专利名称：核电站螺栓应力数据采集装置及检测装置的制作方法
技术领域：
本申请涉及百万千瓦级压水堆核电站关键技术领域，特别涉及核电站大型设备的固定螺栓的残余应力检测设备领域。
背景技术：
核电站中的大型设备如主泵、蒸发器、主管道等的地脚螺栓是保障主设备和核安全的基础设施，需要定期对这些螺栓进行应力检测，并根据应力检测结果对螺栓进行分析，判断螺栓的残余预紧力，并做出预防性维修策略。在现有技术中可利用泵配合螺栓拉伸器对螺栓进行紧固或拆卸，其中螺栓拉伸器是借助液力升压泵(超高压油泵)提供的液压源，根据材料的抗拉强度、屈服系数和伸长率决定拉伸力，利用超高压油泵产生的伸张力，使被施加力的螺栓在其弹性变形区内被拉长，螺栓直径轻微变形，从而使螺母易于松动，另外也可以作为液压过盈连接施加轴向力的装置，进行顶压安装。拉伸器可以使多个螺栓同时被定值紧固和拆卸，布力均匀，是一个安全、高效、快捷的工具，是紧固和拆卸各种规格的螺栓的最佳途径，广泛应用于石油化工、核电、风电、水电、火电、船舶、铁路、航空航天、采矿、重型机械等领域。但是采用泵配合螺栓拉伸器仅能对螺栓进行紧固或拆卸，并不能对现场设备螺栓残余应力状况进行检测。现有技术中可利用超声波螺栓检测仪检测螺栓应力，不过在采用超声波螺栓检测仪测量螺栓预紧力时，必须预先测量螺栓的初始状态之后才能测量螺栓的预紧力，具体地，将超声波的振子放在螺栓的一侧并用来生成一个脉冲，这个脉冲向下穿过螺栓的整个长度.脉冲在另一侧被反射回来并且脉冲返回到超声波的振子上.测试单元接着对信号的传播时间进行测量。这个操作需要先在无载荷状态下进行以便记录下参考长度，一旦紧固件被紧固好，再重复这个操作，紧固件在无载状态和加载状态下的传播时间的差值被用来建立结果应力。不过，由于在核电站内这些大型设备安装初期没有要求螺栓进行超声螺栓检测预紧力，所以这些螺栓并无初始超声测量数据，因此，利用超声波螺栓检测仪检测螺栓应力是没有办法实现的。
发明内容本申请提供一种用于核电站螺栓应力检测的数据采集装置以及使用该采集装置的螺栓应力检测装置。根据本申请的第一方面，本申请提供一种用于核电站螺栓应力检测的数据采集装置，包括螺栓拉伸器和液压泵，所述螺栓拉伸器具有螺栓拉伸位，所述液压泵与螺栓拉伸器连通，还包括:用于采集螺栓拉伸器输出的拉伸力数据的第一采集单元，所述第一采集单元设置在液压泵的输出管道上；用于采集拉伸螺栓的拉伸位移数据的第二采集单元，所述第二采集单元位于螺栓拉伸位上方；[0009]用于采集拉伸螺栓超声波数据的第三采集单元，所述第三采集单元位于螺栓拉伸位上方.[0010]在一种更为具体的实施例中，所述第二采集单元和第三采集单元并列放置在螺栓拉伸位上方。在一种更为具体的实施例中，所述第一采集单元包括力传感器，所述力传感器设在液压泵的高压管道上。在一种更为具体的实施例中，所述第二采集单元包括位移传感器。在一种更为具体的实施例中，所述第三采集单元包括超声波传感器。在一种更为具体的实施例中，所述螺栓拉伸器包括支架、活塞缸、活塞和拉母，所述活塞缸固定安装在支架上，并与液压泵连通，所述活塞可滑动地装在活塞缸内，所述拉母固定连接在活塞上，且拉母上开有与拉伸螺栓配合的内螺纹。在一种更为具体的实施例中，还包括数据采集转换器，所述第一采集单元、第二采集单元和第三采集单元都和数据采集转换器信号连接。在一种更为具体的实施例中，在液压泵的高压管道上设置泄压部。在一种更为具体的实施例中，所述螺栓拉伸器采用液压拉伸器、单级自动复位拉伸器、多级自动复位拉伸器或可替换螺母拉伸器。在一种更为具体的实施例中，所述液压泵采用电动液压泵、气动液压泵或手动液压栗。根据本申请的第二方面，本申请提供一种核电站螺栓应力检测装置，包括:如上述任一项实施例所述的数据采集装置；数据采集转换器，所述第一采集单元、第二采集单元和第三采集单元都和数据采集转换器信号连接；用于对采集到的数据进行处理并计算出螺栓应力的数据处理器，所述数据处理器与数据采集转换器信号连接。