CN109425456A - 一种风电机组高强度螺栓载荷测试方法 - Google Patents

一种风电机组高强度螺栓载荷测试方法 Download PDF

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袁坚
任俊祺
王洪波
李秀珍
周俐光
谭聪
曹小强
卢晟
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/24—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed

Abstract

本发明公开了一种风电机组高强度螺栓载荷测试方法，包括步骤：S01、在待测螺栓上安装应变计；S02、对步骤S01得到的待测螺栓进行标定，得到标定参数；S03、将标定好的螺栓按实际工况安装好，测量应变计在螺栓紧固过程中或风机运行时产生的应变，并根据步骤S02得到的标定参数，得到螺栓的载荷。本发明的风电机组高强度螺栓载荷测试方法具有操作简便、测试精度高且成本低等优点。

Description

一种风电机组高强度螺栓载荷测试方法
技术领域
本发明主要涉及螺栓载荷测量技术领域，特指一种风电机组高强度螺栓载荷测试方法。
背景技术
大型风电机组的关键部件大多是采用高强度螺栓进行联接，其载荷直接影响着风电机组工作的稳定性和安全性。为验证高强度螺栓载荷是否符合设计要求，需对载荷进行试验测量。
现有测量螺栓载荷的常用技术主要有三种，分别为电测法、传感器法和超声波法。这三种方法在使用时均存在不足：1、超声波法对测量环境要求较高，通常用于实验室，另外对被测螺栓头的平面度要求高，否则将出现较大的测量误差；2、电测法则需在螺栓本体轴向开孔，将能测量螺栓伸长量的敏感元件封装在孔内，此方法对螺栓的加工和敏感元件的封装都提出了较高的工艺要求；3、传感器法受传感器安装尺寸空间的影响，不能体现实际螺栓的工况，且测量多个螺栓时的成本较高。
目前，在测量螺栓载荷时，大多是在试验工装上采用压力传感器对单个螺栓进行测量。若要测量实际工况下的螺栓载荷，需解决以下两个技术难点。第一，风电机组的关键部件是通过螺栓组联接，螺栓组在紧固过程中存在预紧力损失的问题，采用传感器对单个螺栓进行测量已经不能满足试验需求，而增加传感器的数量势必会造成测量成本的增加。第二，安装传感器会占据一定的尺寸空间，与螺栓的实际受载情况不相符，会造成较大的测量误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种操作简便、测试精准的风电机组高强度螺栓载荷测试方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种风电机组高强度螺栓载荷测试方法，包括步骤：
S01、在待测螺栓上安装应变计；
S02、对步骤S01得到的待测螺栓进行标定，得到标定参数；
S03、将标定好的螺栓按实际工况安装好，测量应变计在螺栓紧固过程中或风机运行时产生的应变，并根据步骤S02得到的标定参数，得到螺栓的载荷。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤S02中，所述标定的具体过程为：对待测螺栓施加夹持力进行加载，并记录一组以上的夹持力f和应变计对应应变值ε，得到每组的f/ε，取其平均值作为标定参数。
在进行加载前，对应力计进行预热，并对待测螺栓进行预加载。
在步骤S01中，具体的步骤为：
S11、在待测螺栓的光杆表面打磨粘贴面；
S12、清洗粘贴面；
S13、将应变计粘贴于粘贴面。
在步骤S11中，打磨面积为应变计面积的3～7倍；打磨方向沿螺栓轴线的30～60度方向交叉进行。
在步骤S12中，用无水酒精清洗粘贴面，最后单方向清洗一次，并擦拭至无痕迹为止。
