超声螺栓预紧力测量方法技术

本发明专利技术涉及一种超声螺栓预紧力测量方法，包括：在螺栓首次紧固时，通过超声波测量螺栓自由状态和紧固状态下的声时差，基于所述声时差计算螺栓的伸长量，根据所述伸长量得出螺栓预紧力，以对螺栓预紧力进行精确控制。本发明专利技术能够精确测量首次紧固时螺栓的预紧力以及在役螺栓的残余预紧力，达到精确控制螺栓预紧力的目的。

Measurement Method of Pre-tightening Force of Ultrasound Bolts

The invention relates to a method for measuring the pre-tightening force of an ultrasonic bolt, which includes: when the bolt is first tightened, the sound time difference between the free state and the tightening state is measured by the ultrasonic wave, the bolt elongation is calculated based on the sound time difference, and the pre-tightening force of the bolt is obtained according to the elongation, so as to accurately control the pre-tightening force of the bolt. The invention can accurately measure the pre-tightening force of the bolt during the first tightening and the residual pre-tightening force of the in-service bolt, so as to accurately control the pre-tightening force of the bolt.

【技术实现步骤摘要】
超声螺栓预紧力测量方法
本专利技术属于风电
，尤其涉及一种超声螺栓预紧力测量方法。
技术介绍
螺栓连接是风力发电机组装配中的重要装配方式，几乎涉及到风力发电机组的所有部件。因此，螺栓的选用和强度校核以及装配质量是风力发电机组可靠性的重要保证。塔架是风力发电机组重要的承载部件之一，而塔架法兰连接系统又是连接机舱底座和各段塔架的重要部件，因此连接的可靠性和安全性对整个风电机组的正常运行有着至关重要的作用。法兰接头是一种可拆卸的装置，实际工程中它需要经常拆卸，所以联接面密封的可靠性就成为能使工业生产正常运行的首要条件。螺栓法兰联接属于强制密封，依靠联接件通过被联接件强制挤压密封元件使之密封。螺栓拧紧后，螺栓力通过法兰面压紧垫片，垫片被压实，使压紧面上的间隙被填满，为防止介质泄漏达到了初始的密封条件。螺纹联接的预紧力将对螺栓的总载荷、联接的临界载荷、抵抗横向载荷的能力和接合面密封能力等产生影响。过大的预紧力会导致螺纹联接零件的静力破坏、被联接件滑移、分离或紧固件的松脱。过小的预紧力会导致螺栓疲劳破坏、增大设备质量与成本。所以，预紧力的大小、准确度都十分重要，从而使预紧力的控制成为螺纹联接的重要问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超声螺栓预紧力测量方法，通过精确测量首次紧固时螺栓的预紧力，以及在役螺栓的残余预紧力，达到精确控制螺栓预紧力的目的。本专利技术提供了一种超声螺栓预紧力测量方法，包括：在螺栓首次紧固时，通过超声波测量螺栓自由状态和紧固状态下的声时差，基于声时差计算螺栓的伸长量，根据伸长量得出螺栓预紧力，以对螺栓预紧力进行精确控制。进一步地，在螺栓首次紧固时，通过在螺栓头部粘接一层压电陶瓷或在真空环境下通过离子蒸汽沉积在螺栓顶面形成一复合层传感器，制成压电传感式螺栓，由一体式便携超声螺栓预紧力测量装置与压电传感式螺栓配合，实时测量螺栓预紧力。进一步地，复合层传感器由上及下依次为金属电极层、保护层及压电层。进一步地，一体式便携超声螺栓预紧力测量装置包括依次连接的超声波发射器、超声波信号采集装置、分析处理装置。进一步地，在螺栓首次紧固时，通过将压电式套筒与超声螺栓预紧力测量装置组成便携式超声螺栓预紧力测量装置，对螺栓的预紧力进行实时测量。进一步地，压电式套筒包括用于与螺栓上旋拧的螺母相配合的套筒部，以及设于套筒部内部用于与螺栓头部接触连接的压电传感部，压电传感部包括依次连接的推拉式电磁铁、连接板、硅胶阻尼层、压电陶瓷层及超声耦合片，超声耦合片用于在推拉式电磁铁的推力作用下与螺栓头部接触连接，推拉式电磁铁通过滑环及走线与超声螺栓预紧力测量装置连接。进一步地，套筒部底部开口与螺母顶面的接触面设有密封垫片。进一步地，套筒部顶部还设有用于与力矩型紧固工具配合的力矩拧紧接口。进一步地，超声螺栓预紧力测量装置包括依次连接的超声波发射器、超声波信号采集装置、分析处理装置。进一步地，该方法还包括：针对在役螺栓，基于超声横波、纵波在螺栓里传播的时间与螺栓轴向应力的线性关系，得出螺栓残余预紧力，以确定是否需要对在役螺栓进行复拧。借由上述方案，通过超声螺栓预紧力测量方法，能够精确测量首次紧固时螺栓的预紧力，以及在役螺栓的残余预紧力，达到精确控制螺栓预紧力的目的。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1为本专利技术螺栓在拧紧过程中被拉长的示意图。图2为本专利技术超声波信号的传播时间与螺栓预紧力的关系图；图3为本专利技术压电传感式螺栓的结构示意图；图4为本专利技术压电式套筒的结构示意图；图5为本专利技术螺栓实时监控与诊断系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本实施例提供了一种超声螺栓预紧力测量方法，包括：在螺栓首次紧固时，通过超声波测量螺栓自由状态和紧固状态下的声时差，基于声时差计算螺栓的伸长量，根据伸长量得出螺栓预紧力，以对螺栓预紧力进行精确控制。通过该超声螺栓预紧力测量方法，能够精确测量首次紧固时螺栓的预紧力以及在役螺栓的残余预紧力，达到了精确控制螺栓预紧力的目的。参图3所示，在螺栓首次紧固时，通过在螺栓头部(螺栓基体34)粘接一层压电陶瓷或在真空环境下通过离子蒸汽沉积在螺栓顶面形成一复合层传感器，制成压电传感式螺栓，由一体式便携超声螺栓预紧力测量装置与压电传感式螺栓配合，实时测量螺栓预紧力。在本实施例中，复合层传感器由上及下依次为金属电极层31、保护层32及压电层33。在本实施例中，一体式便携超声螺栓预紧力测量装置包括依次连接的超声波发射器、超声波信号采集装置、分析处理装置。在本实施例中，在螺栓首次紧固时，通过将压电式套筒与超声螺栓预紧力测量装置组成便携式超声螺栓预紧力测量装置，对螺栓的预紧力进行实时测量。参图4所示，压电式套筒包括用于与螺栓1上旋拧的螺母2相配合的套筒部3，以及设于套筒部3内部用于与螺栓1头部接触连接的压电传感部，压电传感部包括依次连接的推拉式电磁铁4、连接板5、硅胶阻尼层6、压电陶瓷层7及超声耦合片8，超声耦合片8用于在推拉式电磁铁4的推力作用下与螺栓1头部接触连接，推拉式电磁铁4通过滑环及走线9与超声螺栓预紧力测量装置连接。在本实施例中，套筒部3底部开口与螺母2顶面的接触面设有密封垫片11。在本实施例中，套筒部3顶部还设有用于与力矩型紧固工具配合的力矩拧紧接口12。在本实施例中，超声螺栓预紧力测量装置包括依次连接的超声波发射器、超声波信号采集装置、分析处理装置。在本实施例中，该方法还包括：针对在役螺栓，基于超声横波、纵波在螺栓里传播的时间与螺栓轴向应力的线性关系，得出螺栓残余预紧力，以确定是否需要对在役螺栓进行复拧。下面对本专利技术作进一步详细说明。(一)螺栓首次紧固时预紧力测量要保证螺纹件联接能克服被联接件所受的各种静态或动态外力，对螺纹件联接的拧紧要求是螺纹件对零件产生一个一定的预紧力。要实现预紧力的拧紧控制方法有很多，如扳手拧紧的手工法、扭矩法、扭矩转角法、屈服极限控制法和螺栓预伸长法等。其中，通过拧紧力矩控制预紧力的方法的特点是控制目标直观，测量容易，操作过程简便，控制程序简单；缺点是由于会受到摩擦因数和几何参数偏差的影响，在一定的拧紧力矩下，预紧力值的离散性比较大。因此，通过拧紧力矩，来控制预紧力的控制精度不高，误差一般可达到40％左右。通过螺栓伸长量控制预紧力的方法是在拧紧过程中、或拧紧结束后测量螺栓的伸长长度，利用预紧力与螺栓长度变化量的关系，控制螺栓预紧力。该方法的优点是螺栓的伸长只与螺栓的应力有关，不用考虑摩擦因数、接触变形、被联接件变形等可变因素的影响。缺点是测量螺栓的伸长量很不方便。本实施例通过超声波测量螺栓自由状态和紧固状态下的声时差计算伸长量，从而得出螺栓预紧力，可以获得很高的控制精度，特别适用于法兰联接系统等密封要求高的场合。如图1及图2所示，螺栓在拧紧过程中被拉长，ΔL即为伸长量，超声波信号的声时差Δt和螺栓预紧力成正比。拧紧螺母时，螺栓在预紧力的作用下产生拉伸变形。在螺栓屈服之前，螺栓在拉伸变形时产生弹性变形，伸长量与预紧力的关系是线性关系。其计算公式为：F本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声螺栓预紧力测量方法，其特征在于，包括：在螺栓首次紧固时，通过超声波测量螺栓自由状态和紧固状态下的声时差，基于所述声时差计算螺栓的伸长量，根据所述伸长量得出螺栓预紧力，以对螺栓预紧力进行精确控制。