本申请的有益效果是:本申请中，用于核电站螺栓应力检测的数据采集装置可利用螺栓拉伸器拉伸螺栓，同时利用第一采集单元、第二采集单元和第三采集单元分别采集螺栓拉伸器的拉伸力数据、拉伸螺栓的拉伸位移以及拉伸螺栓超声波数据。再结合本申请中螺栓应力检测装置中的数据采集转换器将数据采集装置采集到的数据整合并输入到数据处理器中，通过数据处理器对采集到的数据进行处理并计算出螺栓应力，完成螺栓残余应力检测，并根据应力检测结果对螺栓进行分析，判断螺栓的残余预紧力，并做出预防性维修策略。采用本申请核电站螺栓应力检测装置还可以对不符合设计要求的螺栓进行拉伸、拆卸更换，并按照标准重新拉伸预紧和获得定量数据，能够准确判断核电主设备固定及抗震螺栓的状态，该设备可在不改变螺栓带载的情况下，在缺少螺栓紧固前长度、应力等数据的情况下，实现对螺栓残余应力的判断。另一方面，通过螺栓拉伸器拉伸力数据、拉伸螺栓的拉伸位移以及拉伸螺栓超声波数据三组数据综合分析，可提高对螺栓残余预紧力检测的准确性，减少误差，以便于更加准确的制定预防性措施。
[0026]图1为本申请用于核电站螺栓应力检测的数据采集装置一种实施例的结构示意图；图2为本申请用于核电站螺栓应力检测的数据采集装置一种实施例中螺栓拉伸器的结构不意图；图3为本申请用于核电站螺栓应力检测的数据采集装置一种实施例中表座结构示意图；图4为本申请核电站螺栓应力检测装置另一种实施例的结构示意图；图5为本申请核电站螺栓应力检测装置一种实施例中应力计算方法的步骤框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式
结合附图对本发明作进一步详细说明。在本申请实施例中，核电站螺栓应力检测装置包括数据采集装置、数据采集转换器和数据处理器。该数据采集装置包括螺栓拉伸器、液压泵、第一采集单元、第二采集单元以及第三采集单元。该螺栓拉伸器具有螺栓拉伸位，对拉伸螺栓(拉伸螺栓即为需要通过螺栓拉伸器进行拉伸并检测残余应力的螺栓)进行拉伸时拉伸螺栓固定在螺栓拉伸位内。该液压泵与螺栓拉伸器连通，为螺栓拉伸器提供拉伸动力。该第一采集单元用于采集螺栓拉伸器输出的拉伸力数据，第二采集单元用于采集拉伸螺栓的拉伸位移数据，第三采集单元用于采集拉伸螺栓超声波数据。其中第一采集单元与液压泵的高压管道连通，第二采集单元和第三采集单元位于螺栓拉伸位上方。第一采集单元、第二采集单元和第三采集单元都和数据采集转换器信号连接，数据采集转换器与数据处理器信号连接。由第一采集单元、第二采集单元和第三采集单元分别采集的螺栓拉伸器输出的拉伸力数据、拉伸螺栓的拉伸位移以及拉伸螺栓超声波数据通过数据采集转换器整合并传输到数据处理器中，由数据处理器对采集到的数据进行处理并计算出螺栓应力，完成螺栓残余应力检测，并根据应力检测结果对螺栓进行分析，判断螺栓的残余预紧力，并做出预防性维修策略。采用本申请用于核电站螺栓应力检测的数据采集装置及螺栓应力检测装置还可以对不符合设计要求的螺栓进行拉伸、拆卸更换，并按照标准重新拉伸预紧和获得定量数据，能够准确判断核电主设备固定及抗震螺栓的状态，该设备可在不改变螺栓带载的情况下，在缺少螺栓紧固前长度、应力等数据的情况下，实现对螺栓残余应力的判断。另一方面，通过螺栓拉伸器拉伸力数据、拉伸螺栓的拉伸位移以及拉伸螺栓超声波数据三组数据综合分析，可提高对螺栓残余预紧力检测的准确性，减少误差，以便于更加准确的制定预防性措施。以下以具体实施例进行说明。实施例一:请参考图1-3，本实施例一提供一种用于核电站螺栓应力检测的数据采集装置，其包括螺栓拉伸器1、液压泵2、第一采集单元3、第二采集单元4以及第三采集单元5。图1中仅示意性表示出螺栓拉伸器1，其中高压管21联接液压泵2和螺栓拉伸器I。