓通過在螺栓頭部粘接一層壓電陶瓷，或在真空環境下通過離子蒸汽沉積在螺栓頂面形成一復合層傳感器制成；所述螺栓預緊力監控裝置與所述壓電傳感式螺栓配合，用于針對在役螺栓，基于超聲橫波、縱波在螺栓里傳播的時間與螺栓軸向應力的線性關系，得出螺栓殘余預緊力，以確定是否需要對在役螺栓進行復擰。本發明能夠實時監測在役螺栓的準確殘余預緊力值，達到精確控制螺栓預緊力的目的，并能對在役螺栓進行提前預警及壽命預測。

技術領域

本發明屬于風電技術領域，尤其涉及一種超聲螺栓預緊力遠程監測系統。

背景技術

高強度螺栓進行連接，由于受機件或裝備螺栓質量和安裝方面的影響，設備事故常有發生。其中，螺栓預緊力不足，造成螺栓松動，機件或裝備運行振動過大，螺栓在長期服役下，剪切斷裂，最終造成重大事故的比例較大。究其原因，首先，是螺栓本身質量不過關，設計制造過程中出現問題；其次，就是在安裝及維護過程中螺栓預緊力不足，運行過程中振動造成的。

排除螺栓的質量問題，螺栓失效的焦點就落在了安裝施工和調試檢修方面。在安裝過程中，如果螺栓預載荷超過了范圍上限，螺栓會發生塑性變形，甚至被拉斷；如果螺栓預載荷小于范圍下限，兩連接部件中間會產生縫隙，在運行過程中，特別是惡劣工況時，機件的應力比正常時增加約95％，造成螺栓發生脆性斷裂。

螺栓法蘭聯接是風力發電、壓力容器、石油化工設備及管道中應用極為廣泛的一種可拆式靜密封聯接結構。法蘭螺栓連接系統的主要失效形式是泄漏，而螺栓預緊是保證連接面不發生泄漏的重要環節之一。在螺栓聯接中，螺栓在安裝的時候都必須擰緊，即在聯接承受工作載荷之前，預先受到力的作用，這個預加的作用力稱為預緊力，預緊的目的在于增強聯接的可靠性和緊密性，以防止受載后被聯接件間出現縫隙或發生相對滑移。所以，在法蘭螺栓聯接中，準確的預緊力值，良好的控制精度對控制接合面的泄漏有重要的作用。因此，有必要對螺栓進行實時監測，以獲取準確的預緊力值。

發明內容

本發明的目的是提供一種超聲螺栓預緊力遠程監測系統，通過實時監測在役螺栓準確的殘余預緊力，達到精確控制螺栓預緊力的目的。

本發明提供了一種超聲螺栓預緊力遠程監測系統，包括壓電傳感式螺栓及螺栓預緊力監控裝置，壓電傳感式螺栓通過在螺栓頭部粘接一層壓電陶瓷，或在真空環境下通過離子蒸汽沉積在螺栓頂面形成一復合層傳感器制成；螺栓預緊力監控裝置與壓電傳感式螺栓配合，用于針對在役螺栓，基于超聲橫波、縱波在螺栓里傳播的時間與螺栓軸向應力的線性關系，得出螺栓殘余預緊力，以確定是否需要對在役螺栓進行復擰。

進一步地，復合層傳感器由上及下依次為金屬電極層、保護層及壓電層。

進一步地，螺栓預緊力監控裝置包括超聲換能器，以及信號采集模塊、接口轉換模塊及分析處理裝置；分析處理裝置包括計算模塊、診斷模塊及顯示模塊；

超聲換能器通過與壓電傳感式螺栓的頭部接觸產生超聲波，由信號采集模塊接收超聲波在螺栓中傳播的返回信號，并通過接口轉換模塊傳輸至分析處理裝置進行分析處理；

計算模塊用于超聲橫波、縱波在螺栓里傳播的時間與螺栓軸向應力的線性關系計算螺栓殘余預緊力值；

診斷模塊用于根據殘余預緊力值，判斷螺栓的緊固狀態，并進行提前預警及壽命預測；

顯示模塊用于顯示殘余預緊力值及診斷模塊的診斷結果數據。

進一步地，螺栓預緊力監控裝置還包括用于檢測螺栓溫度的溫度測量裝置，溫度測量裝置通過接口轉換模塊與分析處理裝置連接，用于分析處理過程中的溫度補償。

借由上述方案，通過超聲螺栓預緊力遠程監測系統，能夠實時監測在役螺栓的準確殘余預緊力值，達到精確控制螺栓預緊力的目的，并能對在役螺栓進行提前預警及壽命預測。