CN107131993A - 一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定方法及标定系统 - Google Patents

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张锁怀
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Abstract

本发明涉及盘式周向拉杆转子装配技术领域，具体来说是一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定方法及标定系统，通过组装拉杆预紧力标定装置并连接拉杆预紧力的采集处理系统，将扭矩值和拉杆预紧力拟合，得到拧紧螺母扭矩与拉杆预紧力的关系式，从而将要对拉杆转子施加的预紧力转化为拧紧螺母扭矩，完成拉杆预紧力的标定，以便燃气轮机拉杆转子装配时能按照该关系式找出施加预紧力时所要对螺母施加的扭矩的大小，标定方法便捷、可靠，具有广泛地应用前景。

Description

一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定方法及标定系统
技术领域
本发明涉及盘式周向拉杆转子装配技术领域，具体来说是一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定方法及标定系统。
背景技术
重型燃气轮机结构十分复杂，包括转子、叶片及机匣等多个零部件，其中，转子是燃气轮机整体设计的关键，分布式拉杆转子因其易于加工、便于冷却通道设计而广泛应用于燃气轮机领域，而拉杆预紧力的大小将直接影响拉杆转子的整体性，预紧力过小会影响转子的正常连接，预紧力过大会导致拉杆转子各零部件强度安全储备降低，因此，拉杆预紧力的准确施加一直是分布式拉杆转子装配过程中极为重要的一环。
发明内容
本发明的目的在于：为盘式周向拉杆转子的装配提供一种便捷、可靠、易于实现的拉杆预紧力标定方法及标定系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定方法，所述的标定方法包括以下步骤：
S1.将多根拉杆分别轴向贯穿多级轮盘上沿周向分布的拉杆孔，在拉杆的两端分别垫设垫圈组件后拧紧两端轴头的螺母，组装成拉杆预紧力标定装置；
S2.将压力传感器加装到拉杆上，并将压力传感器连接至数据处理端，形成拉杆预紧力的采集处理系统；
S3.设定目标扭矩值，利用数显扭矩扳手，对螺母施加扭矩直至达到设定值时，压力传感器在扭矩的作用下对应产生压力值测量信号；
S4.记录峰值扭矩，采集处理系统读取与峰值扭矩对应的压力值，将扭矩值和拉杆预紧力拟合，得到拧紧螺母扭矩与拉杆预紧力的关系式；
S5.根据拧紧螺母扭矩与拉杆预紧力的关系式，将要对拉杆转子施加的拉杆预紧力转化为拧紧螺母扭矩，完成拉杆预紧力的标定。
在本发明的一些具体实施例中，所述的垫圈组件包括依次垫在拉杆端部的平垫圈和弹簧垫圈。
在本发明的一些具体实施例中，所述的采集处理系统包括压力传感器、网络分布式分析采集仪及计算机，所述的压力传感器通过信号线与网络分布式分析采集仪相连，网络分布式分析采集仪通过数据线与计算机相连，在对螺母施加扭矩使压力传感器的电阻值发生变化时，网络分布式分析采集仪的将采集到的压力值测量信号传送给计算机存储、分析计算和处理。
在本发明的一些具体实施例中，在步骤S2中，所述的压力传感器加装到一拉杆上或分别加装到每一拉杆上。
在本发明的一些具体实施例中，在步骤S3中，数显扭矩扳手以相同的扭矩多次对拉杆上的螺母施加扭矩，将得到的多组拉杆预紧力进行计算，求取平均拉杆预紧力。
在本发明的一些具体实施例中，在步骤S4中，采用最小二乘法对峰值扭矩和压力值进行拟合，
假设偏差函数为ri＝Ti-f(Fi)，当时，即以偏差平方和最小来确定拧紧螺母扭矩与拉杆预紧力之间的关系式，其中，T为拧紧螺母扭矩，F为拉杆预紧力。
本发明还提供一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定系统，包括拉杆、轮盘、螺母、施力机构、压力传感器，在每一轮盘上设有沿周向分布的若干拉杆孔，所述的轮盘以拉杆孔的位置为基准轴向层叠，形成供拉杆穿过的多级轮盘，多级轮盘上的拉杆孔中贯穿有至少一个拉杆，所述拉杆的两端分别穿出多级轮盘并设置有螺母，拉杆的一端设置有压力传感器，通过施力机构对螺母施加不同扭矩值而产生预紧力，从而使压力传感器对应采集拉杆的压力值。