螺栓拉伸器I是实现螺栓拉伸的执行元件，该螺栓拉伸器I的具体结构请参考图2，螺栓拉伸器I包括支架11、活塞缸12、活塞13和拉母14。该支架11、活塞缸12、活塞13和拉母14按照图2中所示结构装配，螺栓拉伸器I的中部为螺栓拉伸位，用于固定拉伸螺栓9，具体地，螺栓拉伸位为阶梯孔状，拉伸螺栓9头部卡在支架11上，其杆部伸入该阶梯孔内，其中拉母14上设置与拉伸螺栓9配合的内螺纹。活塞缸12固定安装在支架11上，活塞13可滑动装于活塞缸12内，活塞13中部开孔，拉母14 一端装在活塞13中部的通孔内，另一端设有凸台，抵住活塞13的端部，拉伸螺栓9与拉母14上的内螺纹孔螺接固定。在活塞缸12上开有高压液接口 15和力传感器接口 16。液压泵2输出的高压油液经高压管21输送至活塞缸12，在压力作用下活塞缸12中的活塞13上移，带动拉母14向上移动。拉母14与拉伸螺栓9螺纹联接，从而拉长拉伸螺栓9，使拉伸螺栓9伸长达到所要求的变形量，变形控制在弹性变形范围之内，然后进行预紧或拆卸作业，最后通过液力或者机械回位的方式使工作螺栓回复原来的形状，完成作业，如在高压管上设置泄压部，待拉伸完成后开启泄压部进行泄压，使拉伸器恢复原位。该泄压部可以采用针阀进行泄压。螺栓拉伸器除了本实施例一所示液压拉伸器夕卜，还可以采用单级自动复位拉伸器、多级自动复位拉伸器或可替换螺母拉伸器等。液压泵2通过高压管与活塞缸12连通，用于输入高压液，以便使得活塞13沿拉伸螺栓9轴向滑动，从而带动拉母14也沿拉伸螺栓9轴向移动，从而拉动拉伸螺栓9。该液压泵2可采用电动液压泵2、气动液压泵2或手动液压泵2等。本实施例一中，第一采集单元3优选采用力传感器进行螺栓拉伸器输出的拉伸力数据的采集，将力传感器设置到高压管上，以便采集高压油的压力进而计算出螺栓拉伸器的拉伸力。该第二采集单元4优选地采用位移传感器进行拉伸螺栓的拉伸位移数据采集，本实施例一中位移传感器通过表座6固定设置在螺栓拉伸器的螺栓拉伸位上方，请参考图1，在利用螺栓拉伸器I对拉伸螺栓9进行拉伸时，位移传感器可采集到拉伸螺栓9的位移变化。请参考图3，该表座6包括固定部61、连接杆62和安装部，该固定部61用于将表座6固定锁紧在图2所示支架11的安装位111上。连接杆62之间夹持固定，以便根据实际情况调节高度。该安装部63用于安装力传感器，如可通过螺接固定连接，以后便于拆卸。该第三采集单元5优选地采用超声波传感器进行拉伸螺栓9超声波数据采集，根据超声波数据不仅可进一步计算螺栓的残余应力，还可以识别目前拉伸螺栓9的健康状况，以便确定是否更换螺栓。为了便于数据的输出，还可以设置数据采集转换器，使第一采集单元3、第二采集单元4以及第三采集单元5都与数据采集转换器信号连接，将各采集单元采集的数据整合到数据采集转换器处，在通过数据采集转换器统一输出。实施例二:请参考图4，本实施例二提供一种核电站螺栓应力检测装置，其包括数据采集转换器7、数据处理器8以及实施例一中公开的数据采集装置或根据实施一所述方案变形得到的数据采集装置。该数据采集转换器7将数据采集装置采集到的数据输送到数据处理器8中，数据处理器8采用现有可进行逻辑运算的处理器，数据处理器设定好的计算方法进行逻辑运算，得出拉伸螺栓9的残余应力。进一步地，本实施例二给出一种利用螺栓拉伸器的拉伸力数据、拉伸螺栓的拉伸位移以及拉伸螺栓超声波数据计算拉伸螺栓残余应力的方法。请参考图5，其步骤为:1.数据 预处理首先进行数据预处理，将各数据的回程数据去除，确定尾部结束点，通过数据的正常波动范围确定异常点，并予以去除。2.数据滤波考虑位移传感器、超声波传感器和力传感器在测试过程中有干扰信号，首先对原始信号处理采用滤波方法解决。小波(wavelet)滤波工作原理:小波变换是将信号分解为一系列小波函数簇的叠加，采用多尺度分析(Mult1-Scale Analysis)方法将被分析信号分解到不同尺度上，通过分层信号处理再重构以达到信号处理的目的。取Daubechies (db9)小波，利用分解的第8层小波系数进行重构，与原始传感器波形进行对比，可以提取出传感器测量信号的动态过程。由于小波包分析(Wavelet Packet Analysis)技术不仅对信号低频系数进行了进一步的分解，而且也对高频部分进行了进一步分解，从而提高了时频分辨率。快速离散小波
