CN108436819A - 一种大载荷螺栓紧固机具校准装置及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大载荷螺栓紧固机具校准装置及其校准方法，其中，紧固机具包括对待处理螺栓沿其轴向进行拉伸的液压扳手、与所述液压扳手相连的液压泵以及一端与所述液压扳手相连另一端与所述待处理螺栓相连的拉伸螺母，所述拉伸螺母包括内部螺纹套以及套设于所述内部螺纹套外侧的外部转动套，所述外部转动套的一侧端部设有垫圈，所述校准装置包括机架、设于所述机架上用以供所述待处理螺栓穿过的中空回转油缸以及用以测量所述液压泵和所述油缸压力的检测组件，本发明的校准装置可方便的实现大载荷螺栓紧固机具的计量校准，准确度高，可实现量值溯源，从而有效保障机组安全运行。

Description

一种大载荷螺栓紧固机具校准装置及其校准方法

技术领域

本发明涉及校准设备技术领域，具体涉及一种大载荷螺栓紧固机具校准装置及其校准方法。

背景技术

汽轮机的高压缸和低压缸中分面螺栓大多采用加热方式，时间效率低，精度差，需要重复操作，同时随着螺栓在高温下长时间使用会有老化现象，螺栓弹性模量发生轻微变化，相同紧固力矩时螺栓伸长量不同，这造成螺栓需要重复紧固以达到标准要求，汽轮机作为检修关键路径时，会耽误大修工期。

目前，大亚湾核电厂1、2号机组高压缸分面螺栓的紧固方式已经由热紧改造成冷紧模式，中广核集团其他机组也正积极推进冷紧模式改造。冷紧模式将会成为一种主要的汽轮机螺栓紧固方式。

冷紧模式需要将原有螺母更换成HYTORC机械式拉伸螺母，其紧固驱动工具为专用高量程液压式紧固机具，特点是无反作用支承力臂，可直接配套HYTORC螺母，通过螺母内部螺纹套的相对运动，达到直接拉伸螺栓的目的。

与液压扳手通过扭矩紧固螺栓相比，该种模式的紧固并没有扭矩传到螺栓本体上，螺栓仅被拉伸，无扭转，紧固的依据是螺栓承受的载荷力。在螺栓受力测试上更为直观，不用考虑扭矩转化系数的影响，螺栓紧固效果更好。尽管改造后提高了工作效率，减少了对螺栓的伤害，但也恰恰带来了新的问题，这种紧固机具属于新型计量器具，其准确可靠性直接影响到螺栓紧固的质量甚至高压缸的密封性，因此必须进行量值溯源，但国内暂无计量机构具备检定能力或校准装置，是一项空白技术。

发明内容

本发明提供一种能解决上述问题的适用于大载荷螺栓紧固机具的校准装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种大载荷螺栓紧固机具校准装置，其中，紧固机具包括对待处理螺栓沿其轴向进行拉伸的液压扳手、与所述液压扳手相连的液压泵以及一端与所述液压扳手相连另一端与所述待处理螺栓相连的拉伸螺母，所述拉伸螺母包括与所述待处理螺栓螺纹连接的内部螺纹套以及套设于所述内部螺纹套外侧的外部转动套，所述内部螺纹套与所述外部转动套螺纹连接，所述外部转动套的一侧端部设有用以与所述液压扳手相连的装配结构，其另一侧端部设有垫圈，所述校准装置包括机架、设于所述机架上用以供所述待处理螺栓穿过的中空回转油缸以及用以测量所述液压泵和所述油缸压力的检测组件，当对所述紧固机具进行校准时，所述待处理螺栓设于所述中空回转油缸中且其一端与所述中空回转油缸相固定，所述液压扳手与所述外部转动套相连，所述内部螺纹套与所述待处理螺栓的另一端相连，所述垫圈压设于所述油缸的一侧端面。

