CN115427777A - 用于检查用于紧固航空部件的紧固螺栓的拧紧张力的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于检查至少一个紧固螺栓(114)的拧紧张力的方法，至少一个紧固螺栓用于紧固至少两个航空部件，其特征在于，该方法包括以下步骤：将定心装置(300，500)安装在螺栓(114)的螺杆(116)的头部(122)上，该定心装置(300，500)包括与螺杆(116)的轴线对准的孔；将传感器(312)的一个端部接合在装置(300，500)的孔中，直到该端部与螺杆(116)的头部(122)接触；通过传感器(312)检查螺栓(114)的至少一个物理参数，该参数表示螺栓的拧紧张力；然后移除定心装置(300，500)。

Description

用于检查用于紧固航空部件的紧固螺栓的拧紧张力的方法及 装置

技术领域

本发明涉及特别地用于航空工业的、用于检查紧固螺栓的拧紧张力的方法以及使得能够进行该检查的装置。

背景技术

现有技术包括文献DE-A1-2015111826，WO-A1-95/22009，FR-A1-3056746以及US-A-5699703。

众所周知，在现有技术中，特别地如在文献FR-A1-3 019 584中所说明的，在航空工业中，飞行器涡轮机由多个部分或模块组成，多个部分或模块特别是低压涡轮或高压涡轮，低压涡轮或高压涡轮本身包括一个或多个级，每个级包括一排定子叶片，一排定子叶片后跟着一排转子叶片。在图1中示出了涡轮部段100的示例。

转子通常包括多个盘102，多个盘以旋转轴线Y为中心并且承载叶片103，叶片通过凸缘104、106彼此紧固，凸缘可以被布置在盘102的上游和/或下游。例如，每个盘102通过上游截头圆锥形壁108连接到凸缘104，并且通过下游截头圆锥形壁110连接到凸缘106。凸缘104、106相对于涡轮100的轴线Y径向地延伸。

为了将两个盘102紧固在一起，这些盘的凸缘被轴向地施加到彼此并且包括用于安装螺栓114的对准孔口112，螺栓通过将凸缘轴向地彼此抵靠紧固来确保凸缘的紧固。

在本申请中，螺栓114是指包括螺杆116和螺母118的组件，螺杆和螺母沿着平行于涡轮的旋转轴线Y的轴线X对准。图2详细示出了这种组件的示例实施例。

通常，螺杆116包括有螺纹的杆120，有螺纹的杆的一个端部被连接到头部122。螺杆118的有螺纹的杆120旨在穿过凸缘的孔口112，直到头部122轴向地支撑在凸缘中的一个凸缘上。螺母118被旋拧到有螺纹的杆120的自由端部上，直到螺母抵靠在与头部122相对的凸缘上。

在航空工业中，螺母或螺栓必须被拧紧到预定的扭矩，以确保凸缘紧固并且在运行期间不会意外脱离。拧紧的缺陷将是成问题的，因为拧紧的缺陷可能导致涡轮机的故障，从而导致配备有该涡轮机的飞行器的故障。

为了防止这种情况发生，每个螺栓都被拧紧到期望的扭矩，期望的扭矩是在机械组件的开发期间计算得到的。拧紧扭矩由螺栓的螺杆中的张力决定。在制造期间，通常用扭矩扳手来精确地进行拧紧以达到期望的扭矩。

因此，重要的是要认真检查拧紧，特别是检查螺杆的张力。通常，螺杆拧紧相对于拧紧平面产生法向应力和剪切应力。螺杆的拧紧张力对应于该法向应力，并且必须低于预定阈值。

在现有技术中，该检查是通过难以再现并且因此不可靠的手动方法来执行的。所使用的方法中的一个方法在于在拧紧之后使用测量传感器来测量螺栓的螺杆的张力。

然而，对于获得拧紧张力的可靠且准确的测量而言，传感器在螺栓上的位置是重要的，并且在现有技术中因为所使用的传感器不一定适合于对螺栓进行这种测量，该位置未得到保证。因此，目前的技术不允许我们获得可用的结果。当由于环境使得难以在该区域操纵传感器而导致用传感器接近螺栓是复杂的时，这种困难可能被放大。这使得操作者难以重复地且可靠地执行该检查。

