一种高强螺栓紧固维护系统和方法

技术领域

本发明涉及一种螺栓维护领域，具体是一种高强螺栓紧固维护系统和方法。

背景技术

目前在机械装配行业频繁使用螺栓，螺栓质量直接影响机械装配的牢固性，螺栓在初次装配时，通过螺母紧固将两个机械部件的法兰连接部分紧固在一起。但是随着机械器件的使用以及时间的推移，螺母和螺栓之间可能松动，也可能螺栓本身发生变化，导致螺栓承受的载荷值发生变化。因此，需要对螺栓紧固性进行检修维护。

而现有风电高强螺栓，不便于识别服役螺栓的受力状，因此一般按照经验值定期对螺栓进行力矩维护，一方面，对已经松动的螺栓不能及时维护，导致低预紧力服役的疲劳损伤加剧；另一方面，对于未松动螺栓，频繁的力矩施加，造成高强螺栓内部组织及结合面的损伤，影响使用寿命。

因此，本领域技术人员提供了一种高强螺栓紧固维护系统和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强螺栓紧固维护系统和方法，采用连接法兰间隙监测和螺栓预紧力超声波检测系统，精准识别失准螺栓，并制定差异化维护方案实施螺栓的检修和维护，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高强螺栓紧固维护系统，包括间隙监测模块、超声波监测模块、数据采集模块、信息分析处理模块；所述间隙监测模块用以监测法兰间隙变化来锁定失准螺栓区域，并将监测信息传输给数据采集模块；所述超声波监测模块用以监测螺栓预紧力偏差情况，并将监测信息传输给数据采集模块；所述数据采集模块用以采集法兰间隙变化信息与螺栓预紧力偏差信息并将其传输给信息处理模块；所述信息分析处理模块用以根据法兰间隙变化信息与螺栓预紧力偏差信息来制定差异化维护方案实施螺栓的检修和维护；所述间隙监测模块包括上间隙位移传感器与下间隙位移传感器，且上间隙位移传感器与下间隙位移传感器分别固定在上法兰与下法兰上，所述上间隙位移传感器与下间隙位移传感器相对设置并存在被测间隙，所述间隙监测模块的具体监测过程为：当法兰螺栓松动后，会导致法兰间隙变大，带动上间隙位移传感器与下间隙位移传感器之间位移数据变化，由于交变载荷的影响，被测间隙的大小和位置会发生变化，通过监控被测间隙的变化即可反映整个法兰的螺栓松动情况；所述超声波监测模块包括超声波检测设备以及与超声波检测设备连接的磁吸探头，且磁吸探头磁吸固定在法兰螺栓的端部，所述超声波监测模块的具体监测过程为：通过磁吸探头分别测量法兰螺栓在受力状态下纵波和横波的渡越时间，再进行比值运算，即可得到法兰螺栓预紧力信息。

