专利名称：一种螺栓紧固状态监测装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种监测装置及其使用方法，特别是关于一种用于监控紧固在机电设备上的螺栓(或螺母，以下统称螺栓)状态的监测装置及其使用方法。
背景技术：
伴随着科学技术突飞猛进地发展，国内外的水电站装机容量有不断增加的趋势， 且单机容量也不断增加。单机容量的增加，可大大降低工程造价，降低成本，但也可能因相对刚度的降低而造成稳定性降低，诱发事故，甚至可能因此而造成更严重的破坏。比如2009 年8月17日，俄罗斯萨彦舒申斯克水电站发生严重事故，事后俄罗斯政府组织的事故调查认为“由动态载荷引发的螺栓破坏导致水轮机顶盖和水力发电机组引水通道的密封被撕裂。”引发事故的2号水轮发电机组水轮机顶盖的49个紧固螺栓由于剧烈振动而断裂，进而造成顶盖撕裂。在高压水的作用下，水轮机的顶盖、十字形机架连同发电机的转子开始向上运动，并进而将密封撕裂，将顶盖、转子等抬出机坑，高压水迅速充满水轮机机坑和厂房。在此之前，三峡水电厂也曾有巡视职工无意中发现水轮机蜗壳进人门压紧螺栓松动并及时报警，从而避免了水淹厂房重大事故的发生。所有这些都证明，螺栓和螺母虽小，只要其安装位置重要，螺栓(或螺母)的松脱可能会产生非常严重而恶劣的影响，小部件也会闯大祸。 因此，对安装在重要位置又有可能因为振动及其它原因而造成松脱的螺栓，非常有必要进行监测。但是，由于过去对螺栓松脱危害性的认识不够深刻，一直缺乏有效的监测手段。目前有二种可能的监测方式最容易想到的是定期或不定期的巡检，其缺点是成本高，对巡检人责任心、工作态度等依赖比较大，且难以避免突发性事件的发生；另外一种是在螺栓、螺栓安装位置设置监控镜头，将视频信号引入中控室进行监视，其缺点是螺栓松脱后中控室未必能看清，且对监视人员过于依赖。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实现自动监控和预测报警的螺栓紧固状态监测装置及其使用方法。实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种螺栓紧固状态监测装置，它包括一呈环柱体的弹性垫圈，弹性垫圈的下部径向开设一贯穿环柱体的通槽，使弹性垫圈下部形成两个弧形支腿；通槽的槽口顶部设置有压力应变片；与通槽平行，弹性垫圈的上部两侧具有两段弧形凹缺，使弹性垫圈上部形成两个与弧形支腿呈90°的弧形凸台；压力应变片通过导线连接一信号放大器，信号放大器通过数据线连接一数据采集装置，数据采集装置通过数据线连接原有的计算机监控设备。所述弹性垫圈上部凸台的宽度小于下部通槽的槽口宽度。所述通槽的两个槽口中仅有一个顶部中心设置有一压力应变片。所述通槽的两个槽口顶部中心均设置有一压力应变片。
上述一种螺栓紧固状态监测装置的使用方法，包括以下步骤1)设置一上部具有两个凸台，下部具有两个支腿的弹性垫圈，在弹性垫圈的两个支腿之间设置压力应变片，将压力应变片通过导线依次连接一信号放大器，一数据采集装置和原有的计算机监控设备； 2)将弹性垫圈套在螺栓上，并将螺栓旋设在被紧固件上；幻读取并记录弹性垫圈在被压紧前计算机监控设备显示的数据信号值；4)在拧紧螺栓的过程中，按照预置的拧紧圈数间隔读取并记录计算机监控设备显示的数据信号值，建立拧紧圈数和数据信号值之间的关系， 直至螺栓被完全拧紧力)根据步骤幻 4)所获取的数据信号值，确定一数据信号值作为采取报警措施所对应的报警阈值，并预置在计算机监控设备中；6)在监测过程中，计算机监控设备定期控制数据采集装置采集新的数据信号值，并将其与预设的报警阈值进行比较如果数据信号值小于报警阈值，计算机监控设备发出警报。所述步骤幻中，将螺栓被完全拧紧后计算机监控设备显示的数据信号值的0.8 0. 9倍作为采取报警措施所对应的报警阈值；所述步骤幻中，将密封容器内部压力达到工作压力后计算机监控设备显示的数据信号值的0. 