发明内容

本发明旨在弥补这些缺点，并且涉及一种简单且有效的检查方法以及使得能够实施该检查方法的定心装置。

本发明提出了一种用于检查至少一个螺栓的拧紧张力的方法，至少一个螺栓用于紧固至少两个航空部件，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a)将定心装置安装在螺栓的螺杆的头部上，该定心装置包括与螺杆的轴线对准的孔口；

b)将传感器的一个端部接合在装置的孔口中，直到该端部接触螺杆的头部；

c)通过所述传感器检查螺栓的至少一个物理参数，该参数表示螺栓的拧紧张力；然后

d)移除定心装置，

该方法在安装该装置的步骤和接合该传感器的步骤之间包括向螺杆的头部施加耦合液体的步骤，在接合传感器的步骤期间，通过装置的孔口排出多余的耦合液体。

因此，本发明确保了操作者易于检查螺栓。这是因为传感器通过该装置相对于螺杆被保持就位，使得操作者能够避免传感器相对于螺栓的错位或传感器在待检查的螺栓上滑动。此外，所使用的装置使得能够具有更一致和统一的测试条件，这确保了拧紧张力的检查的可靠性以及可重复性提高。

根据本发明的方法可以包括以下特征中的一项或多项，这些特征被单独地采用或被彼此组合地采用：

-传感器是超声换能器；

-在接合传感器的步骤中，例如通过被紧固到该装置并且支承在传感器上的至少一个弹性构件，使所述传感器的端部以预定压力施加到螺杆头部上；

-这些部件是飞行器涡轮机的转子盘，这些盘包括施加到彼此的环形凸缘，并且包括用于安装螺栓的对准孔口，该螺栓一个接一个地被检查；并且

-物理参数是机械应力或应变。

本发明还涉及一种定心装置，该定心装置使得能够实施如之前描述的检查方法，其特征在于，该定心装置包括主体，主体包括容纳部，容纳部被构造成接纳螺栓的螺杆的头部，该容纳部沿着轴线延伸并且包括轴向延伸部，轴向延伸部形成如下孔口，该孔口被构造成接纳传感器的端部，传感器用于检查该螺栓的拧紧张力，主体包括横向孔口，横向孔口通向容纳部，并且被构造成使得在检查期间多余的耦合液体能够穿过。

根据本发明的定心装置可以包括以下特征中的一项或多项，这些特征被单独地采用或被彼此组合地采用：

-主体被形成为一体件，并且优选地由可弹性变形的材料制成；

-主体具有环形形状或圆筒形形状，轴线与主体的旋转轴线一致；

-主体是大体细长的，并且大致在中间包括容纳部；

-主体在主体的纵向端部处包括：

-用于对弹性构件进行紧固的钩部，弹性构件被构造成支承在传感器上，和/或

-平行的定位销，平行的定位销旨在与由螺栓紧固的部件配合；

-钩部位于主体的第一平坦表面上，销位于主体的第二相对的平坦表面上。

附图说明

通过以下详细描述并且为了理解该详细描述而参照附图，本发明的其他特征和优点将变得明显，在附图中：

[图1]图1是飞行器涡轮机的涡轮部段的示意性横截面半视图；

[图2]图2是紧固螺栓的示意性横截面视图；

[图3]图3是根据第一实施例的紧固螺栓的示意性透视图，在紧固螺栓的顶部上具有定心装置以实施用于检查拧紧张力的方法；

[图4A]图4A是图3的装置和螺栓的示意性横截面视图；

[图4B]图4B是与图4A类似的视图，并且示出了检查方法中的步骤，在该步骤期间，将传感器引入到定心装置中；

[图5]图5是根据第二实施例的紧固螺栓的透视图，在紧固螺栓的顶部上具有定心装置以实施用于检查拧紧张力的方法；

[图6]图6是图5的螺栓和装置的示意性横截面视图，并且还示出了检查方法中的将传感器引入到定心装置中的步骤；以及

[图7]图7是示出了在用于检查拧紧张力的方法的实施例中的步骤的框图。

具体实施方式

在以下的描述中，说明了用于检查螺栓的拧紧张力的方法以及装置的使用，使得其必须在被定位在平坦位置的涡轮机模块(例如涡轮)上执行。换言之，模块被倾斜，使得转子的旋转轴线Y是竖直的。

