] 在螺栓預(yù)緊力矩值確定的情況下，螺栓預(yù)緊力只與擰緊力矩系數(shù)kt相關(guān)，現(xiàn)有螺 栓擰緊工藝的kt，都是在涂抹固體潤(rùn)滑膏的前提下確定的，新更換的螺栓如果沒(méi)有按要求 涂抹固體潤(rùn)滑膏則實(shí)時(shí)預(yù)緊力小于或大于標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊力。同樣的，在螺栓擰緊力矩系數(shù)k t確 定的情況下，螺栓預(yù)緊力只與螺栓預(yù)緊力矩值相關(guān)，當(dāng)螺栓預(yù)緊力矩值大的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致螺 栓的實(shí)時(shí)預(yù)緊力變大。
[0036] 螺栓預(yù)緊力矩值T是設(shè)計(jì)值，每個(gè)公司的值不一樣，在特定的安裝工藝下有特定 的值。k t的標(biāo)準(zhǔn)值取決于使用的螺栓和潤(rùn)滑膏的指標(biāo)，如果固體潤(rùn)滑膏沒(méi)有涂抹或者涂抹 的很少，會(huì)造成kt偏大，導(dǎo)致螺栓實(shí)際預(yù)緊力小于標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊力；反之，如果涂抹的固體潤(rùn)滑 膏很多，就會(huì)使k t偏小，導(dǎo)致實(shí)際預(yù)緊力大于標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊力。在固體潤(rùn)滑膏涂抹符合標(biāo)準(zhǔn)的 情況下，kt一般在0. 11到0. 12之間取值，這里設(shè)定kt的標(biāo)準(zhǔn)值是0. 11，預(yù)緊力是直接通過(guò) 墊圈壓力傳感器測(cè)出來(lái)的。
[0037] 當(dāng)工作載荷F按照類似正弦曲線一樣的方式在FrF2之間波動(dòng)時(shí)，可以精確地測(cè)量 到螺栓的總拉力在F^-Fa之間波動(dòng)。螺栓的總拉力
％式中：F。是 螺栓的總拉力，單位為kN;F'是螺栓的預(yù)緊力，單位為kN;F是螺栓的工作載荷，單位為 kN A是螺栓剛度，單位為N/m ;C 2是螺栓的被連接件組合的剛度，單位為N/m。剛度是固有 屬性，由材料特質(zhì)和材料形狀決定。
[0038] 在排除螺栓質(zhì)量、沒(méi)涂潤(rùn)滑膏以及螺栓預(yù)緊力矩值等問(wèn)題后，從螺栓的斷口分析 其斷裂原因是疲勞斷裂，發(fā)生疲勞斷裂的原因是實(shí)時(shí)應(yīng)力幅值超標(biāo)。
[0039] 根據(jù)公式（2)可以得出，機(jī)組運(yùn)行時(shí)螺栓的總拉力幅值：
[0041] 進(jìn)而得出螺栓的應(yīng)力幅值：
[0043] 由公式（4)可以得出：當(dāng)工作載荷輸入條件不變的情況下，螺栓所受實(shí)時(shí)應(yīng)力幅 值取決于螺栓剛度Ci和被連接件的剛度c2，當(dāng)被連接件端面出現(xiàn)縫隙后，其剛度c2減小，導(dǎo) 致應(yīng)力幅值〇a增大。式（4)解釋了出現(xiàn)縫隙的機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)應(yīng)力幅值0 a偏大 的主要原因。
[0044] 螺栓的工作載荷F是預(yù)先計(jì)算好的螺栓及被連接件整體受到的外部載荷，在一定 的范圍之內(nèi)波動(dòng)。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上，它是風(fēng)載荷和葉片自重重力的合力，隨著風(fēng)載荷的增 大而增大。螺栓的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊力和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力幅值均是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)計(jì)算好的。
[0045] 所述螺栓安裝工藝是指安裝螺栓的過(guò)程，改變安裝在法蘭面螺栓緊固順序，根據(jù) 螺栓應(yīng)力發(fā)生變化的規(guī)律，找到最佳的螺栓緊固順序。
[0046] 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，例如測(cè)試對(duì)象是M30螺栓時(shí)，應(yīng)力幅值在llMPa以下時(shí)，即可認(rèn)為 達(dá)到最優(yōu)。一般來(lái)說(shuō)根據(jù)整個(gè)法蘭面應(yīng)力分布的特點(diǎn)，重復(fù)3-4次就可以找到最佳的緊固 順序，如果螺栓斷裂區(qū)域較多，則會(huì)增加重復(fù)次數(shù)，以驗(yàn)證調(diào)整效果。
