[发明专利]超声螺栓预紧力远程监测系统

说明书

本发明涉及一种超声螺栓预紧力远程监测系统，包括压电传感式螺栓及螺栓预紧力监控装置，所述压电传感式螺栓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；所述螺栓预紧力监控装置与所述压电传感式螺栓配合，用于针对在役螺栓，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。本发明能够实时监测在役螺栓的准确残余预紧力值，达到精确控制螺栓预紧力的目的，并能对在役螺栓进行提前预警及寿命预测。

技术领域

本发明属于风电技术领域，尤其涉及一种超声螺栓预紧力远程监测系统。

背景技术

高强度螺栓进行连接，由于受机件或装备螺栓质量和安装方面的影响，设备事故常有发生。其中，螺栓预紧力不足，造成螺栓松动，机件或装备运行振动过大，螺栓在长期服役下，剪切断裂，最终造成重大事故的比例较大。究其原因，首先，是螺栓本身质量不过关，设计制造过程中出现问题；其次，就是在安装及维护过程中螺栓预紧力不足，运行过程中振动造成的。

排除螺栓的质量问题，螺栓失效的焦点就落在了安装施工和调试检修方面。在安装过程中，如果螺栓预载荷超过了范围上限，螺栓会发生塑性变形，甚至被拉断；如果螺栓预载荷小于范围下限，两连接部件中间会产生缝隙，在运行过程中，特别是恶劣工况时，机件的应力比正常时增加约95％，造成螺栓发生脆性断裂。

螺栓法兰联接是风力发电、压力容器、石油化工设备及管道中应用极为广泛的一种可拆式静密封联接结构。法兰螺栓连接系统的主要失效形式是泄漏，而螺栓预紧是保证连接面不发生泄漏的重要环节之一。在螺栓联接中，螺栓在安装的时候都必须拧紧，即在联接承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加的作用力称为预紧力，预紧的目的在于增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移。所以，在法兰螺栓联接中，准确的预紧力值，良好的控制精度对控制接合面的泄漏有重要的作用。因此，有必要对螺栓进行实时监测，以获取准确的预紧力值。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声螺栓预紧力远程监测系统，通过实时监测在役螺栓准确的残余预紧力，达到精确控制螺栓预紧力的目的。

本发明提供了一种超声螺栓预紧力远程监测系统，包括压电传感式螺栓及螺栓预紧力监控装置，压电传感式螺栓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；螺栓预紧力监控装置与压电传感式螺栓配合，用于针对在役螺栓，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。

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，螺栓预紧力监控装置包括超声换能器，以及信号采集模块、接口转换模块及分析处理装置；分析处理装置包括计算模块、诊断模块及显示模块；

超声换能器通过与压电传感式螺栓的头部接触产生超声波，由信号采集模块接收超声波在螺栓中传播的返回信号，并通过接口转换模块传输至分析处理装置进行分析处理；

计算模块用于超声横波、纵波在螺栓里传播的时间与螺栓轴向应力的线性关系计算螺栓残余预紧力值；

诊断模块用于根据残余预紧力值，判断螺栓的紧固状态，并进行提前预警及寿命预测；

显示模块用于显示残余预紧力值及诊断模块的诊断结果数据。

进一步地，螺栓预紧力监控装置还包括用于检测螺栓温度的温度测量装置，温度测量装置通过接口转换模块与分析处理装置连接，用于分析处理过程中的温度补偿。

借由上述方案，通过超声螺栓预紧力远程监测系统，能够实时监测在役螺栓的准确残余预紧力值，达到精确控制螺栓预紧力的目的，并能对在役螺栓进行提前预警及寿命预测。