进一步的，所述待处理螺栓沿竖直方向延伸，所述液压扳手设于所述待处理螺栓的上方，所述待处理螺栓的下端部与所述油缸相固定，所述拉伸螺母与所述待处理螺栓的上端部相连。

进一步的，所述检测组件包括用以测量所述液压泵压力的第一压力传感器以及用以测量所述油缸油压的第二压力传感器。

进一步的，所述校准装置还包括分别与所述第一压力传感器和所述第二压力传感器电连接用以对其测得的数据进行采集和分析的工控装置。

进一步的，所述校准装置还包括设于所述待处理螺栓和所述油缸之间的衬套，所述衬套包括用以套设于所述待处理螺栓上的套部以及位于所述套部一侧端部的座部，所述座部沿所述套部的径向延伸。

进一步的，所述衬套包括第一衬套和第二衬套，所述第一衬套和所述第二衬套分别设于所述油缸的两端，所述第一衬套的所述座部与所述油缸的上侧端面相贴合，所述第二衬套的所述座部与所述油缸的下侧端面相贴合。

进一步的，所述校准装置还包括用以将所述待处理螺栓的下端部与所述油缸相固定的紧固螺母。

进一步的，所述校准装置还包括用以将所述液压扳手悬吊于所述待处理螺栓上方的悬吊装置，所述悬吊装置包括立柱、设于所述立柱上且沿水平方向延伸的导轨以及可滑动的设于所述导轨上的起重装置，所述立柱上设有沿竖直方向延伸的套柱，所述套柱上可转动的套设有套筒，所述导轨的一端与所述套筒相连。

本发明还提供一种上述大载荷螺栓紧固机具校准装置的校准方法，包括如下步骤：

（1）将所述待处理螺栓的一端与所述油缸固定，将其另一端与所述拉伸螺母的所述内部螺纹套相连，所述液压扳手与所述外部转动套相固定；

（2）所述液压扳手通过所述液压泵供压转动，所述外部转动套转动并朝向所述油缸运动，所述垫圈挤压所述油缸，所述内部螺纹套朝向背离所述油缸的方向运动并同时拉伸所述待处理螺栓；

（3）通过所述检测组件测量所述油缸的油压p₁以及所述液压泵提供的油压p₂，由所述油缸的规格获得其自身有效作用面积s，通过p₁×s获得载荷力的标准值，查得液压泵的油压为p₂时所能产生的载荷力作为标称值，根据所述标准值对所述标称值进行校准。

进一步的，所述步骤（3）中，通过所述标准值和所述标称值得到示值相对误差，所述示值相对误差=（标称值-标准值）/标准值*100%，若计算得到的所述示值相对误差在5%以内，则该紧固机具合格，不需要对所述标称值进行校准；若所述示值相对误差超过5%，则该紧固机具不合格，需要对所述标称值进行校准，校准过程如下：

（S1）将所述液压泵在其供压范围内从小到大依次间隔设置多个校准点；

（S2）以第一个校准点的数值大小作为所述液压泵的供压压力，所述液压扳手带动所述垫圈挤压所述油缸，当所述油缸达到稳定状态后，获取此时所述油缸的油压，然后控制所述液压泵停止供压，将所述液压扳手从所述拉伸螺母上取下；

（S3）转换所述液压扳手的工作头方向，由拧紧方向变换到卸力方向，再次将所述液压扳手安装到所述拉伸螺母上，启动所述液压泵，进行所述拉伸螺母的卸力操作，直至所述油缸中的压力为零；

（S4）再次将所述液压扳手从所述拉伸螺母上取下，转换所述液压扳手的工作头方向，使其由卸力方向变换到拧紧方向，调整所述液压泵的供压压力为第二个校准点的数值大小，记录所述第二个校准点对应的所述油缸的油压，进行所述第二个校准点的校准工作；

（S5）按上述方式依次记录所有的所述校准点所对应的所述油缸的油压，完成所有的所述校准点的校准。

采用以上技术方案后，本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明的校准装置可方便的实现大载荷螺栓紧固机具的计量校准，测量方便，准确度高，可实现量值溯源，从而有效保障机组安全运行。