[0047] 請(qǐng)具體參閱2所示，一種應(yīng)用所述方法的螺栓安裝工藝性能評(píng)估設(shè)備，包括信號(hào) 輸入端模塊、信號(hào)采集和處理模塊以及人機(jī)交互模塊，其中：信號(hào)輸入端模塊包括獨(dú)立設(shè)置 的應(yīng)變信號(hào)輸入端、4路標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸入端以及為應(yīng)變信號(hào)提供激勵(lì)源輸出的電源電路； 信號(hào)采集和處理模塊包括處理芯片，電源電路為所述處理芯片供電，4路標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)輸 入端以及應(yīng)變信號(hào)輸入端通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與處理芯片連接；人機(jī)交互模塊包括處理器、 通訊接口、操作模塊以及顯示模塊，處理芯片的輸出端和處理器、通訊接口分別連接，操作 模塊和顯示模塊均與處理器連接。
[0048] 進(jìn)一步具體來(lái)講，應(yīng)變信號(hào)輸入端的信號(hào)經(jīng)程控放大器調(diào)理后，一路經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路輸入到所述處理芯片，另一路直接與處理芯片交互。
[0049] 處理芯片采用FPGA集成電路，處理器采用X86架構(gòu)，通訊接口包括兩個(gè)網(wǎng)口及三 個(gè)USB接口，操作模塊包括操作按鈕和操作指示燈，顯示模塊采用IXD顯示器。
[0050] 本螺栓安裝工藝性能評(píng)估設(shè)備具有對(duì)12路應(yīng)變信號(hào)的螺栓載荷進(jìn)行在線采集、 存儲(chǔ)及分析的功能，本螺栓安裝工藝性能評(píng)估設(shè)備接入4路標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)的目的是為了 能夠接入風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，并結(jié)合風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)計(jì)算判斷出螺栓當(dāng)前受力是 否正常。根據(jù)采集得到的螺栓載荷數(shù)據(jù)，從不同位置的螺栓工作載荷大小來(lái)判斷法蘭面整 體受力情況，從而得出法蘭面是否受力平衡的結(jié)論并給出處理方案。
[0051] 請(qǐng)具體參閱圖3-4所示，新的墊圈壓力傳感器為柱式傳感器，其輸出為
，其中，y是泊松比，k是應(yīng)變計(jì)靈敏度系數(shù)，為1.3，E是彈性模 量，D是筒式應(yīng)變區(qū)外徑，d是筒式應(yīng)變區(qū)內(nèi)徑，為0。圖4中Rm是彈模補(bǔ)償電阻，Rs是靈 敏度補(bǔ)償電阻，Rot是溫度補(bǔ)償電阻，Ro是零點(diǎn)補(bǔ)償電阻，Rp是標(biāo)準(zhǔn)化補(bǔ)償電阻。本墊圈壓 力傳感器以直徑M36mm為例，量程達(dá)到了 76T，相對(duì)現(xiàn)有此類傳感器量程5T~20T有了顯著 的提高。所述墊圈壓力傳感器可涉及M20~M46所有型號(hào)。
[0052] 本螺栓安裝工藝性能評(píng)估方法和設(shè)備并不僅僅局限于風(fēng)電機(jī)組變槳軸承、偏航軸 承螺栓的載荷測(cè)試，可應(yīng)用于一切法蘭連接面的螺栓載荷測(cè)試。
[0053] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，本 領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡(jiǎn)單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā) 明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種螺栓安裝工藝性能評(píng)估方法，其特征在于包括w下步驟： A. 確定法蘭面上各螺栓的緊固順序； B. 緊固螺栓的同時(shí)，在法蘭面與連接螺栓之間安裝墊圈壓力傳感器，螺栓緊固完成后， 通過(guò)墊圈壓力傳感器測(cè)量得到法蘭圓周端面上的螺栓預(yù)緊力的分布； C. 給螺栓施加一定的工作載荷，測(cè)試機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中不同工作載荷下的螺栓實(shí)時(shí)總拉 力的波動(dòng)區(qū)間F。l-F。2，并計(jì)算螺栓的實(shí)時(shí)應(yīng)力幅值o。，所述其中屯為該螺 栓的直徑； D. 將所有螺栓的實(shí)時(shí)應(yīng)力幅值0。與其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力幅值進(jìn)行比較，當(dāng)所述實(shí)時(shí)應(yīng)力幅值 大于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力幅值時(shí)，得出被連接件端面出現(xiàn)縫隙的結(jié)論，并返回步驟A確定新的螺栓緊 固順序，否則確定當(dāng)前螺栓緊固順序?yàn)樽顑?yōu)的螺栓緊固順序。