CN104198106A - 螺栓应力检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺栓应力检测装置，包括：中心件，其具有一中心轴线；环绕所述中心件的中心轴线排布的多个固定件，每个固定件上设置有用于与待检测螺母的侧壁相接触的传感器；与所述固定件一一对应的多个传动件，每个传动件的一端与所述中心件相转动连接，每个传动件的另一端与其对应的固定件相连接；与所述固定件一一对应的多个具有向内收缩弹性势能的弹性件，每个弹性件的一端与所述中心件相连接，每个弹性件的另一端与其对应的传动件相连接。使用本发明所述螺栓应力检测装置进行螺栓应力检测时，能同时对螺母的6个侧面进行检测的，检测结果具有唯一性，与现有的针对螺母的某两个侧面进行检测的装置相比，能够提高检测精度。

Description

螺栓应力检测装置

技术领域

本发明涉及一种应力检测装置，特别涉及一种螺栓应力检测装置。

背景技术

在石油、石化等领域中，法兰螺栓连接是一种管道、设备常用的连接方式，如油气开采、集输和炼化工业中各设备连接大都采用法兰螺栓连接，以达到连接并密封的作用。在使用法兰连接时，相互匹配的两个法兰盘的端面上设置有密封凹槽，在所述密封凹槽内设置有金属密封圈，两个法兰盘的圆周方向上均匀设置有多个螺栓。法兰盘连接主要是依靠所述螺栓的预紧力压紧金属密封圈，以达到密封效果。例如针对石油领域中的深气井和超深气井中的设备连接大都采用法兰螺栓连接。由于所述井深较深，其对应的设备压力高达百兆帕，若法兰螺栓连接发生松脱、断裂等失效事件，则极有可能发生严重事故。因此为了保证法兰螺栓连接的可靠性，都需要对其进行应力检测。

2012年02年01日公布的中国专利说明书CN102338683A公开的一种基于磁记忆的法兰密封性检测方法、检测装置及检测系统。所述检测装置依据金属磁记忆检测技术，将利用拾取金属表面地磁场作用下的金属构件漏磁场信息，根据磁场分布情况确定金属零件的应力分布情况的原理应用到法兰螺栓应力的检测汇中。其本质上即利用了法兰连接螺栓磁记忆信号与螺栓轴向应力之间具有较好的线性关系。

上述法兰密封性检测装置为夹具样式，使用时，只能同时夹持住螺母的某两个侧面。但由于法兰盘在螺栓预紧力的作用下，会发生微小的变形，因而螺母的六个侧面与法兰之间并不是均匀接触的，一般在螺母的六个侧面上会产生大小不等的应力。若仅根据某两个侧面上获取的螺栓的应力而推定最终螺栓应力的大小，则往往与螺栓真实应力之间存在较大的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺栓应力检测装置，以提高螺栓应力检测精度。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种螺栓应力检测装置，包括：中心件，其具有一中心轴线；环绕所述中心件的中心轴线排布的多个固定件，每个固定件上设置有用于与待检测螺母的侧壁相接触的传感器；与所述固定件一一对应的多个传动件，每个传动件的一端与所述中心件相转动连接，每个传动件的另一端与其对应的固定件相连接；与所述固定件一一对应的多个具有向内收缩弹性势能的弹性件，每个弹性件的一端与所述中心件相连接，每个弹性件的另一端与其对应的传动件相连接。

在优选的实施方式中，所述固定件的横向宽度不大于待检测螺母侧面的横向宽度，所述传感器的底面与所述固定件的底面相齐平以用于和螺母的根部相接触。

在优选的实施方式中，所述中心件包括用于和所述传动件相连接的第三本体和自所述第三本体下表面向下延伸的中心杆；所述第三本体为中空的六棱柱，所述中心杆位于所述中心件的中心轴线上。

在优选的实施方式中，所述还包括螺栓应力检测装置第一连接件，所述第一连接件位于所述固定件和传动件之间，其一端和所述固定件可滑动连接；另一端和所述传动件相连接。

在优选的实施方式中，所述第一连接件与所述固定件配合的侧壁上设置有至少一对纵向延伸的凸起和滑槽。

在优选的实施方式中，所述传动件包括至少一个连杆，当所述连杆为两个时，所述两个连杆长度相等，上下平行分布，所述连杆的两端分别与所述中心件、固定件连接后，组成与所述中心件的中心轴线共面的平行四边形传动件。