尽管所描述的示例涉及涡轮，但是显然该示例不是限制性的，因此，该检查方法和检查装置可适用于涡轮机的其他环境或模块，例如压缩机。

以上已经描述了图1和图2。

申请人已经开发了一种定心装置，该定心装置使得能够对传感器进行定心以对以上描述的紧固螺栓进行拧紧张力检查。

现在参照图3、图4A以及图4B，图3、图4A以及图4B示出了定心装置300的第一实施例，定心装置被套到紧固螺栓114的螺杆116的头部122。图3、图4A以及图4B的元件由相同的附图标记表示，已经参照图1和图2对图3、图4A以及图4B的元件进行了描述。

在该实施例中，装置300的主体302是一体的。可重复使用的主体302例如由可弹性变形的材料(例如弹性体或橡胶)制成。

主体302具有凹入部分，凹入部分沿着轴线X延伸并且具有大体圆柱形的阶梯状形状，凹入部分在两个端部处敞开。该凹入部分包括不同的部段：近端部段或上部段304以及远端部段或下部段306。近端部段304的直径大致小于远端部段306的直径。近端部段304和远端部段306的接合部形成肩部308，一旦装置300被安装在螺栓114上，肩部就置靠在螺杆头部122上。

主体的凹入部分限定了容纳部310，该容纳部被构造成在容纳部的远端部段306中接纳螺栓114的螺杆头部122，并且在容纳部的近端部段304中接纳传感器312的端部，该传感器用于检查螺栓114的拧紧张力。所形成的容纳部310使得装置300能够被套在螺杆头部122上，并且将装置保持在螺杆头部上，使得装置300被固定到螺杆头部122。因此，应当理解，为了容易地紧固到螺栓114，远端部段306的直径大致大于或等于螺杆头部122的最大直径。类似地，近端部段304的直径大致等于或大于传感器312的端部的直径。

在一个变型中，远端部段306的直径可以略小于头部122的直径。因此,应当理解，远端部段306的壁可以弹性变形以使螺杆头部122保持紧固。

装置300旨在由用户手动地安装和移除。

在一个变型中，近端部段304的直径可以略小于传感器312的端部的直径。因此,应当理解，近端部段304的壁可以弹性变形以使传感器312的端部保持紧固。

传感器312旨在由用户手动地接合在装置中以及移除。

此外，主体302的变形使得装置300能够适合于不同类型的螺杆头部，并且特别地在螺栓114靠近具有大的空间总体尺寸的部件的情况下，还使得装置300能够适合于螺栓114所在的环境。在这种情况下，主体302可以弹性变形以适应主体的周围环境。

主体302还包括上表面314和下表面316，上表面314位于近端部段304的一侧，下表面316位于远端部段306的一侧。下表面316可以接触凸缘104的表面。

沿着横向轴线延伸的孔口318将主体的凹入部分连接到外部，横向轴线大致垂直于容纳部310的轴线。该孔口318使得能够排出在检查拧紧张力期间使用的过量的耦合液体。实际上，传感器312插入到装置300的主体302的容纳部310中倾向于压缩位于传感器312与螺杆122的头部之间的流体。因此，用于对拧紧张力进行适当检查所不需要的过量的流体可以通过孔口318排出。

在航空工业中，使得能够实现盘的组装的凸缘104、106可以是带齿的(festonnée)。与常规凸缘不同，带齿凸缘包括相对于涡轮的轴线Y径向地延伸的实心部分和凹入部分的交替。特别地，带齿凸缘104、106使得能够获得材料的改进，因此获得涡轮机的最终质量的改进。在这种情况下，围绕旨在接纳螺栓114的孔口112的表面面积减小。因此，支承定心装置300的支撑部也减小，这降低了装置的稳定性。

该装置的第二实施例使得能够解决该问题。

现在参照图5和图6，图5和图6示出了定心装置500的第一实施例，定心装置被套到紧固螺栓114的螺杆116的头部122。图5和图6的元件由相同的附图标记表示，已经参照之前的附图对图5和图6的元件进行了描述。

在该实施例中，装置500的主体502是一体的并且具有大体细长的形状。装置500的主体502可以由可弹性变形的材料(例如弹性体或橡胶)制成。装置500也是可重复使用的。