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓安裝工藝性能評(píng)估方法，其特征在于所述步驟B、C之間 還包括W下步驟： 將檢測(cè)到的該螺栓的預(yù)緊力與其標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊力進(jìn)行比較，當(dāng)所述預(yù)緊力不等于標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊 力時(shí)，判斷螺栓是否沒(méi)有按要求涂抹固體潤(rùn)滑膏、潤(rùn)滑膏及螺栓的質(zhì)量是否有問(wèn)題、設(shè)定的 預(yù)緊力矩值T是否符合標(biāo)準(zhǔn)，并返回步驟B重新按照步驟A確定的順序根據(jù)所述判斷糾正 工藝并緊固各螺栓。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓安裝工藝性能評(píng)估方法，其特征在于所述墊圈壓力傳感 器為電阻式墊圈壓力傳感器、壓電式墊圈壓力傳感器或電容式墊圈壓力傳感器，所述墊圈 壓力傳感器設(shè)有8顆貼片。4. 一種應(yīng)用權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述方法的螺栓安裝工藝性能評(píng)估設(shè)備，其特征在 于包括信號(hào)輸入端模塊、信號(hào)采集和處理模塊W及人機(jī)交互模塊，其中： 所述信號(hào)輸入端模塊包括獨(dú)立設(shè)置的應(yīng)變信號(hào)輸入端、4路標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸入端W及為 應(yīng)變信號(hào)提供激勵(lì)源輸出的電源電路； 所述信號(hào)采集和處理模塊包括處理巧片，所述電源電路為所述處理巧片供電，所述4 路標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)輸入端W及應(yīng)變信號(hào)輸入端通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與處理巧片連接； 所述人機(jī)交互模塊包括處理器、通訊接口、操作模塊W及顯示模塊，所述處理巧片的輸 出端和所述處理器、通訊接口分別連接，所述操作模塊和顯示模塊均與處理器連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺栓安裝工藝性能評(píng)估設(shè)備，其特征在于所述應(yīng)變信號(hào)輸入 端的信號(hào)經(jīng)程控放大器調(diào)理后，一路經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入到所述處理巧片，另一路直接與 處理巧片交互。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺栓安裝工藝性能評(píng)估設(shè)備，其特征在于所述處理巧片采用 FPGA集成電路，所述處理器采用X86架構(gòu)，所述通訊接口包括兩個(gè)網(wǎng)口及S個(gè)USB接口，所 述操作模塊包括操作按鈕和操作指示燈，所述顯示模塊采用LCD顯示器。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺栓安裝工藝性能評(píng)估設(shè)備，其特征在于所述應(yīng)變信號(hào)為12 條。
【專利摘要】本發(fā)明是有關(guān)于一種螺栓安裝工藝性能評(píng)估方法及設(shè)備，該方法包括：確定螺栓緊固順序，測(cè)試運(yùn)行過(guò)程中不同工作載荷下的螺栓總拉力，并得出實(shí)時(shí)應(yīng)力幅值，當(dāng)實(shí)時(shí)應(yīng)力幅值大于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力幅值時(shí)，得出被連接件端面出現(xiàn)縫隙的結(jié)論并確定新的螺栓緊固順序直到確定當(dāng)前螺栓緊固順序?yàn)樽顑?yōu)的螺栓緊固順序。該設(shè)備包括信號(hào)輸入端模塊、信號(hào)采集和處理模塊以及人機(jī)交互模塊：信號(hào)輸入端模塊包括應(yīng)變信號(hào)輸入端、標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸入端及電源電路；信號(hào)采集和處理模塊包括處理芯片；人機(jī)交互模塊包括處理器、通訊接口、操作模塊及顯示模塊。本發(fā)明可對(duì)螺栓進(jìn)行測(cè)試并提出新的安裝工藝，利于對(duì)螺栓的維護(hù)。
【IPC分類】G01L5/24
【公開(kāi)號(hào)】CN104931185
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510295782
【發(fā)明人】顧富斌, 武飛
【申請(qǐng)人】北京天源科創(chuàng)風(fēng)電技術(shù)有限責(zé)任公司
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月2日