在本发明的一些具体实施例中，所述的垫圈组件包括平垫圈和弹簧垫圈，平垫圈和弹簧垫圈在拉杆上依次从多级轮盘向着螺母的方向垫设，所述的平垫圈紧贴轮盘设置，所述的弹簧垫圈紧贴螺母设置。
在本发明的一些具体实施例中，所述的压力传感器装设在靠近多级轮盘的拉杆上。
在本发明的一些具体实施例中，所述的施力机构为数显扭矩扳手。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明的标定方法和标定系统通过装设拉杆预紧力标定装置将螺母与拉杆之间的摩擦扭矩等进行了“短路”，直接将拧紧螺母扭矩与拉杆的预紧力关联拟合，从而精确得到拧紧螺母扭矩与拉杆预紧力的关系式，以便燃气轮机拉杆转子装配时能按照该关系式找出施加预紧力时所要对螺母施加的扭矩的大小，标定方法便捷、可靠、易于实现，具有广泛的工程应用前景。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明中拉杆预紧力标定装置与采集处理系统的连接示意图；
图3是本发明实施例中拟合出的拧紧螺母扭矩与拉杆预紧力关系曲线；
图4是本发明中标定系统的结构示意图；
符号说明：
1.拉杆 2.轮盘 3.平垫圈 4.弹簧垫圈 5.螺母 6.压力传感器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的技术方案进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例1
请参阅图1，本发明是一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力标定方法，具体地，标定方法包括以下步骤：
步骤一,组装拉杆预紧力标定装置：
本发明中的拉杆预紧力标定装置主要包括拉杆1、轮盘2、垫圈组件和螺母5，轮盘2上设有周向布置的若干拉杆孔，将多根拉杆1分别穿过拉杆孔，依次穿过多级轮盘2，通过拉杆1将多级轮盘2串联起来，然后在拉杆1的两端分别垫设垫圈组件后拧紧两端轴头的螺母5，这样每块独立的轮盘2通过拧紧螺母5产生的预紧力而组成了一个分布式拉杆转子预紧力标定装置。
其中，垫圈组件包括依次垫在拉杆端部的平垫圈3和弹簧垫圈4。平垫圈3是用于减少螺母5与轮盘2之间的摩擦，弹簧垫圈垫4用来防止螺母松动。在螺栓联接中，只有适当的预紧力才能保证螺栓可靠联接，而拉杆预紧力则是通过控制施加于拉杆的拧紧力矩或转角来间接实现的，但是，拉杆预紧力与拧紧力矩之间的对应关系严重地受到摩擦条件的影响，摩擦一方面是螺纹自锁防松的必要条件，另一方面摩擦会消耗大量拧紧力矩(能量)，从而影响拉杆预紧力。
因此，为进一步减小螺母5与轮盘2之间的摩擦影响拉杆预紧力的标定过程，本发明通过添加平垫圈3和弹簧垫圈4的垫圈组件，不仅使得螺母5与轮盘2之间的摩擦减小，这样在拧紧螺母5时施加的拧紧力矩(能量)更多的用于拉杆螺纹自锁放松(转化为拉杆预紧力)；而且还能防止螺母5在拧紧的过程中回转导致拉杆1的预紧力下降。此外，还可在拉杆1上涂刷润滑油，以减小螺母5与拉杆1之间的摩擦扭矩。
拉杆预紧力标定装置与采集处理系统的组装连接后的示意图参见图2。
步骤二，将压力传感器6加装到拉杆1上，并将压力传感器6连接至数据处理端，形成拉杆预紧力的采集处理系统；
其中，压力传感器可加装到单一拉杆上或分别加装到每一拉杆上，当只有单一拉杆上装设有压力传感器时，也可利用压力传感器6依次逐个测量每个拉杆1上的预紧力；为便于测量，还可在每一拉杆1上分别装设有压力传感器6，测量压力值时对应读取相应压力传感器即可。
采集处理系统主要包括压力传感器6、网络分布式分析采集仪及计算机，压力传感器6通过信号线与网络分布式分析采集仪相连，网络分布式分析采集仪通过数据线与计算机相连，当对螺母施加扭矩使压力传感器6的电阻值发生变化时，网络分布式分析采集仪的将采集到的压力值测量信号传送给计算机存储、分析计算和处理。本发明中的压力传感器6选用膜片式压力传感器，当被测介质的压力直接作用于传感器膜片上，使得膜片产生与介质压力成正比的微位移，从而使得传感器的电阻值发生变化，压力传感器经内部电路处理后输出对应这一压力的测量信号，网络分布式分析采集仪再将信号进行处理后给计算机进行分析计算，这样就构成了预紧力采集系统。在预紧力采集系统使用前，需按照压力传感器灵敏度调试采集系统的精度。