附图说明

附图1为本发明的校准装置与紧固机具相装配的结构示意图；

附图2为本发明的校准装置与紧固机具相装配的局部结构示意图；

附图3为本发明中液压扳手与待处理螺栓相配合时的爆炸图；

附图4为本发明中液压扳手与拉伸螺母相配合时的局部剖视图。

其中，1、液压扳手；101、螺母驱动器；2、液压泵；3、拉伸螺母；301、内部螺纹套；302、外部转动套；303、垫圈；4、机架；5、油缸；6、第一压力传感器；7、第二压力传感器；8、工控装置；9、第一衬套；10、第二衬套；11、紧固螺母；12、悬吊装置；1201、立柱；1202、导轨；1203、起重装置；1204、套筒；13、压力表；14、待处理螺栓。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，一种大载荷螺栓的紧固机具，包括对待处理螺栓14沿其轴向进行拉伸的液压扳手1、与液压扳手1通过高压管相连的液压泵2以及一端与液压扳手1相连另一端与待处理螺栓14相连的拉伸螺母3。拉伸螺母3包括与待处理螺栓14螺纹连接的内部螺纹套301以及套设于内部螺纹套301外侧的外部转动套302，内部螺纹套301与外部转动套302螺纹连接。外部转动套302的一侧端部设有用以与液压扳手1相连的装配结构，具体的，液压扳手1包括螺母驱动器101，螺母驱动器101与外部转动套302相装配。外部转动套302的另一侧端部设有垫圈303，本实施例中，该垫圈303为花键垫圈303。

一种适用于上述紧固机具的校准装置，包括机架4、设于机架4上用以供待处理螺栓14穿过的中空回转油缸5以及用以测量液压泵2和油缸5压力的检测组件。

本实施例中，在对待处理螺栓14进行校准时，待处理螺栓14沿竖直方向设置，待处理螺栓14设于油缸5的内孔中，液压扳手1和拉伸螺母3设于待处理螺栓14的上方，油缸5设于液压扳手1以及拉伸螺母3的正下方。

检测组件包括第一压力传感器6和第二压力传感器7。第一压力传感器6用以测量液压泵2压力，第二压力传感器7用以测量油缸5油压。第一压力传感器6和第二压力传感器7分别与工控装置8电连接，工控装置8用以采集第一压力传感器6和第二压力传感器7测得的数据并对其进行分析处理。优选的，油缸5上还设有压力表13，压力表13作为辅助监测。

待处理螺栓14和油缸5之间设有衬套，衬套包括套部和座部，套部用以套设在待处理螺栓14上，座部位于套部一侧端部，座部沿套部的径向延伸。衬套包括第一衬套9和第二衬套10，第一衬套9和第二衬套10分别设于油缸5的两端，第一衬套9的座部与油缸5的上侧端面相贴合，第二衬套10与油缸5的下侧端面相贴合，第一衬套9和第二衬套10与油缸5相固定。待处理螺栓14的下端部通过紧固螺母11与油缸5相固定。衬套用于稳住待处理螺栓14，防止待处理螺栓14晃动，从而可避免造成安全事故，衬套的尺寸与油缸5内孔的尺寸相配合。

本实施例中，校准装置还包括用以将液压扳手1悬吊于待处理螺栓14上方的悬吊装置12。悬吊装置12包括立柱1201、设于立柱1201上的导轨1202以及可滑动的设于导轨1202上的起重装置1203，导轨1202沿水平方向延伸。本实施例中的起重装置1203为电动葫芦，电动葫芦用于吊装液压扳手1。

立柱1201上设有沿竖直方向延伸的套柱，套柱上可转动的套设有套筒1204，导轨1202的一端与套筒1204相连。这样，导轨1202可相对套柱转动。通过旋转导轨1202并调整电动葫芦在导轨1202上的位置，可以方便的调节液压扳手1的位置。

当对待处理螺栓14进行拉伸时，内部螺纹套301与待处理螺栓14的上端部螺纹连接，外部转动套302与液压扳手1的螺母驱动器101相装配。当液压扳手1通过液压泵2供压转动后，外部转动套302随之转动并朝下运动，从而挤压垫圈303。由于垫圈303已经紧贴在第一衬套9的座部表面，无法再向下移动，但是外部转动套302依然还在往下压垫圈303，因而内部螺纹套301只能向上移动，并同时带动待处理螺栓14往上拔。此时所有的力全部承载在垫圈303上，垫圈303下面是第一衬套9，第一衬套9下面是油缸5，这几个部件受力均是一样的。而油缸5的受力是油缸5内部承受的油压p₁乘以油缸5自身面积有效作用面积s，油缸5的油压p₁可通过第二压力传感器7测得，油缸5自身有效作用面积s可通过所选用的油缸5的规格获得。第一压力传感器6同时测得液压泵2提供的压力p₂。