在步骤S13中，先在粘贴面划出应变计安装位置的中心线，再将应变计按中心线位置粘贴于粘贴面上。
在步骤S13中，通过环氧树脂粘接剂将应变计粘贴于粘贴面上。
在步骤S01中，在螺栓的轴线上开孔，将应变计封装在孔内。
所述应变计为电阻应变片。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的风电机组高强度螺栓载荷测试方法，采用应变法将难测量的物理量转换成易测量的电信号，实现了风电机组高强度螺栓紧固过程中预紧力或实际运行时的载荷测量，操作简便；在实际使用时，对粘贴应变计的螺栓进行标定，统一测量标准，减少了测量误差；另外采用统一的粘贴工艺，保证粘贴的可靠性，进一步保证载荷测量的可靠性；而且此方法测量精度高且成本低。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明的应变计粘贴示意图。
图中标号表示：1、螺栓；2、应变计；21、引线。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1和图2所示，本实施例的风电机组高强度螺栓载荷测试方法，包括步骤：
S01、在待测螺栓1上安装应变计2；
S02、对步骤S01得到的待测螺栓1进行标定，得到标定参数；
S03、将标定好的螺栓1按实际工况安装好，测量应变计2在螺栓1紧固过程中或风机运行时产生的应变，并根据步骤S02得到的标定参数，得到螺栓1的载荷(沿轴线方向受到的力)。
本实施例中，采用应变法将难测量的物理量转换成易测量的电信号，实现了风电机组高强度螺栓1紧固过程中预紧力或实际运行时的载荷测量，操作简便；在实际使用时，对粘贴应变计2的螺栓1进行标定，统一测量标准，减少了测量误差；另外采用统一的粘贴工艺，保证粘贴的可靠性，进一步保证载荷测量的可靠性；而且此方法测量精度高且成本低。
本实施例中，将应变计2(如单向或双向电阻应变片)安装在螺栓1上，当螺栓1(或称试件，下同)受载发生变形时，应变计2随试件一起变形，应变计2的电阻值将发生变化，通过应变仪测量出应变计2电阻的变化值并将其转换成应变，电阻变化值与应变的转换关系按式(1)计算：
R是应变计2自然状态时的电阻值，K是应变计2的灵敏因素，R和K与应变计2的选型有关，在应变计2出厂时已标定。
由胡克定律可知，试件载荷与应变的理论计算按公式(2)进行计算：
F＝EAε (2)
试件的弹性模量E和公称应力截面积A是常数，由式(2)可知试验载荷F和应变ε成正比例关系。在实际工程应用中，应变计2的粘贴会对其测量造成一定的影响，不能按给定的理论常数E和A去计算。因此，在测量试件载荷之前，本专利首先对试件进行标定，利用试验工装和测量仪器确定试件的夹持力fi与应变εbi的比值，即fi/εbi。完成标定后，通过测量试件在实际工况下的应变值εbi，就能得到其载荷值Fi。
本实施例中，在步骤S02中，标定的具体过程为：对待测螺栓1施加夹持力进行加载，并记录一组以上的夹持力f和应变计2对应应变值ε，得到每组的f/ε，取其平均值作为标定参数。
下面结合一实例对标定的具体过程做进一步说明：
1、首先，测量前测量应变的应变仪和测量夹持力的轴力传感器需预热一定时间(如30分钟)，试件预加载几次(如3次)，预加载产生的应变为1000um/m；
2、在应变数据采集软件中输入应变计2的电阻值、灵敏系数和试件的弹性模量；
3、通过应变仪和应变计2测量试件应变εbi，记录试件在紧固过程中的应变值；通过轴力传感器测量试件夹持力fi，记录试件在紧固过程中的夹持力以及与其对应的应变；
4、试件应变εbi和试件夹持力fi测量五组数据，取其平均值作为fi/εbi(标定参数)，按公式(3)计算。
例如：试件fi/εbi值按公式(2)计算，计算过程如公式(4)和表1所示。
表1 f1/εb1值计算
