[发明专利]基于三向位移的法兰螺栓拉力和工作载荷在线监测方法

说明书

本发明提供了一种基于三向位移的法兰螺栓拉力和工作载荷在线监测方法，在上法兰和下法兰连接处的内圆周或外圆周均匀地布置一组法兰纵向横向相对位移传感器和一组法兰径向相对位移传感器，综合各传感器采集的三个方向相对位移，计算螺栓拉力和螺栓连接处的工作载荷，并进一步计算获得作用在法兰上的总工作载荷，当超过阈值时进行预警。本发明提供的一种基于三向位移的法兰螺栓拉力和工作载荷在线监测方法，可同时监测法兰轴向、切向、径向相对位移，进而计算得到较精确的螺栓拉力和工作载荷，对于螺栓拉力和工作载荷超出设定阈值的情况，及时实施安全控制策略。

技术领域

本发明涉及一种基于三向位移的法兰螺栓拉力和工作载荷在线监测方法，属于法兰螺栓拉力与工作载荷监测技术领域。

背景技术

螺栓连接结构在工程中的应用非常广泛，其工作环境往往受到各种交变载荷、冲击载荷的作用。在拉、压交变载荷作用下，螺纹可能发生塑性变形而导致螺栓松动，螺栓拉力减小。螺栓拉力过小会造成连接的不可靠，从而影响机器正常工作。如果螺栓拉力过大，可能导致螺栓在载荷作用下断裂，从而削弱了连接节点的承载力，严重时可能导致结构失稳。因此为了保证螺栓拉力处于正常状态，用力矩扳手检查螺栓的预紧力是定期维护的一项重要内容。当产品运维地处偏远地区、高处、海上或其他不方便维护的位置时，螺栓拉力的定期检查运维策略一般为半年或一年进行一次。该工作费时费力，加上工作人员个人主观和客观方面的多因素影响，并不能保证每次及时发现螺栓拉力异常的问题，所以非常有必要对螺栓拉力进行在线监测。

法兰连接结构一般用于工作载荷较大的设备或结构中，工作载荷异常可能使得法兰连接失效，导致设备损坏或结构失稳，如果可以实时监测法兰工作载荷，将能极大地提升设备或结构工作的可靠性、安全性，因此也非常有必要对工作载荷进行在线监测。

目前对螺栓拉力进行监测的技术方案主要有法兰轴向相对位移监测方法、超声波式螺栓拉力监测方法、应变片式螺栓拉力监测方法等，现有技术方案存在如下问题：

1)监测法兰轴向相对位移式方法仅可监测与法兰轴向相对位移相关的螺栓拉力和工作载荷，但当法兰受到切向、径向载荷载荷导致上下法兰在切向、径向也出现相对位移，且对螺栓拉力和工作载荷监测精度要求较高时，通过法兰轴向相对位移监测式系统监测、计算出的螺栓拉力和工作载荷可能无法满足要求。

2)利用超声波技术在线监测螺栓拉力，该技术需在每个计划监测的螺栓上安装超声波探头等监测传感器或设备，成本高，准备时间和现场施工时间长；对于法兰螺栓，需要拆卸、再次安装螺栓，导致螺栓拧紧过程摩擦系数发生变动，影响监测数据的准确性；监测设备数量多，且安装易松动，故障概率高；可监测螺栓数量有限，无法实现全面、全方位监测。

3)利用电阻应变片技术测量螺栓拉力，该技术应用于现场测量首先需要解决的是电阻应变片信号传递，由于螺杆和螺孔之间间隙很小，使得电阻应变片的信号传递实现起来非常困难，同时法兰螺栓工作过程中在载荷作用下连接面将会发生微小的滑移，这可能会对电阻应变片造成伤害，因此电阻应变片测量螺栓拉力的方案可靠性不高，不适宜现场的工程应用。

综上所述，现有技术虽然对螺栓拉力和工作载荷在线监测有一定的贡献，但仍存在较多的不足之处，无法满足高精度在线监测螺栓拉力和工作载荷的需求。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于三向位移的法兰螺栓拉力和工作载荷在线监测方法，利用法兰纵向横向相对位移传感器和法兰径向相对位移传同时监测法兰轴向、切向、径向相对位移，进而计算得到较精确的螺栓拉力和工作载荷，对于螺栓拉力和工作载荷超出设定阈值的情况，及时实施安全控制策略。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种基于三向位移的法兰螺栓拉力和工作载荷在线监测方法，包括以下步骤：

S1、在上法兰和下法兰连接处的内圆周或外圆周均匀地布置一组法兰纵向横向相对位移传感器和一组法兰径向相对位移传感器；