[发明专利]负载指示紧固件

说明书

螺栓载荷测量装置31具有螺栓4，其中参考销钉10从螺栓中的孔11的根部12延伸。镗孔22的肩部23限定了位于螺栓4的可应变部分7内的可应变部分基准肩部。应变基准套筒32具有孔33，以允许其绕参考销钉10通过，参考销钉10延伸到应变基准套筒的端部。参考基准15位于参考销钉10的外端，并且应变基准16位于应变基准套筒32的外端。应变基准套筒的外端包括对准突起34，测量工具40在该对准突起34上结合。为了使测量工具40的对准足够精确，接合长度37是接合宽度38的至少0.9倍，或是对准突起直径的0.9倍。

技术领域

本发明涉及紧固件，并且具体地涉及用于测量指示负载的负载指示紧固件和工具。

背景技术

在一些应用中，知道螺栓上的负载具有重要性，在诸如压力边界带螺栓的接头应用中，包括管道和压力容器带垫片、带法兰，带螺栓的接头。这里使用的“螺栓”包括带头的螺栓和无头的螺栓。无头螺栓称为“柱螺栓(stud bolt)”。测量和监测各螺栓中的负载有利于带螺栓接头的安全操作，并且接触和非接触螺栓负载测量方法都是已知的。

图1示出了类似于国际专利公开WO2010/140002中公开的接触式螺栓负载测量装置(arrangement)1，其中螺母2和3能够通过紧固在柱螺栓4上而在它们之间提供夹紧力。因此第一螺母2内螺栓的区域是第一负载接收部分5，第二螺母3内螺栓的区域是第二负载接收部分6。螺母对螺栓4施加相应于两个螺母2、3之间夹紧力的张力负载，使螺栓4应变(或更具体地说是延伸)。如本文所用，“应变”是指尺寸的变化，表达为该尺寸的比例(例如δL/L，其中L是尺寸的大小，δ表示尺寸大小的变化)。在材料的弹性范围内，应变可通过材料的弹性性质与负载直接相关。两个部分5和6之间的螺栓区域可以称为可应变部分7。在WO2010/140002中，在螺栓中轴向钻孔，该孔具有螺纹底座，销钉拧入该螺纹底座中。这种制造方法用于简化，但添加了可以移动的接头，对随后进行的任何测量的准确性有负面作用。在图1中，所示孔11中的参考销钉10与螺栓4成一体。这可以通过侵蚀环形间隙以形成销钉10来形成，或者更容易地，孔11可以钻孔形成然后参考销钉10焊接在根部12。由于根部12和第一负载接收部分5之间的轴向长度确定了参考销钉10外端的参考基准15和螺栓4端部上的应变基准表面16之间的相对运动的大小，因此考销钉10的根部12很好地进入螺栓4的可应变部分7，该相对运动是由于螺栓的可应变部分7上的轴向负载变化导致的。由于螺栓的可应变部分7上的轴向负载变化，在参考销钉10的外端和螺栓4的端部上的应变基准表面16上。由于应变基准和参考基准之间的轴向距离根据螺栓上的应变(tensile))负载而变化，因此测量参考基准15和应变基准16之间的相对运动允许计算螺栓上的负载。

千分表或类似物18用于接触参考基准15和应变基准16以检测其间的轴向差。然而，千分表18易于与参考销钉10的主轴17错位，例如通过图1中所示的角度错位。这种错位导致在应变基准表面16和参考基准15之间的轴向距离的测量中的误差，并且当通过应变偏差(deflection)测量负载时，这种误差容易使测量结果毫无价值。

图2示出本申请人的国际专利公开WO2016/015092中公开的接触式螺栓负载测量装置21。该装置采用了许多特征，以确保测量精确地反映螺栓中的负载。参考销钉10的根部12与螺栓4是一体的，以避免在使用中它们之间可能的运动，并且参考销钉的根部12和参考基准15都在可应变部分7内，应变基准16也一样，根本12现在是环形孔11的端部和镗孔(bore)22的底部处的肩部23。这有助于消除由于螺母2相对于螺栓4的位置引起的任何误差，这可随着通过紧固螺栓调节负载而变化，并允许当螺栓处于零(或另一已知)负载时参考基准表面和应变基准表面被加工成基本上共面。在如图1所示的装置中螺母2的这种变化位置有效地改变了螺栓长度，在该螺栓长度上出现测量到的应变是因为图1中的应变基准不在可应变部分长度内。