步骤三，设定目标扭矩值，利用数显扭矩扳手，对螺母5施加扭矩直至达到设定值时，压力传感器6在扭矩的作用下对应产生压力值测量信号；
具体地，设置数显扭矩扳手为峰值追随模式，当设定目标扭矩值后对螺母5施加扭矩，当施加扭矩达到设定值时，数显扭矩扳手将会发出警报，此时终止添加扭矩；
步骤四，记录数显扭矩扳手峰值扭矩，采集处理系统读取与峰值扭矩对应的压力值，将扭矩值和拉杆预紧力拟合，得到拧紧螺母扭矩与拉杆预紧力的关系式；
为了减小由于拉杆等部件由于加工装配误差带来的测量影响，在采集数据时，以相同的扭矩，对拉杆1上的螺母5多次施加扭矩，之后再对多次测量的拉杆预紧力求平均，求取平均拉杆预紧力。
在将上述得到的平均预紧力及其对应的扭矩值在坐标轴上标出，观察峰值扭矩与压力值的数据点，确定近似函数类型，本发明采用最小二乘法对峰值扭矩和压力值进行拟合，假设偏差函数为ri＝Ti-f(Fi)，当偏差平方和最小，即时求该曲线，从而确定拧紧螺母扭矩与拉杆预紧力之间的关系式，其中，T为拧紧螺母扭矩，F为拉杆预紧力。如图3所示，根据测得的平均预紧力及其对应的扭矩值，形成曲线，得到拧紧螺母扭矩与拉杆预紧力的关系式T＝2.2915F+1.881，R2＝0.9976，其中T为拧紧螺母扭矩，F为拉杆预紧力，R2为反映两变量间线性相关关系的统计指标的相关系数。
步骤五，根据拧紧螺母扭矩与拉杆预紧力的关系式，将目标预紧力转化为数显扭矩扳手所要对螺母施加的扭矩，借用数显扭矩扳手给螺母添加扭矩，从而达到标定拉杆预紧力的目的，完成预紧力的标定。
本标定方法直接将拧紧螺母扭矩与拉杆的预紧力关联起来，从而得出精确的拉杆预紧力与拧紧螺母扭矩之间的关系式，为燃气轮机拉杆转子装配提供了一种便捷可靠、易于实现的方法，为以后拉杆转子拉杆预紧力的精确施加打下了坚实基础，具有广泛的工程应用前景。
实施例2
请参阅图4，本发明中的盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定系统包括拉杆1、轮盘2、螺母5、施力机构(图中未示出)、压力传感器6，在每一轮盘2上设有沿周向分布的若干拉杆孔，轮盘2以拉杆孔的位置为基准轴向层叠，形成供拉杆1穿过的多级轮盘。多级轮盘上的拉杆孔中贯穿有至少一个拉杆1，拉杆1的两端分别穿出多级轮盘并设置有螺母5，拉杆1的一端设置有压力传感器6，通过施力机构对螺母5施加不同扭矩值而产生预紧力，从而使压力传感器6对应采集拉杆1的压力值。
在多级轮盘与螺母5之间的拉杆1上还垫设有垫圈组件，垫圈组件包括平垫圈3和弹簧垫圈4，平垫圈3和弹簧垫圈4在拉杆1上依次从多级轮盘向着螺母5的方向垫设，平垫圈3紧贴轮盘2设置，弹簧垫圈4紧贴螺母5设置。平垫圈3是用于减少螺母5与轮盘2之间的摩擦，弹簧垫圈垫4用来防止螺母松动，从而避免摩擦对拉杆预紧力标定结果带来的影响，从而使标定计算更精准。
进一步地，本发明的拉杆孔是以轮盘中心轴为轴心在轮盘2上以45度角间隔分布，因此，轮盘2上设置有8个拉杆孔，对应的，本发明中的轮盘2上最多可贯穿有8个拉杆1，当然，轮盘2上拉杆1的个数可根据需要进行选择，在此处不做具体限定。
为方便测定预紧力，在每一拉杆1上都可分别装设有压力传感器6，也可利用压力传感器6依次测量每个拉杆1上的预紧力。为了标定数据的精确性，通常是将压力传感器6装设在拉杆靠近多级轮盘处。压力传感器6一般则选用膜片式压力传感器，也可选用其他类型的压力传感器，在此不做具体限定，以能实现拉杆1上的预紧力测定为准。
在本实施例中，施力机构选用能数显扭矩扳手，因数显扭矩扳手能精确显示对螺母施加的扭矩，方便拉杆的标定计算过程。
当需要进行标定时，将多根拉杆1分别穿过拉杆孔，依次穿过多级轮盘2，通过拉杆1将多级轮盘2串联起来，在靠近轮盘2的拉杆1处装设压力传感器6，然后在拉杆1的两端分别垫设垫圈组件后拧紧两端轴头的螺母5，这样每块独立的轮盘2通过拧紧螺母5产生的预紧力而组成了拉杆转子预紧力标定系统。
当利用数显扭矩扳手对螺母5施加设定的扭矩时，压力直接作用于压力传感器6的膜片上，使得膜片产生与介质压力成正比的微位移，从而使得传感器的电阻值发生变化，压力传感器经内部电路处理后输出对应这一压力值，这样，即可获得设定值扭矩对应的压力值，通过更改施加到螺母上的设定扭矩值，就得到不同扭矩值对应的不同压力值，从而能计算得到拧紧螺母扭矩与拉杆预紧力的关系式。
