[发明专利]一种智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置的加载监测方法

说明书

一种智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置的加载监测方法，步骤如下：一:智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置构建；二：利用安置好的加载监测装置计算相关系数；三：计算载荷；四：使法兰螺栓结构进入预装配状态，此时螺栓上不施加载荷；五：执行第一轮次；六：第二轮次螺栓的目标载荷为七：根据装置显示的法兰螺栓加载最优路径，第三轮次采用反向顺序拧紧的加载顺序；八：通过步骤一构建的智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置监测法兰盘的应力分布，保证均匀性；通过以上步骤，达到了用最小轮数实现法兰盘螺栓加载均匀的要求，解决螺栓装配过程中无规定流程，操作不确定性大，无法保证螺栓加载均匀性的问题。

技术领域

本发明涉及一种智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置的加载监测方法，它可以根据工况的紧密度要求计算螺栓载荷并通过装置以较少的加载轮数控制螺栓加载顺序实现法兰盘各螺栓载荷的均匀性，保证法兰盘的密封性和拧紧效率。适用于法兰螺栓加载等技术领域。

背景技术

获得均匀的预紧载荷是螺栓法兰密封系统实现长期密封的前提。然而，目前关于法兰螺栓加载方式仍无统一的规范可循，工人多根据经验交叉预紧螺栓。由于工业上无法实现同时对所有螺栓直接施加轴向载荷，故普遍采用控制扭矩的方法对螺栓逐个加载。螺栓载荷的均匀性主要由两个因素决定：扭矩转化为螺栓轴向力的精度、依次加载在过程中后加载螺栓对已加载螺栓载荷的影响。前者主要取决于加载工具以及密封组件之间的摩擦力，后者主要取决于螺栓的弹性交互作用。

螺栓间弹性交互作用是影响螺栓载荷分布的重要原因，但是进一步研究发现，合理的螺栓加载方式及加载轮次能够有效地降低螺栓间载荷的离散程度。研究表明，弹性交互作用有两种效果：弹性交互正作用和弹性交互负作用，这两种作用使最终螺栓载荷低于目标载荷，且非均匀分布。交叉加载时每轮载荷分布呈”W”形，顺次加载时每轮载荷分布呈“N”形。

根据基于紧密度的螺栓目标载荷计算以及最优路径寻优方式提出了简化的法兰螺栓拧紧方法。发明人提供了下文所述的加载监测装置的加载监测方法。

发明内容

(1)发明目的

在实际的生产制造过程中，法兰盘的密封性要求很高，而法兰螺栓的加载方法不完善且并不统一。基于气密性要求，本发明提供了一种智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置及方法，它利用智能光纤光栅法兰螺栓监测装置计算螺栓加载过程中同侧负影响参数并完成对螺栓加载顺序的控制，利用路径寻优算法给出最优加载顺序。

(2)技术方案

本发明是一种智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置的加载监测方法。利用装置计算同侧负影响系数，根据“同侧负影响”“对侧正影响”方法建立法兰螺栓加载顺序理论并通过装置进行路径规划，从而确定螺栓法兰盘扭紧方法，达到使装配后螺栓预紧力满足目标值并形成均匀分布的目标。针对弹性交互作用的对侧正影响和同侧负影响采用的优化方法分别为：1.在对螺栓进行对称拧紧后通过一次正向顺序加载和一次反向顺序加载弱化对侧正影响；2.通过计算得出修正系数，抵消螺栓载荷引起的同侧负影响。我们仅以八螺栓法兰盘为例，具体步骤如下:

本说明采用2片尺寸相同的8螺栓法兰结构为例作为被连接件进行试验，法兰结构材料为304钢，螺栓材料为1Cr11Ni2W2MoV。法兰结构剖面见图1。

本发明一种智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置的加载监测方法，具体步骤如下：

步骤一:智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置构建：

A、将螺栓打孔见图1，把光纤光栅灌入到螺栓内进行螺栓预紧力辅助监测；在法兰盘内侧两孔之间或法兰盘表面两孔之间贴装光纤光栅应变传感器，共选取Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ八个位置如图2图3；将光纤光栅栅区用胶粘紧在法兰盘内壁选取的定位点上；

B、光纤光栅应变传感器接口连接光纤光栅解调仪，同时连接安装测量应变配套软件的计算机，实时监控装配过程中各位置应变情况，分析连接件结合面的应力分布情况；