在优选的实施方式中，所述传动件与所述固定件相转动连接。

在优选的实施方式中，所述弹性件为弹簧，其与所述传动件连接的一端靠近所述固定件。

在优选的实施方式中，所述传动件还包括用于将所述传动件的下端与所述固定件进行可拆卸或半可拆卸连接的下固定帽、以及用于将所述传动件的上端与所述中心件进行可拆卸或半可拆卸连接的上固定帽。

在优选的实施方式中，所述螺栓应力检测装置通过数据线还连接有数据采集系统，所述数据采集系统包括将获取的传感器传输的电压信号转换为数字信号采集卡、将数字信号进行存取和分析的处理装置，所述处理装置包括用于数字信号的存取单元和用于分析数字信号的分析单元。

本发明的特点和优点是：由于使用本发明所述螺栓应力检测装置进行螺栓应力检测时，是同时对螺母的6个侧面进行检测的，检测结果具有唯一性，与现有的针对螺母的某两个侧面进行检测的装置相比，能够提高检测精度。其次本发明所述螺栓应力检测装置，所述传动件和固定器之间通过弹性约束力定位，致使探测机构与被检测螺母之间很容易贴合和脱离，操作方便。再次由于本发明所述的螺栓应力检测装置中的探测机构具有伸缩功能，使得探测机构能与被检测螺母的根部完全贴合，检测重复度高。此外，在工程现场，通常设备的法兰螺栓连接布置紧密，留给螺母安装传感器的空间有限，而本法明所述的螺栓应力检测装置结构紧凑，所占的空间小，实用性强。

附图说明

图1是本发明实施例中一种螺栓应力检测装置的主视图；

图2是本发明实施例中一种螺栓应力检测装置的俯视图；

图3是本发明实施例中一种螺栓应力检测装置固定件的主视图；

图4是本发明实施例中一种螺栓应力检测装置固定件的俯视图；

图5是本发明实施例中一种螺栓应力检测装置固定件和第一连接件配合的主视图；

图6是本发明实施例中一种螺栓应力检测装置固定件和第一连接件配合的俯视图；

图7是本发明实施例中一种螺栓应力检测装置传动件的结构示意图；

图8是本发明实施例中一种螺栓应力检测装置下固定帽的结构示意图；

图9是本发明实施例中一种螺栓应力检测装置螺栓应力检测现场布置图；

图10是现有技术中法兰密封性检测装置螺栓应力检测结果图；

图11是使用本发明一种螺栓应力检测装置螺栓应力检测结果图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

本发明一种螺栓应力检测装置，用于提高螺栓应力检测精度。

请参阅图1和图2，为本发明一种螺栓应力检测装置的主视图和俯视图，其包括：固定件1、传动件2、中心件3、弹性件4。

其中所述固定件1主要用于安装传感器。所述传感器为磁记忆传感器。所述固定件1的数量与螺母侧面的个数相同。所述固定件1安装有磁记忆传感器后，与螺母的各个侧壁相接触。

请参阅图3和图4，其中图3为本发明实施例中螺栓应力检测装置固定件的主视图，图4为本发明实施例中螺栓应力检测装置固定件的俯视图。

所述固定件1设置有纵向延伸的第一本体101。所述第一本体101整体上可呈工字钢型、或者H型还可以是其他形状。在所述第一本体101上设置有第一凹槽102，所述第一凹槽102用于提供磁记忆传感器的安装空间。所述磁记忆传感器固定在所述第一凹槽102内，其固定的方式可为粘贴的方式或者其他方式，只需保证固定的牢固性即可。所述第一凹槽102在纵向上可贯通。所述第一本体101横向宽度不大于待检测的螺母一个侧面的横向宽度。所述磁记忆传感器的一端与所述固定件1的一端齐平。当所述固定件1与螺母的侧壁接触时，以有利于所述与固定件1一端齐平的磁记忆传感器能够与螺母的根部接触。由于所述螺母的根部与法兰接触，其电磁信号相对于所述远离根部一侧强，当所述磁记忆传感器位于所述螺母的根部时，有利于检测到更强的信号。