作为本发明进一步的方案：所述间隙监测模块等角度一个扇区均匀分布安装在上法兰与下法兰上。

作为本发明再进一步的方案：所述上间隙位移传感器包括电路板卡与感应线圈，所述下间隙位移传感器包括感应触发模块。

作为本发明再进一步的方案：所述间隙监测模块采用RS485通信方式把监测信息传输给数据采集模块。

作为本发明再进一步的方案：所述法兰螺栓预紧力的计算过程为：

其中，F为螺栓的预紧力；E为螺栓材质的弹性模量；S为螺栓截面积；ΔL为螺栓的变形量；L为螺栓副的装夹长度。

作为本发明进一步的方案：所述差异化维护方案的具体制定过程为：

步骤一：将三个月内出现异常的螺栓标记出来，统计所有螺栓的安装时间；

步骤二：根据螺栓的安装时间以及出现异常的次数确定各个螺栓的检修频率；

步骤三：将出现异常的螺栓在地图标记出来，再以出现异常的螺栓为中心点在预设范围内安排X个工作人员前去维护。

作为本发明进一步的方案：所述步骤二中检修频率的具体确定过程为：

S1：将各个螺栓在三个月内出现异常的次数标记为A；

S2：将各个螺栓的安装时间按月份标记为B，不满月的按满月计算；

S3：令各个螺栓每周的检修次数为C，C＝3A+2B；

S4：计算各个螺栓每周的检修频率为f＝(7*24)/C，即各个螺栓一周中每隔f个小时检修一次。

作为本发明进一步的方案：所述步骤一中螺栓出现异常是指法兰间隙变化与螺栓预紧力偏差中任意一个或两个出现。

作为本发明进一步的方案：所述步骤三中，若N个异常的螺栓集中在同一设备上，则对应前去维护的工作人员数量X进行调整，具体调整如下：

若N≤3，则X＝1；

若3＜N≤10，则X＝3；

若N＞10，则X＝5。

本申请还公开了一种高强螺栓紧固维护方法，包括以下步骤：

监测法兰间隙变化来锁定失准螺栓区域；

监测螺栓预紧力偏差情况；

采集法兰间隙变化信息与螺栓预紧力偏差信息；

根据法兰间隙变化信息与螺栓预紧力偏差信息来制定差异化维护方案实施螺栓的检修和维护。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用连接法兰间隙监测和螺栓预紧力超声波检测系统，精准识别失准螺栓，进行检修和维护：通过间隙监测，根据间隙变化快速锁定失准螺栓区域；再利用超声波检测设备，精准探测预紧力偏差的螺栓；按照差异化维护方案实施螺栓的检修和维护。

2、本申请的差异化维护方案通过统计螺栓异常次数能够得知哪些位置的螺栓容易出现异常或损坏，再通过统计螺栓的安装时间来确定螺栓的老化程度，安装时间越久其老化程度也就越高，最后通过这两个参数得知每个螺栓的检修频率，该设置能够在保证检修质量的前提下避免实时检测，节省能源，此外，根据每个螺栓的不同情况进行差异化检修能够更好的适用不同位置的螺栓，提高检测精度。而在对异常螺栓具体维护时，本申请以异常螺栓位置为中心派遣最近的合适数量的工作人员前去维护，从而在保证维护工作顺利完成的前提下，不会使工作人员的工作量过大。

3、及时对失准螺栓尽心维护，避免螺栓断裂故障发生，节约故障处理成本，降低顾客抱怨。

4、对失准螺栓的力矩维护，能够保持与周边螺栓相同的受力环境，避免出现受力不均，减小螺栓的损伤；

5、对正常服役螺栓减少维护次数，减少螺栓的外力损伤；

6、减少维护工作量，从而节约维护成本。

附图说明

图1为一种高强螺栓紧固维护系统的结构框图；

图2为一种高强螺栓紧固维护方法的流程图；

图3为本申请上间隙位移传感器与下间隙位移传感器的结合视图。

图中：1、上法兰；2、下法兰；3、上间隙位移传感器；4、下间隙位移传感器；5、被测间隙。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