实测油压p₁乘以油缸5自身有效作用面积s可算出载荷力的标准值（真值），查得厂家所提供的液压泵2的油压为p₂时所能产生的载荷力（标称值），示值相对误差=（标称值-标准值）/标准值*100%，若得到的示值相对误差在5%以内则该紧固机具合格；若示值相对误差超过5%，则不合格，根据标准值可相应的调整标称值，从而达到校准的目的。

以下为校准过程的具体实施例：以1500psi作为液压泵2供压的第一个校准点，当垫圈303挤压油缸5达到稳定状态后（保持油缸5中油压不变，第二压力传感器7数值不再增加，记录此时第二压力传感器7所测得的油压数值），停止液压泵2供压，通过悬吊装置12将液压扳手１从拉伸螺母3上取下；转换液压扳手１的工作头方向（由拧紧方向变换到卸力方向），再次将液压扳手１装到拉伸螺母3上，启动液压泵2，进行拉伸螺母3的卸力操作，直至油缸5中压力为零，底部紧固螺母11松动。再通过悬吊装置12将液压扳手１取出，转换液压扳手１的工作头方向（由卸力方向变换到拧紧方向），调整液压泵2压力至2000psi，同时将底部紧固螺母11拧紧，进行第二个校准点校准工作，整个校准过程应不少于5个校准点，如1500psi，2000psi，3000psi，4000psi，5000psi，6000psi等。

在通常情况下，对载荷力的测量往往是采用力值传感器直接测量的，但量程覆盖9000kN（接近900t）的力传感器体积庞大、价格昂贵、量值溯源困难，因此采用油缸5结合高精度的第二压力传感器7间接测量的方式可降低研究成本，同时易于量值溯源。

采用本发明的紧固机具对大载荷螺栓进行紧固时，精确度高，对待处理螺栓14的作用力为纯预紧力，没有扭矩传递到待处理螺栓14上，待处理螺栓14只被拉伸，没被扭转。

本发明的校准装置中计量标准器少，可减少测量的不确定度，同时比较容易量值溯源。本实施例中选用0.5级或1.0级的第一压力传感器6和0.25级第二压力传感器7作为标准器，整体测量不确定度大概在1.1%~1.5%之间，可以实现对5%误差要求的紧固机具的计量校准。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大载荷螺栓紧固机具校准装置，其中，紧固机具包括对待处理螺栓沿其轴向进行拉伸的液压扳手、与所述液压扳手相连的液压泵以及一端与所述液压扳手相连另一端与所述待处理螺栓相连的拉伸螺母，所述拉伸螺母包括与所述待处理螺栓螺纹连接的内部螺纹套以及套设于所述内部螺纹套外侧的外部转动套，所述内部螺纹套与所述外部转动套螺纹连接，所述外部转动套的一侧端部设有用以与所述液压扳手相连的装配结构，其另一侧端部设有垫圈，其特征在于：所述校准装置包括机架、设于所述机架上用以供所述待处理螺栓穿过的中空回转油缸以及用以测量所述液压泵和所述油缸压力的检测组件，当对所述紧固机具进行校准时，所述待处理螺栓设于所述中空回转油缸中且其一端与所述中空回转油缸相固定，所述液压扳手与所述外部转动套相连，所述内部螺纹套与所述待处理螺栓的另一端相连，所述垫圈压设于所述油缸的一侧端面。

2.根据权利要求1所述的一种大载荷螺栓紧固机具校准装置，其特征在于：所述待处理螺栓沿竖直方向延伸，所述液压扳手设于所述待处理螺栓的上方，所述待处理螺栓的下端部与所述油缸相固定，所述拉伸螺母与所述待处理螺栓的上端部相连。