所述固定件1还包括：第一连接件11。请参阅图5和图6，其中图5为本发明实施例中螺栓应力检测装置固定件和第一连接件配合的主视图，图6为本发明实施例中螺栓应力检测装置固定件和第一连接件配合的俯视图。

所述第一连接件11一方面用于和所述固定件1配合，实现整个固定件1在纵向上可伸缩，另一方面用于和传动件2相连接。所述第一连接件11设置有纵向延伸的第二本体111。所述第一连接件11整体上可呈工字钢型、或者H型还可以是其他形状。在所述第一连接件11上设置有第二凹槽112，所述第二凹槽112用于设置所述固定件1。在所述第一连接件11与所述固定件1匹配的位置，相应地设置有至少一对纵向延伸的滑槽和凸起，以实现所述第一连接件11与所述固定件1之间可相对滑动，即形成滑动连接。如图6所示，可以在所述第一连接件11的内侧壁上设置有一凸起113，所述凸起113可呈半圆形。相应地在所述固定件1的外侧壁上设置有滑槽103，所述滑槽103也可呈半圆形。所述凸起113和滑槽103的形状还可以为其他的形状，只需保证两者能够相互匹配。所述凸起113可以通过焊接的方式与所述第一连接件11相固定。另外同样的，也可以在所述第一连接件11的内侧壁上设置滑槽，在所述固定件1的外侧壁上设置凸起。当待检测的螺母规格不同时，其螺母的纵向厚度也不相等，此时，可以根据需要，将第一连接件11和固定件1进行相对滑动，以调节整个固定件1的长度，从而保证所述固定件1在检测不同规格的螺母时，都能够始终接触到螺母的根部，从而有利于检测到较强的信号。

请参阅图7，为本发明实施例中螺栓应力检测装置传动件的结构示意图。其中所述传动件2包括至少一个连杆201，所述连杆201的一端与所述中心件3连接、另一端与所述固定件1连接。所述连杆201的数量可以为两个，其长度可以相等。所述两个长度相等的连杆201可以上下平行分布。当所述连杆201与所述中心件3和固定件1连接后，可组成与所述中心件3的中心轴线共面的平行四边形连杆。当所述连杆201组成为平行四边形连杆时，在所述连杆201所在的平面内，所述连杆201能够带动与之连接的探测机构保持在竖直的位置上转动。

所述传动件2还可以包括：下固定帽202和上固定帽203。所述下固定帽202设置在所述连杆201和固定件1之间；所述上固定帽202设置在所述连杆201和中心件3之间，通过设置所述下固定帽202和上固定帽203有利于整个装置的安装和拆卸。

请参阅图8，为本发明实施例中螺栓应力检测装置下固定帽的结构示意图。所述下固定帽202可呈U型，其设置有第一侧壁2021和相对的第二侧壁2022，以及用于连接固定所述第一侧壁2021和第二侧壁2022的顶壁2023。所述第二侧壁2022与所述连杆201的一端可通过半可拆卸方式或可拆卸方式连接，例如可为铰链连接。如图7所示，在所述下固定帽202上还可以设置有铆钉204。所述铆钉204可以具体设置在所述下固定帽202的第一侧壁2021上。当所述第一侧壁2021上设置有铆钉204时，相应地，在所述固定件1上设置有与所述铆钉204相匹配的铆钉孔。例如可以在所述固定件1的第一连接件11的第二凹槽112的背面设置有铆钉孔，以使所述传动件2与所述固定件1通过铆钉固定连接。所述铆钉固定连接的方式也可以为螺纹固定连接。当为螺纹固定连接时，所述铆钉204替换为螺栓或螺钉，所述铆钉孔相应替换为与所述螺栓或螺钉相匹配的螺纹孔。除此之外，还可以为其他固定连接的方式。所述下固定帽202的第二侧壁2022与所述连杆201之间设置有铰链，所述连杆201与所述上固定帽202通过铰链连接后，可以实现相对转动。