8 0. 9倍作为采取报警措施所对应的报警阈值。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于采用弹性垫圈及贴在其悬空部分下表面的压力应变片和信号放大器等监测装置，实现自动监测螺栓紧固状态，提前进行预测报警，从而减少了监控判断时人为因素的影响及对人的素质等因素的依赖，并节省了人力成本。2、本发明由于采用弹性好的钢材加工垫圈和性能稳定、寿命长的压力应变片，使测量信号强而稳定，从而具有较高的稳定性和可靠性，用户可以放心的使用。 3、本发明由于使用的弹性垫圈、压力应变片及辅助的仪器、设备均无特殊要求，且测试设备较少，因此制造成本较低，使用安装方便。4、本发明可以用于水电站、火电站和其它包含压力容器且需用螺栓紧固的生产和科研领域，具有广泛的应用前景。
图1是本发明装置示意2是本发明装有压力应变片的弹性垫圈的立面投影3是图2的俯视图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1、图2、图3所示，本发明包括一呈环柱体的弹性垫圈1，在弹性垫圈1的下部径向开设有一贯穿环柱体的通槽2，使弹性垫圈1下部形成两个弧形支腿3，在两个弧形支腿3之间的通槽2的两个槽口顶部中心各设置有一压力应变片4 ；压力应变片4也可以是两个槽口只贴一片或两个槽口各贴两片或更多。在弹性垫圈1的上部两侧与通槽2平行切除两段弧形柱体，使弹性垫圈1上部形成两个与弧形支腿呈90°的弧形凸台5。同时，凸台 5的宽度小于两个弧形支腿3之间的宽度，使凸台5两侧、支腿3上方形成比凸台5低的悬空部分6，以使弹性垫圈1承受压力时其悬空部分6能够有较大的变形。压力应变片4通过导线连接一信号放大器7，信号放大器7通过数据线连接一数据采集装置8，数据采集装置 8采集经信号放大器放大后的信号后，将信号传输给原有的计算机监控设备9。
上述实施例中，弹性垫圈1可以采用弹性好的钢材制成。本发明的工作原理是当采用装有本发明的螺栓10将被紧固部件11压紧固定在固定部件12上时，首先应通过拧紧螺栓10的方式施加一预紧力，位于螺栓10和被紧固部件11之间的弹性垫圈1会受到来自螺栓10的压力，当压力达到一定值时，位于弹性垫圈1 通槽2的槽口顶部的两个压力应变片4会因受压而发生拉伸变形，从而产生相应的电信号， 该信号经过信号放大器7放大后，由数据采集装置8采集并传送给原有的计算机监控设备 9。当螺栓11施加给弹性垫圈1的压力降低时，上述压力应变片4也会随之减少拉伸变形， 从而使相应的电信号产生变化，该信号变化经过信号放大器7放大后、由数据采集装置8采集并传送给原有的计算机监控设备9，从而能够为在计算机监控设备9中设置报警或其它保护措施提供相应的依据。使用本发明时，包括以下步骤1)将装有本发明弹性垫圈的螺栓旋设在被紧固件上；2)读取并记录弹性垫圈在被压紧前计算机监控设备显示的数据信号值；3)在拧紧螺栓的过程中，按照预置的拧紧圈数间隔读取并记录计算机监控设备显示的数据信号值，建立拧紧圈数和数据信号值之间的关系，直至螺栓被完全拧紧；4)密封容器(压力容器、水轮机流道等)加压，读取并记录密封容器加压至工作压力后计算机监控设备显示的数据信号值；5)根据步骤幻 4)所获取的数据信号值，确定一数据信号值作为采取报警措施所对应的报警阈值，并预置在计算机监控设备中；6)在监测过程中，计算机监控设备定期控制数据采集装置采集新的数据信号值， 并将其与预设的报警阈值进行比较如果数据信号值小于报警阈值，计算机监控设备发出警报。上述实施例中，确定报警阈值的方式，包括以下两种1)将螺栓被完全拧紧后计算机监控设备显示的数据信号值的0. 8 0. 9倍作为采取报警措施所对应的报警阈值；2)将密封容器内部压力达到工作压力后计算机监控设备显示的数据信号值的 0. 8 0. 9倍作为采取报警措施所对应的报警阈值。其中第二种报警阈值容易导致误报。