装置500的细长的形状使得当在带齿凸缘上使用时提高装置的稳定性。实际上，因此主体502的端部可以抵靠在与所关注的螺栓114相邻的孔口112的边缘上。

主体502还包括第一上平坦表面504和第二下平坦表面506，第二下平坦表面与第一上平坦表面相对。主体大致在中间包括凹入部分，该凹入部分具有与以上针对图3、图4A以及图4B的第一实施例的所描述的凹入部分相同的特征，该凹入部分也使得装置500能够套到螺栓114的螺杆头部122上。因此，该凹入部分限定了容纳部310。

主体502还包括如以上所描述的用于排出过量的液体的孔口318。

主体502包括凹槽508，该凹槽在下表面506上，大致位于主体502的端部处。这些凹槽508被构造成接纳定位销510，使得每个销510的一个端部从下表面506突出。

这些定位销510被构造成与带齿凸缘配合，特别地用于使突出的端部与带齿凸缘104、106的凹入部分的侧边缘配合。这样，定心装置502的旋转被限制，并且定心装置的稳定性被提高。

定位销510也是可移除的。这具有无论凸缘104、106是否为带齿的，都使得能够使用装置502的优点。

在一个实施例中，销510和主体502可以是一体的。

主体502还包括紧固钩部512，紧固钩部在上表面504上，大致位于主体的纵向端部处。这些钩部512使得能够紧固至少一个弹性构件514，例如橡胶带，该弹性构件被构造成一旦传感器被插入到主体502的容纳部中就抵靠在传感器312上(如在图6中示出)。

具有预定回弹力的弹性构件514被紧固到两个钩部512以被张紧。在使用中，弹性构件514压靠在传感器312上，以在传感器的整个使用期间施加恒定且均匀的压力，使得传感器的端部接触螺杆头部122。弹性构件514也是可移除的且是可互换的。因此，弹性构件在磨损或破损的情况下可以容易地更换。

该弹性构件514的优点在于，在检查拧紧张力期间，弹性构件代替操作者向传感器312施加压力。当螺栓114处的总体尺寸过大操作者无法放置和按压传感器312时，该特征特别有用。此外，使用弹性构件514确保了拧紧张力的检查的可重复性提高。

申请人还开发了一种用于检查螺栓的拧紧张力的方法，该螺栓紧固了飞行器涡轮机的至少两个转子盘凸缘。该方法使得能够检查螺栓的螺杆的拧紧张力。

现在参照图7，图7示出了通过如以上描述的定心装置300、500实施的方法700的步骤。

在步骤701中，将定心装置300、500套到螺杆头部122以固定到螺栓114。

在步骤702中，将传感器312的端部插入到装置300、500的主体302、502的为此目的提供的容纳部310中。将传感器312的端部插入直到传感器的端部接触螺栓114的螺杆116的头部122。除其他之外，该传感器312可以是超声换能器。

在步骤703中，通过传感器312检查螺栓114的至少一个物理参数。该物理参数可以给出拧紧张力的直接值，或者该物理参数可以给出代表性的量，该代表性的量使得能够估算拧紧张力。在超声换能器的情况下，超声波被发出穿过螺杆116以确定螺栓114的拧紧张力。然后，可以将测量的拧紧张力与期望的拧紧张力进行比较。

更确切地，螺杆116的机械应力σ由应变ε和杨氏模量E或弹性模量通过胡克定律(σ＝E×ε)来确定。形变ε是从螺栓114拧紧之前和拧紧之后对波的往返行程的时间进行测量来获得的。杨氏模量E是与螺杆116的材料相关联的常数。

在步骤704中，将传感器312从定心装置300、500脱离接合，并且将装置300、500从螺栓114拆卸。

在该系列步骤结束时，可以在另一个螺栓114上用同一个定心装置300、500重复该方法700。因此，可以执行该方法700以满足特定需要，或者可以在生产线的所有涡轮机上按顺序连续地执行该方法。

应当注意，该方法700可以在任何时候中断以通往步骤704。还应当注意，不同的步骤在时间上不受限制。

可以对以上步骤增加附加步骤，以改善对拧紧张力的检查。

因此，在被插入在步骤701和步骤702之间的步骤705中，液体产物或耦合液体可以被倒入到装置300、500的主体302、502的容纳部310中，以覆盖螺杆头部122。该液体用于确保波朝向螺杆116的传输。