请参阅图1～3，本发明实施例中，一种高强螺栓紧固维护系统，包括间隙监测模块、超声波监测模块、数据采集模块、信息分析处理模块；间隙监测模块用以监测法兰间隙变化来锁定失准螺栓区域，并将监测信息传输给数据采集模块；超声波监测模块用以监测螺栓预紧力偏差情况，并将监测信息传输给数据采集模块；数据采集模块用以采集法兰间隙变化信息与螺栓预紧力偏差信息并将其传输给信息处理模块；信息分析处理模块用以根据法兰间隙变化信息与螺栓预紧力偏差信息来制定差异化维护方案实施螺栓的检修和维护；间隙监测模块包括上间隙位移传感器3与下间隙位移传感器4，且上间隙位移传感器3与下间隙位移传感器4分别固定在上法兰1与下法兰2上，上间隙位移传感器3与下间隙位移传感器4相对设置并存在被测间隙5，间隙监测模块的具体监测过程为：当法兰螺栓松动后，会导致法兰间隙变大，带动上间隙位移传感器3与下间隙位移传感器4之间位移数据变化，由于交变载荷的影响，被测间隙5的大小和位置会发生变化，通过监控被测间隙5的变化即可反映整个法兰的螺栓松动情况；超声波监测模块包括超声波检测设备以及与超声波检测设备连接的磁吸探头，且磁吸探头磁吸固定在法兰螺栓的端部，超声波监测模块的具体监测过程为：通过磁吸探头分别测量法兰螺栓在受力状态下纵波和横波的渡越时间，再进行比值运算，即可得到法兰螺栓预紧力信息。本申请，采用连接法兰间隙监测和螺栓预紧力超声波检测系统，精准识别失准螺栓，并制定差异化维护方案实施螺栓的检修和维护。

在本实施例中：间隙监测模块等角度一个扇区(在本实施例中，扇区角度为60°)均匀分布安装在上法兰1与下法兰2上。该设置能够在有效监测的前提下减少间隙监测模块的数量，以此来节约成本。需要说明的是，风机叶根及塔筒的螺栓数量很多且空间位置跨度大，因此对风电发电机上多个螺栓进行在线监测很有必要，通过高强螺栓紧固维护系统实现实时监测风力发电机塔筒法兰螺栓的预紧力状态，提前预知松动或断裂问题，保障风力发电机组安全稳定运行，多个螺栓同时紧固的情况下，设备对于螺栓松动具有一定允许裕度，即单个螺栓的松动不会马上对设备造成损伤，只有当松动螺栓的数量超过一定量时，才会因力载荷分布不均匀造成螺栓断裂，进而造成重大事故，从第一根螺栓松动到最后螺栓的断裂，是一个变化的过程，可能持续几小时到几天不等，故每节法兰面60个以上的无需每个螺栓都安装传感器，现场确认对于承载大、受力复杂的区域安装传感器，等角度一个扇区均匀分布安装传感器。

在本实施例中：上间隙位移传感器3包括电路板卡与感应线圈，下间隙位移传感器4包括感应触发模块。感应线圈与感应触发模块用以在间隙变化时感应变化量并通过电路板卡将变化量转化成数字信息。

在本实施例中：间隙监测模块采用RS485通信方式把监测信息传输给数据采集模块。RS485通信方式稳定高效。

在本实施例中：超声检预紧力检测原理为，根据声弹性原理，超声波的速度会因材料中的紧固力的存在而产生微小的变化，通过研究被测螺栓轴向应力与超声波传播时间变化率的关系，可以利用超声波来测量被测螺栓中的紧固力，该方法利用超声波传播速度或传播时间等参量来表征螺栓应力的大小，实际应用中一般不直接测量超声波波速，而是转为测量声时值。声时值是指超声波沿螺栓轴向传播时所需的往返时间。利用声时值来进行测量又分为纵波法和纵横波联合法。本申请利用横纵波联合技术原理，通过分别测量螺栓在受力状态下纵波和横波的渡越时间，再进行比值运算，即可获得螺栓轴向应力大小。适用于一些已经安装且无法拆卸的螺栓应力测量，不需要对螺栓进行标定，简单操作即可满足一般工程应用的需要，快速、准确对螺栓应力进行检测。