所述上固定帽203设置在所述连杆201和中心件3之间。所述上固定帽203的形状结构可以与所述上固定帽202的一致。所述上固定帽203的一侧可通过铰接与所述连杆201连接，同样地，所述连杆201与所述上固定帽203通过铰链连接后，可以实现相对转动。所述上固定帽203的另一侧可通过铆接、螺纹连接等半可拆卸方式或可拆卸方式与中心件3固定连接。

请参阅图1和图2，所述中心件3与所述弹性件4配合，用于连接并定位所述传动件2。

所述中心件3，其包括第三本体30，其具有一中心轴线。所述第三本体30可为中空的且中心对称的正六棱柱，或者其他形状。例如当所述第三本体30为正六棱柱时，其六个侧面分别连接有传动件2，与待检测螺母的六个侧壁相对应。在所述第三本体30的下表面向下延伸设置有用于固定所述弹性件4的中心杆31。所述中心杆31的侧壁上固定有所述弹性件4。

所述弹性件4具有向内收缩的弹性势能。具体的所述弹性件4可以为弹簧，或者其他具有弹性的部件。所述弹性件4的一端与所述传动件2连接，另一端与所述中心杆31连接。由于所述弹性件4具有向内收缩的弹性势能，因此当所述弹性件4与所述传动件2和中心杆31连接时，可以带动所述传动件2向所述中心杆31方向收缩，通过所述弹性件4的约束力，可以将与所述传动件2连接的固定件1与螺母的侧壁紧贴。所述弹性件4的个数为六个，与所述传动件2的个数相匹配。

使用时，可以转动所述呈平行四边形的传动件2，带动与之连接的所述弹性件4向外拉伸，此时，所述固定件1相对于中心杆31的距离增大，从而可以实现检测更大规格螺母。

请参阅图9，是本发明实施例中一种螺栓应力检测装置螺栓应力检测现场布置图。检测时，将本发明包含有固定件1、传动件2、中心件3和弹性件4的螺栓应力检测装置安装在待检测的螺母5上，在所述螺栓应力检测装置上通过数据线连接一数据采集系统6。所述数据采集系统6包括采集卡和处理装置。所述处理装置包括用于数字信号的存取单元和用于分析数字信号的分析单元。所述螺母5的磁记忆信号通过所述数据采集系统6获得，其中所述采集卡将获取的磁记忆传感器传输的电压信号转换为数字信号，然后将数字信号传输至处理装置的存取单元进行存取，通过所述处理装置的分析单元进行分析，从而实现螺母5磁记忆信号的采集、存取和分析。在使用时，可以使用单个本发明装置进行法兰螺栓应力的逐个检测，也可以使用多个本发明装置进行整个法兰螺栓应力的同步检测。

如图10所示，是现有技术中法兰密封性检测装置螺栓应力检测结果图。其中纵坐标表示磁记忆传感器传输的电压信号的幅值增量，单位为伏特；横坐标表示螺栓的拉伸力，单位为千牛。试验时，在所述螺母的不同侧面进行了分别测量。

参照图10可以看出，现有技术中，由于测量时是针对螺母的某两个侧面进行检测，当检测的位置不同时，每次检测结果并不完全一致，试验结果有相当的误差。因此，仅根据螺母的某两个侧面上的磁记忆传感器传输的电压信号，计算得到的螺栓应力会与真实情况存在差异。

如图11所示，是使用本发明一种螺栓应力检测装置螺栓应力检测结果图。其中纵坐标表示磁记忆传感器传输的电压信号的幅值增量，单位为伏特；横坐标表示螺栓的拉伸力，单位为千牛。

使用本发明所述螺栓应力检测装置进行螺栓应力检测时，可以同时对螺母的6个侧面进行检测。

参考图11可以看出，由于使用本发明所述螺栓应力检测装置进行螺栓应力检测时，是同时对螺母的6个侧面进行检测的，检测结果具有唯一性，与现有的针对螺母的某两个侧面进行检测的装置相比，能够提高检测精度。