5、在确定好fi/εbi后，将标定的试件按实际工况安装好，重复以上步骤，测量试件在紧固过程中或风机运行时产生的应变εci，按公式(5)计算；
示例2：试件在紧固完成后，测量其应变值εc1为3203，则试件载荷Fi为557kN，计算过程如式(6)所示：
F1＝0.174×3203＝557 (6)
本实施例中，在步骤S01中，具体的步骤为：
1、打磨：在试件的光杆位置打磨粘贴面，打磨面积是应变计2面积的5倍；打磨沿螺栓1轴线45°方向交叉进行，使粘贴面呈细密、均匀的交叉网纹状，粗糙度满足要求；
2、清洗：用无水酒精清洗粘贴面，最后单方向清洗一次，用白纱布擦拭无黑色痕迹为止；
3、划线：在粘贴面上划出测点的中心线，以便于粘贴于正中位置；
4、测量阻值：测量应变计2的阻值，阻值偏差不得超过标准值的0.5％；
5、将应变计2粘贴在打磨处理好的试件表面，常用的粘接剂有环氧树脂粘接剂；
6、采用电烙铁熔锡焊接应变计2的两根引线21与外接导线，并用万用表测量是否导通；
7、采用直流500V电压测量应变计2和试件之间的绝缘电阻，绝缘电阻应在100MΩ以上。目测或用放大镜检查应变计2是否粘牢固，有无气泡、翘起等；
8、将贴好应变计2的试件进行编号。
在其它实施例中，也可以在螺栓1本体上的轴线上开孔，将应变计2封装在孔内，并将导线引出。
本实施例中，在步骤S01中，在螺栓1的轴线上开孔，将应变计2封装在孔内。
本实施例中，应变计2为电阻应变片。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风电机组高强度螺栓载荷测试方法，其特征在于，包括步骤：
S01、在待测螺栓(1)上安装应变计(2)；
S02、对步骤S01得到的待测螺栓(1)进行标定，得到标定参数；
S03、将标定好的螺栓(1)按实际工况安装好，测量应变计(2)在螺栓(1)紧固过程中或风机运行时产生的应变，并根据步骤S02得到的标定参数，得到螺栓(1)的载荷。
2.根据权利要求1所述的风电机组高强度螺栓载荷测试方法，其特征在于，在步骤S02中，所述标定的具体过程为：对待测螺栓(1)施加夹持力进行加载，并记录一组以上的夹持力f和应变计(2)对应应变值ε，得到每组的f/ε，取其平均值作为标定参数。
3.根据权利要求2所述的风电机组高强度螺栓载荷测试方法，其特征在于，在进行加载前，对应力计进行预热，并对待测螺栓(1)进行预加载。
4.根据权利要求1或2或3所述的风电机组高强度螺栓载荷测试方法，其特征在于，在步骤S01中，具体的步骤为：
S11、在待测螺栓(1)的光杆表面打磨粘贴面；
S12、清洗粘贴面；
S13、将应变计(2)粘贴于粘贴面。
5.根据权利要求4所述的风电机组高强度螺栓载荷测试方法，其特征在于，在步骤S11中，打磨面积为应变计(2)面积的3～7倍；打磨方向沿螺栓(1)轴线的30～60度方向交叉进行。
6.根据权利要求4所述的风电机组高强度螺栓载荷测试方法，其特征在于，在步骤S12中，用无水酒精清洗粘贴面，最后单方向清洗一次，并擦拭至无痕迹为止。
7.根据权利要求4所述的风电机组高强度螺栓载荷测试方法，其特征在于，在步骤S13中，先在粘贴面划出应变计(2)安装位置的中心线，再将应变计(2)按中心线位置粘贴于粘贴面上。
8.根据权利要求4所述的风电机组高强度螺栓载荷测试方法，其特征在于，在步骤S13中，通过环氧树脂粘接剂将应变计(2)粘贴于粘贴面上。
9.根据权利要求1或2或3所述的风电机组高强度螺栓载荷测试方法，其特征在于，在步骤S01中，在螺栓(1)的轴线上开孔，将应变计(2)封装在孔内。
10.根据权利要求1或2或3所述的风电机组高强度螺栓载荷测试方法，其特征在于，所述应变计(2)为电阻应变片。
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