在本实施例中：法兰螺栓预紧力的计算过程为：

其中，F为螺栓的预紧力；E为螺栓材质的弹性模量；S为螺栓截面积；ΔL为螺栓的变形量；L为螺栓副的装夹长度。

在本实施例中：差异化维护方案的具体制定过程为：步骤一：将三个月内出现异常的螺栓标记出来，统计所有螺栓的安装时间；步骤二：根据螺栓的安装时间以及出现异常的次数确定各个螺栓的检修频率；步骤三：将出现异常的螺栓在地图标记出来，再以出现异常的螺栓为中心点在预设范围内(在本实施例中，预设范围为半径三公里)安排X个工作人员前去维护。本申请通过统计螺栓异常次数能够得知哪些位置的螺栓容易出现异常或损坏，再通过统计螺栓的安装时间来确定螺栓的老化程度，安装时间越久其老化程度也就越高，最后通过这两个参数得知每个螺栓的检修频率，需要说明的是，检修是通过采集法兰间隙变化信息与螺栓预紧力偏差信息来判断的，而在检修到目标螺栓时，其相关的法兰间隙变化信息是从距离目标螺栓最近的间隙监测模块上采集的。

在本实施例中：步骤二中检修频率的具体确定过程为：S1：将各个螺栓在三个月内出现异常的次数标记为A；S2：将各个螺栓的安装时间按月份标记为B，不满月的按满月计算；S3：令各个螺栓每周的检修次数为C，C＝3A+2B；

S4：计算各个螺栓每周的检修频率为f＝(7*24)/C，即各个螺栓一周中每隔f个小时检修一次。该设置能够在保证检修质量的前提下避免实时检测，节省能源，此外，根据每个螺栓的不同情况进行差异化检修能够更好的适用不同位置的螺栓，提高检测精度。

在本实施例中：步骤一中螺栓出现异常是指法兰间隙变化与螺栓预紧力偏差中任意一个或两个出现。

在本实施例中：步骤三中，若N个异常的螺栓集中在同一设备上，则对应前去维护的工作人员数量X进行调整，具体调整如下：若N≤3，则X＝1；若3＜N≤10，则X＝3；若N＞10，则X＝5。当同一设备上的出现异常的螺栓的越多，就说明该设备的异常状态越严重，维护工作量也就越大，这种情况下让一个人干三个人的活，不仅会造成工作人员心理不平衡，还会让维护效率低下，为此，本申请根据实际情况对维修的工作人员数量进行适应性调整，从而在保证维护工作顺利完成的前提下，不会使工作人员的工作量过大。

本申请还公开了一种高强螺栓紧固维护方法，包括以下步骤：

监测法兰间隙变化来锁定失准螺栓区域；

监测螺栓预紧力偏差情况；

采集法兰间隙变化信息与螺栓预紧力偏差信息；

根据法兰间隙变化信息与螺栓预紧力偏差信息来制定差异化维护方案实施螺栓的检修和维护。

本发明采用连接法兰间隙监测和螺栓预紧力超声波检测系统，精准识别失准螺栓，进行检修和维护：通过间隙监测，根据间隙变化快速锁定失准螺栓区域；再利用超声波检测设备，精准探测预紧力偏差的螺栓；按照差异化维护方案实施螺栓的检修和维护。此外，本申请能够及时对失准螺栓尽心维护，避免螺栓断裂故障发生，节约故障处理成本，降低顾客抱怨。对失准螺栓的力矩维护，能保持与周边螺栓相同的受力环境，不会出现受力不均，减小螺栓的损伤；对正常服役螺栓减少维护次数，减少螺栓的外力损伤；减少维护工作量，从而节约维护成本。此外，本申请的差异化维护方案通过统计螺栓异常次数能够得知哪些位置的螺栓容易出现异常或损坏，再通过统计螺栓的安装时间来确定螺栓的老化程度，安装时间越久其老化程度也就越高，最后通过这两个参数得知每个螺栓的检修频率，该设置能够在保证检修质量的前提下避免实时检测，节省能源，此外，根据每个螺栓的不同情况进行差异化检修能够更好的适用不同位置的螺栓，提高检测精度。而在对异常螺栓具体维护时，本申请以异常螺栓位置为中心派遣最近的合适数量的工作人员前去维护，从而在保证维护工作顺利完成的前提下，不会使工作人员的工作量过大。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。