本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围，以上公开的仅为本发明优选实施例。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (10)

1.一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定方法，其特征在于，所述的标定方法包括以下步骤：
S1.将多根拉杆分别轴向贯穿多级轮盘上沿周向分布的拉杆孔，在拉杆的两端分别垫设垫圈组件后拧紧两端轴头的螺母，组装成拉杆预紧力标定装置；
S2.将压力传感器加装到拉杆上，并将压力传感器连接至数据处理端，形成拉杆预紧力的采集处理系统；
S3.设定目标扭矩值，利用数显扭矩扳手，对螺母施加扭矩直至达到设定值时，压力传感器在扭矩的作用下对应产生压力值测量信号；
S4.记录峰值扭矩，采集处理系统读取与峰值扭矩对应的压力值，将扭矩值和拉杆预紧力拟合，得到拧紧螺母扭矩与拉杆预紧力的关系式；
S5.根据拧紧螺母扭矩与拉杆预紧力的关系式，将要对拉杆转子施加的拉杆预紧力转化为拧紧螺母扭矩，完成拉杆预紧力的标定。
2.根据权利要求1所述的一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定方法，其特征在于，所述的垫圈组件包括依次垫在拉杆端部的平垫圈和弹簧垫圈。
3.根据权利要求1所述的一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定方法，其特征在于，所述的采集处理系统包括压力传感器、网络分布式分析采集仪及计算机，所述的压力传感器通过信号线与网络分布式分析采集仪相连，网络分布式分析采集仪通过数据线与计算机相连，在对螺母施加扭矩使压力传感器的电阻值发生变化时，网络分布式分析采集仪的将采集到的压力值测量信号传送给计算机存储、分析计算和处理。
4.根据权利要求1所述的一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定方法，其特征在于，在步骤S2中，所述的压力传感器加装到一拉杆上或分别加装到每一拉杆上。
5.根据权利要求1所述的一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定方法，其特征在于，在步骤S3中，数显扭矩扳手以相同的扭矩多次对拉杆上的螺母施加扭矩，将得到的多组拉杆预紧力进行计算，求取平均拉杆预紧力。
6.根据权利要求1所述的一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定方法，其特征在于，在步骤S4中，采用最小二乘法对峰值扭矩和压力值进行拟合，假设偏差函数为ri＝Ti-f(Fi)，当时，即以偏差平方和最小来确定拧紧螺母扭矩与拉杆预紧力之间的关系式，其中，T为拧紧螺母扭矩，F为拉杆预紧力。
7.一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定系统，其特征在于，包括拉杆、轮盘、螺母、施力机构、压力传感器，在每一轮盘上设有沿周向分布的若干拉杆孔，所述的轮盘以拉杆孔的位置为基准轴向层叠，形成供拉杆穿过的多级轮盘，多级轮盘上的拉杆孔中贯穿有至少一个拉杆，所述拉杆的两端分别穿出多级轮盘并设置有螺母，拉杆的一端设置有压力传感器，通过施力机构对螺母施加不同扭矩值而产生预紧力，从而使压力传感器对应采集拉杆的压力值。
8.根据权利要求7所述的一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定系统，其特征在于，所述的垫圈组件包括平垫圈和弹簧垫圈，平垫圈和弹簧垫圈在拉杆上依次从多级轮盘向着螺母的方向垫设，所述的平垫圈紧贴轮盘设置，所述的弹簧垫圈紧贴螺母设置。
9.根据权利要求7所述的一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定系统，其特征在于，所述的压力传感器装设在靠近多级轮盘的拉杆上。
10.根据权利要求7所述的一种盘式周向拉杆转子拉杆预紧力的标定系统，其特征在于，所述的施力机构为数显扭矩扳手。
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