另外参考图11可以看出磁记忆信号幅值与拉伸力有较强的线性关系。试验结果表明：螺栓轴向磁记忆电压信号U与螺栓拉应力σ呈线性关系；

其通式为：U＝Aσ+B

其中，系数A为线性方程斜率，此值与螺栓材质有关，经试验测得；系数B为线性方程截距，此值近似等于螺栓零载荷状态下的磁记忆信号值，单位为伏特。

验证了在现场检测时，通过选择材质属性质并根据获得的磁记忆电压信号可得到检测的螺栓应力值。

相对于现有的检测装置，本发明所述螺栓应力检测装置除了具有检测精度高之外，由于其与螺母的六个侧面都紧密接触，相对于现有的夹持两个侧面的检测装置而言，更能够抵抗外力的干扰，在检测时，不容易发生松脱事故。

其次本发明所述螺栓应力检测装置其中心件3具有变径功能，能够根据需要改变所述固定件1相对于中心杆31的距离，因此一套本发明所述螺栓应力检测装置能实现M12至M52规格间所有钢质螺栓的应力检测，可满足绝大多数承压设备法兰螺栓的应力检测，避免了装置的重复制作，从而有利于检测成本的降低。

再次由于本发明所述的螺栓应力检测装置中的固定件1具有伸缩功能，使得固定件1能与被检测螺母的根部完全贴合，检测重复度高。

此外本发明所述螺栓应力检测装置，所述传动件2和中心件3之间通过弹性约束力定位，致使固定件1与被检测螺母之间很容易贴合和脱离，操作方便。

在工程现场，通常设备的法兰螺栓连接布置紧密，留给螺母安装传感器的空间有限，而本法明所述的螺栓应力检测装置结构紧凑，所占的空间小，实用性强。

以上所述仅为本发明的几个实施例，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种螺栓应力检测装置，其特征在于，包括：

中心件，其具有一中心轴线；

环绕所述中心件的中心轴线排布的多个固定件，每个固定件上设置有用于与待检测螺母的侧壁相接触的传感器；

与所述固定件一一对应的多个传动件，每个传动件的一端与所述中心件相转动连接，每个传动件的另一端与其对应的固定件相连接；

与所述固定件一一对应的多个具有向内收缩弹性势能的弹性件，每个弹性件的一端与所述中心件相连接，每个弹性件的另一端与其对应的传动件相连接。

2.如权利要求1所述的螺栓应力检测装置，其特征在于：所述固定件的横向宽度不大于待检测螺母侧面的横向宽度，所述传感器的底面与所述固定件的底面相齐平以用于和螺母的根部相接触。

3.如权利要求1所述的螺栓应力检测装置，其特征在于：所述中心件包括用于和所述传动件相连接的第三本体和自所述第三本体下表面向下延伸的中心杆；所述第三本体为中空的六棱柱，所述中心杆位于所述中心件的中心轴线上。

4.如权利要求1所述的螺栓应力检测装置，其特征在于：还包括第一连接件，所述第一连接件位于所述固定件和传动件之间，其一端和所述固定件可滑动连接；另一端和所述传动件相连接。

5.如权利要求4所述的螺栓应力检测装置，其特征在于：所述第一连接件与所述固定件配合的侧壁上设置有至少一对纵向延伸的凸起和滑槽。

6.如权利要求1所述的螺栓应力检测装置，其特征在于：所述传动件包括至少一个连杆，当所述连杆为两个时，所述两个连杆长度相等，上下平行分布，所述连杆的两端分别与所述中心件、固定件连接后，组成与所述中心件的中心轴线共面的平行四边形传动件。

7.如权利要求1所述的螺栓应力检测装置，其特征在于：所述传动件与所述固定件相转动连接。

8.如权利要求1所述的螺栓应力检测装置，其特征在于：所述弹性件为弹簧，其与所述传动件连接的一端靠近所述固定件。

9.如权利要求1所述的螺栓应力检测装置，其特征在于，所述传动件还包括用于将所述传动件的下端与所述固定件进行可拆卸或半可拆卸连接的下固定帽、以及用于将所述传动件的上端与所述中心件进行可拆卸或半可拆卸连接的上固定帽。

10.如权利要求1所述的螺栓应力检测装置，其特征在于：所述螺栓应力检测装置通过数据线还连接有数据采集系统，所述数据采集系统包括将获取的传感器传输的电压信号转换为数字信号采集卡、将数字信号进行存取和分析的处理装置，所述处理装置包括用于数字信号的存取单元和用于分析数字信号的分析单元。