3.根据权利要求2所述的一种大载荷螺栓紧固机具校准装置，其特征在于：所述检测组件包括用以测量所述液压泵压力的第一压力传感器以及用以测量所述油缸油压的第二压力传感器。

4.根据权利要求3所述的一种大载荷螺栓紧固机具校准装置，其特征在于：所述校准装置还包括分别与所述第一压力传感器和所述第二压力传感器电连接用以对其测得的数据进行采集和分析的工控装置。

5.根据权利要求2所述的一种大载荷螺栓紧固机具校准装置，其特征在于：所述校准装置还包括设于所述待处理螺栓和所述油缸之间的衬套，所述衬套包括用以套设于所述待处理螺栓上的套部以及位于所述套部一侧端部的座部，所述座部沿所述套部的径向延伸。

6.根据权利要求5所述的一种大载荷螺栓紧固机具校准装置，其特征在于：所述衬套包括第一衬套和第二衬套，所述第一衬套和所述第二衬套分别设于所述油缸的两端，所述第一衬套的所述座部与所述油缸的上侧端面相贴合，所述第二衬套的所述座部与所述油缸的下侧端面相贴合。

7.根据权利要求2所述的一种大载荷螺栓紧固机具校准装置，其特征在于：所述校准装置还包括用以将所述待处理螺栓的下端部与所述油缸相固定的紧固螺母。

8.根据权利要求2所述的一种大载荷螺栓紧固机具校准装置，其特征在于：所述校准装置还包括用以将所述液压扳手悬吊于所述待处理螺栓上方的悬吊装置，所述悬吊装置包括立柱、设于所述立柱上且沿水平方向延伸的导轨以及可滑动的设于所述导轨上的起重装置，所述立柱上设有沿竖直方向延伸的套柱，所述套柱上可转动的套设有套筒，所述导轨的一端与所述套筒相连。

9.一种权利要求1至8任一项所述的大载荷螺栓紧固机具校准装置的校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将所述待处理螺栓的一端与所述油缸固定，将其另一端与所述拉伸螺母的所述内部螺纹套相连，所述液压扳手与所述外部转动套相固定；

（2）所述液压扳手通过所述液压泵供压转动，所述外部转动套转动并朝向所述油缸运动，所述垫圈挤压所述油缸，所述内部螺纹套朝向背离所述油缸的方向运动并同时拉伸所述待处理螺栓；

（3）通过所述检测组件测量所述油缸的油压p₁以及所述液压泵提供的油压p₂，由所述油缸的规格获得其自身有效作用面积s，通过p₁×s获得载荷力的标准值，查得液压泵的油压为p₂时所能产生的载荷力作为标称值，根据所述标准值对所述标称值进行校准。

10.根据权利要求9所述的校准方法，其特征在于：所述步骤（3）中，通过所述标准值和所述标称值得到示值相对误差，所述示值相对误差=（标称值-标准值）/标准值*100%，若计算得到的所述示值相对误差在5%以内，则该紧固机具合格，不需要对所述标称值进行校准；若所述示值相对误差超过5%，则该紧固机具不合格，需要对所述标称值进行校准，校准过程如下：

（S1）将所述液压泵在其供压范围内从小到大依次间隔设置多个校准点；

（S2）以第一个校准点的数值大小作为所述液压泵的供压压力，所述液压扳手带动所述垫圈挤压所述油缸，当所述油缸达到稳定状态后，获取此时所述油缸的油压，然后控制所述液压泵停止供压，将所述液压扳手从所述拉伸螺母上取下；

（S3）转换所述液压扳手的工作头方向，由拧紧方向变换到卸力方向，再次将所述液压扳手安装到所述拉伸螺母上，启动所述液压泵，进行所述拉伸螺母的卸力操作，直至所述油缸中的压力为零；

（S4）再次将所述液压扳手从所述拉伸螺母上取下，转换所述液压扳手的工作头方向，使其由卸力方向变换到拧紧方向，调整所述液压泵的供压压力为第二个校准点的数值大小，记录所述第二个校准点对应的所述油缸的油压，进行所述第二个校准点的校准工作；

（S5）按上述方式依次记录所有的所述校准点所对应的所述油缸的油压，完成所有的所述校准点的校准。