【技术特征摘要】
1.一种超声螺栓预紧力测量方法，其特征在于，包括：在螺栓首次紧固时，通过超声波测量螺栓自由状态和紧固状态下的声时差，基于所述声时差计算螺栓的伸长量，根据所述伸长量得出螺栓预紧力，以对螺栓预紧力进行精确控制。2.根据权利要求1所述的超声螺栓预紧力测量方法，其特征在于，在螺栓首次紧固时，通过在螺栓头部粘接一层压电陶瓷或在真空环境下通过离子蒸汽沉积在螺栓顶面形成一复合层传感器，制成压电传感式螺栓，由一体式便携超声螺栓预紧力测量装置与所述压电传感式螺栓配合，实时测量螺栓预紧力。3.根据权利要求2所述的超声螺栓预紧力测量方法，其特征在于，所述复合层传感器由上及下依次为金属电极层、保护层及压电层。4.根据权利要求2或3所述的超声螺栓预紧力测量方法，其特征在于，所述一体式便携超声螺栓预紧力测量装置包括依次连接的超声波发射器、超声波信号采集装置、分析处理装置。5.根据权利要求1所述的超声螺栓预紧力测量方法，其特征在于，在螺栓首次紧固时，通过将压电式套筒与超声螺栓预紧力测量装置组成便携式超声螺栓预紧力测量装置，对螺栓的预紧力进行实时测量。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴智泉，刘蕴华，张新，吴春，冯强，孙涛，杨佳霖，
申请(专利权)人：中国大唐集团新能源科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11