上述实施例中，当使用螺栓紧固密封容器时，最好使用专用的扭矩扳手按原有的设备要求预紧力拧紧螺栓；且在螺栓被完全拧紧后，密封容器进行加压，必须确保当其内部压力达到工作压力时不会有流体泄漏或压力下降的现象发生。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，如连接可以是螺栓或螺栓和螺母配合使用，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种螺栓紧固状态监测装置，其特征在于它包括一呈环柱体的弹性垫圈，所述弹性垫圈的下部径向开设一贯穿环柱体的通槽，使所述弹性垫圈下部形成两个弧形支腿；所述通槽的槽口顶部设置有压力应变片；与所述通槽平行，所述弹性垫圈的上部两侧具有两段弧形凹缺，使所述弹性垫圈上部形成两个与弧形支腿呈90°的弧形凸台；所述压力应变片通过导线连接一信号放大器，所述信号放大器通过数据线连接一数据采集装置，所述数据采集装置通过数据线连接原有的计算机监控设备。
2.如权利要求1所述的一种螺栓紧固状态监测装置，其特征在于所述弹性垫圈上部凸台的宽度小于下部通槽的槽口宽度。
3.如权利要求1或2所述的一种螺栓紧固状态监测装置，其特征在于所述通槽的两个槽口中仅有一个顶部中心设置有一压力应变片。
4.如权利要求1或2所述的一种螺栓紧固状态监测装置，其特征在于所述通槽的两个槽口顶部中心均设置有一压力应变片。
5.如权利要求1 4任一项所述的一种螺栓紧固状态监测装置的使用方法，包括以下步骤1)设置一上部具有两个凸台，下部具有两个支腿的弹性垫圈，在弹性垫圈的两个支腿之间设置压力应变片，将压力应变片通过导线依次连接至一信号放大器，一数据采集装置和原有的计算机监控设备；2)将弹性垫圈套在螺栓上，并将螺栓旋设在被紧固件上；3)读取并记录弹性垫圈在被压紧前计算机监控设备显示的数据信号值；4)在拧紧螺栓的过程中，按照预置的拧紧圈数间隔读取并记录计算机监控设备显示的数据信号值，建立拧紧圈数和数据信号值之间的关系，直至螺栓被完全拧紧；5)根据步骤幻 4)所获取的数据信号值，确定一数据信号值作为采取报警措施所对应的报警阈值，预置在计算机监控设备中；6)在监测过程中，计算机监控设备定期控制数据采集装置采集新的数据信号值，并将其与预设的报警阈值进行比较如果数据信号值小于报警阈值，计算机监控设备发出警报。
6.如权利要求5所述的一种螺栓紧固状态监测装置的使用方法，其特征在于所述步骤5)中，将螺栓被完全拧紧后计算机监控设备显示的数据信号值的0. 8 0. 9倍作为采取报警措施所对应的报警阈值；
7.如权利要求5所述的一种螺栓紧固状态监测装置的使用方法，其特征在于所述步骤5)中，将密封容器内部压力达到工作压力后计算机监控设备显示的数据信号值的0.8 0. 9倍作为采取报警措施所对应的报警阈值。
全文摘要
本发明涉及一种螺栓紧固状态监测装置及其使用方法。本发明装置包括一呈环柱体的弹性垫圈，弹性垫圈的下部径向开设一贯穿环柱体的通槽，使弹性垫圈下部形成两个弧形支腿；通槽的槽口顶部设置有压力应变片；与通槽平行，弹性垫圈的上部两侧具有两段弧形凹缺，使所述弹性垫圈上部形成两个与弧形支腿呈90°的弧形凸台；压力应变片通过导线连接一信号放大器，信号放大器通过数据线连接一数据采集装置，数据采集装置通过数据线连接原有的计算机监控设备，计算机监控设备将定期采集的数据信号值与预设的报警阈值进行比较，从而判断是否采取报警措施。本发明具有成本低、运行安全以及基本不需人为参与的优点，可以广泛地应用于水电站等包含压力容器且需螺栓紧固的生产和科研领域。
文档编号G01L1/04GK102322983SQ20111022341
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者唐拥军, 廖翠林, 徐洪泉, 李铁友, 潘罗平, 王万鹏, 瞿军, 穆恩良, 陆力 申请人:中国水利水电科学研究院机电所, 北京中水科水电科技开发有限公司