包分解公式为[4]:由
权利要求1.一种用于核电站螺栓应力检测的数据采集装置，包括螺栓拉伸器和液压泵，所述螺栓拉伸器具有螺栓拉伸位，所述液压泵与螺栓拉伸器连通，其特征在于，还包括: 用于采集螺栓拉伸器输出的拉伸力数据的第一采集单元，所述第一采集单元设置在液压泵的输出管道上； 用于采集拉伸螺栓的拉伸位移数据的第二采集单元，所述第二采集单元位于螺栓拉伸位上方； 用于采集拉伸螺栓超声波数据的第三采集单元，所述第三采集单元位于螺栓拉伸位上方。
2.如权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述第二采集单元和第三采集单元并列放置在螺栓拉伸位上方。
3.如权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述第一采集单元包括力传感器，所述力传感器设在液压泵的高压管道上。
4.如权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述第二采集单元包括位移传感器。
5.如权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述第三采集单元包括超声波传感器。
6.如权利要求1至5中任一项所述的数据采集装置，其特征在于，所述螺栓拉伸器包括支架、活塞缸、活塞和拉母，所述活塞缸固定安装在支架上，并与液压泵连通，所述活塞可滑动地装在活塞缸内，所述拉母固定连接在活塞上，且拉母上开有与拉伸螺栓配合的内螺纹。
7.如权利要求6所述的数据采集装置，其特征在于，还包括数据采集转换器，所述第一采集单元、第二采集单元和第三采集单元都和数据采集转换器信号连接。
8.如权利要求6所述的数据采集装置，其特征在于，在液压泵的高压管道上设置泄压部。
9.如权利要求6所述的数据采集装置，其特征在于，所述螺栓拉伸器采用液压拉伸器、单级自动复位拉伸器、多级自动复位拉伸器或可替换螺母拉伸器。
10.如权利要求6所述的数据采集装置，其特征在于，所述液压泵采用电动液压泵、气动液压泵或手动液压泵。
11.一种核电站螺栓应力检测装置，其特征在于，包括: 如权利要求1-5任一项所述的数据采集装置； 数据采集转换器，所述第一采集单元、第二采集单元和第三采集单元都和数据采集转换器信号连接； 用于对采集到的数据进行处理并计算出螺栓应力的数据处理器，所述数据处理器与数据采集转换器信号连接。
专利摘要本申请适用于百万千瓦级先进压水堆核电站关键技术领域，提供了一种用于核电站螺栓应力检测的数据采集装置及螺栓应力检测装置，该螺栓应力检测装置包括数据采集转换器、数据处理器以及数据采集装置，该数据采集装置包括螺栓拉伸器、液压泵、第一采集单元、第二采集单元以及第三采集单元。该第一采集单元用于采集螺栓拉伸器输出的拉伸力数据，第二采集单元用于采集拉伸螺栓的拉伸位移数据，第三采集单元用于采集拉伸螺栓超声波数据，数据采集转换器将数据采集装置采集到的数据整合并输入到数据处理器中，通过数据处理器对采集到的数据进行处理并计算出螺栓应力，完成螺栓残余应力检测，并根据应力检测结果对螺栓进行分析，判断螺栓的残余预紧力，并做出预防性维修策略。
文档编号G01L1/25GK202994342SQ20122059355
公开日2013年6月12日 申请日期2012年11月12日 优先权日2012年11月12日
发明者马军, 冯平, 张鸿泉, 游冰 申请人:中国广东核电集团有限公司, 大亚湾核电运营管理有限责任公司