在步骤702之后的步骤706中，在传感器312上施加恒定的且均匀的压力，一方面以保持传感器就位，另一方面能够随后复得(récupérer)在步骤703中获得的可用的且可比较的结果。

传感器312上的压力可以手动地施加或者通过抵靠在传感器312上的弹性构件514施加。

应当注意，传感器312上的压力必须保持恒定且均匀，直到拆卸装置300、500的步骤704。

在步骤707中，通过孔口318将多余的耦合液体排出，该孔口连接了被构造成接纳螺杆头部122的容纳部310，步骤707插入在步骤702之后或步骤706之后。液体的排出是由于在螺杆头部122与传感器312的端部之间的液体的压缩导致的。多余的液体和气泡被排出，使得能够得到更可靠的结果。

之前描述的实施例具有改进了传感器在待检查的螺栓的螺杆头部上的保持的优点。实际上，所提供的解决方案使得用户能够执行简单、可靠且可重复的操作，以检查用于对航空部件进行紧固的螺栓的拧紧张力。

在这些不同的实施例中实施的装置还使得能够提高生产力。实际上，以上描述的装置使得用户能够在检查和/或测量期间提高精度，并且因此在对测量的可靠性存在疑问的情况下消除附加验证步骤。

Claims (9)

1.一种用于检查至少一个紧固螺栓(114)的拧紧张力的方法，所述至少一个紧固螺栓用于紧固至少两个航空部件，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)将定心装置(300，500)安装在所述螺栓(114)的螺杆(116)的头部(122)上，该定心装置包括与所述螺杆的轴线对准的孔口；

b)将传感器(312)的一个端部接合在所述装置(300，500)的所述孔口中，直到该端部接触所述螺杆(116)的头部(122)；

c)通过所述传感器(312)检查所述螺栓(114)的至少一个物理参数，该参数表示所述螺栓的拧紧张力；然后

d)移除所述定心装置(300，500)，

所述方法在所述步骤a)和所述步骤b)之间包括向所述螺杆(116)的头部(122)施加耦合液体的步骤，在所述步骤b)中，通过所述装置(300，500)的孔口(318)排出多余的耦合液体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器(312)是超声换能器。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述步骤b)中，例如通过被紧固到所述装置(500)并且支承在所述传感器(312)上的至少一个弹性构件(514)，使所述传感器(312)的所述端部以预定压力施加到所述螺杆(116)的头部(122)上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述部件是飞行器涡轮机的转子盘(102)，这些盘包括施加到彼此的环形凸缘(104，106)，并且包括用于安装螺栓(114)的对准孔口(112)，所述螺栓一个接一个地被检查。

5.一种定心装置(300，500)，所述定心装置用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述定心装置包括主体(302，502)，所述主体包括容纳部(310)，所述容纳部被构造成接纳螺栓(114)的螺杆(116)的头部(122)，该容纳部(310)沿着轴线延伸并且包括轴向延伸部，所述轴向延伸部形成如下孔口，所述孔口被构造成接纳传感器(312)的端部，所述传感器用于检查该螺栓的拧紧张力，所述主体(302，502)包括横向孔口(318)，所述横向孔口通向所述容纳部(310)，并且被构造成在检查期间使得多余的耦合液体能够穿过。

6.根据前一项权利要求所述的装置(300，500)，其中，所述主体(302，502)被形成为一体件，并且优选地由可弹性变形的材料制成。

7.根据前一项权利要求所述的装置(300，500)，其中，所述主体(302，502)具有环形形状或圆筒形形状，所述轴线与所述主体的旋转轴线一致。

8.根据权利要求7所述的装置(500)，其中，所述主体(502)是大体细长的，并且大致在中间包括所述容纳部(310)。

9.根据前一项权利要求所述的装置(500)，其中，所述主体(502)在所述主体的纵向端部处包括：

-用于对弹性构件(514)进行紧固的钩部(512)，所述弹性构件被构造成支承在所述传感器(312)上，和/或

-平行的定位销(510)，所述平行的定位销旨在与由所述螺栓(114)紧固的部件配合。

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