CN216645214U - 一种基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统，包括电容式位移传感器、固定背板、限位块、传递杆、数据采集仪以及中央处理器，固定背板和传递杆分别固定于两个相互连接的法兰上，固定背板上设置有传感器固定座和限位块滑道，电容式位移传感器固定安装于传感器固定座上，限位块安装于限位块滑道上，限位块的上表面与电容式位移传感器的下表面相互平行，传递杆与限位块连接固定，电容式位移传感器与限位块之间的最大距离大于螺栓完全松动状态或螺栓断裂后两法兰之间的最大相对位移量。该监测系统对螺栓松动监测灵敏度高、传感器监测精度高，可应用于大尺寸法兰、应用范围广，成本低且安装方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种法兰连接螺栓状态在线监测系统，尤其涉及一种基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统。
背景技术
法兰连接是指由法兰、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接，法兰连接结构在目前工业领域中极其常见，广泛应用在风电、化工和冶金等领域。法兰连接螺栓由于制造缺陷、长期的交变载荷或偶发性超出设计范围的大载荷影响会产生松动，螺栓的紧固状态直接影响设备的工作性能，若螺栓松动或断裂等有可能造成较严重的设备损坏。因此法兰连接结构的定期维护非常重要，为了防止螺栓预紧力的减少或消失，用力矩扳手检查螺栓的预紧力是定期维护的一项重要内容。运维地处偏远地带或海上时，运维工作既费时又费力，加之工作人员个人主观和客观方面的多因素影响，并不能保证每次及时发现和消除螺栓松动问题，所以有必要对螺栓松动进行在线监测。
在法兰上安装传感器，通过监测法兰状态来监测螺栓是否松动的技术具有原理简单直观、技术可靠性高的特点，目前市场上已有厂家在开展此方面的研发、应用工作。例如专利《CN211504073U一种法兰连接螺栓松动监测系统》提出了通过位移传感器监测法兰间隙来监测螺栓松动的方案，但该技术方案存在如下缺点：(1)只有当法兰螺栓严重松动或断裂时，两法兰之间才可能出现间隙，此时位移传感器才能监测到明显位移；当螺栓松动较小且两法兰间无间隙时，此时通过监测法兰位移的方案是不合适的；当出现间隙时，说明螺栓松动情况已非常严重，起不到第一时间预警。(2)基于电磁感应的位移传感器在长时间使用后存在磁性衰退的风险，并且无法应用于强磁场环境。
发明内容
为了解决现有技术中的上述不足，本实用新型提供了一种基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统，该监测系统对螺栓松动监测灵敏度高、传感器监测精度高，可应用于大尺寸法兰、应用范围广，成本低且安装方便。
实现本实用新型上述目的所采用的技术方案为：
一种基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统，包括电容式位移传感器、数据采集仪以及中央处理器，其中电容式位移传感器安装于两个相互连接的法兰的内圆周或外圆周上，电容式位移传感器与数据采集仪相连接并传输所测得的位移信号，数据采集仪与中央处理器连接并传输数据，所述法兰连接螺栓监测系统还包括固定背板、限位块和传递杆，其中固定背板和传递杆分别固定于两个相互连接的法兰上，固定背板上设置有传感器固定座和限位块滑道，电容式位移传感器固定安装于传感器固定座上，限位块活动安装于限位块滑道上并位于电容式位移传感器的下方，限位块的上表面与电容式位移传感器的下表面相互平行，传递杆的上端与限位块的下端连接固定，使限位块随传递杆在限位块滑道内上下滑动，所述电容式位移传感器与限位块之间的最大距离大于螺栓完全松动状态或螺栓断裂后两法兰之间的最大相对位移量。
所述限位块呈“T”字型，限位块的两端均朝下连接有滑杆，滑杆安装于限位块滑道上，传递杆带动滑杆在限位块滑道内滑动。
所述传递杆呈“L”字型，传递杆的下端与下法兰的底部连接固定。
所述传递杆与下法兰靠近底部的侧面之间通过垫块连接固定，所述垫块的厚度大于固定背板的厚度，垫块通过粘接或磁力吸附与法兰和传递杆固定连接。
所述固定背板固定于上法兰靠近顶部的侧面上。
所述电容式位移传感器设置有四个以上并均匀分布在法兰上的内圆周或外圆周上。
所述传递杆内嵌设有加强筋。
所述传递杆与限位块通过粘接或磁力吸附固定连接。
所述电容式位移传感器通过螺栓连接或粘接安装固定于传感器固定座上。
所述固定背板与法兰通过粘接连接。
与现有技术相比，本实用新型提供的技术方案有以下优点：1、本实用新型采用电容式位移传感器监测传感器与限位块之间的距离变化，从而对上下法兰之间的相对位移进行监测，进而监测螺栓的松动或断裂状态，监测系统结构简单、安装方便，对位移监测精度高，可达微米级。
2、本实用新型中电容式位移传感器固定于上法兰靠近顶部的侧面上，传递杆通过垫块固定于下法兰靠近底部的侧面上，使得传递杆和电容式位移传感器与法兰的固定位置之间的距离最大化，当法兰整体出现相同的相对位移量的情况下，靠近上法兰顶部的侧面与靠近下法兰底部的侧面之间的位移量最大，电容式位移传感器可监测到更大的变形量，提高对螺栓松动或断裂状态监测的灵敏度。
3、本实用新型中限位块两端的滑杆安装在固定背板上的限位块滑道内，可使得限位块上表面与电容式位移传感器下表面始终保持平行，进一步提高对两者间相对位移变化的监测精度。
4、本实用新型中传递杆的结构简单，且嵌设有加强筋，刚度高，减小因传递杆自身弹性变形导致的监测误差，对于不同尺寸的法兰、螺栓，可通过选择不同长度的传递杆完成监测系统与法兰间的匹配、安装。
附图说明
图1为本实用新型中法兰连接螺栓监测系统安装在法兰上的侧视图；
图2为本实用新型中法兰连接螺栓监测系统安装在法兰上的正视图；
图3为本实用新型中固定背板的结构图；
图4为本实用新型中限位块的结构图；
图5为本实用新型中传递杆的结构图；
其中(a)、(b)为传递杆在两个不同方位下的立体结构图；
图6为本实用新型中固定背板上电容式位移传感器和限位块的连接结构示意图；
其中(a)为限位块还未与传递杆安装时的示意图，(b)为限位块与传递杆安装完成时的示意图；
图7为本实用新型中电容式位移传感器在法兰上的布局位置示意图；
图中：1-上法兰，2-下法兰，3-连接螺栓，4-电容式位移传感器，5-固定背板，6- 限位块，7-传递杆，8-传感器固定座，9-限位块滑道，10-滑杆，11-垫块，12-固定螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做详细具体的说明，但是本实用新型的保护范围并不局限于以下实施例。
连接螺栓3连接于上法兰1和下法兰2之间，当连接螺栓发生松动或者断裂时，上法兰和下法兰之间的预紧力减小，从而发生相对位移。本实施例提供的基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统通过监测上下法兰之间的相对位移，实现法兰连接螺栓的状态监测。
本实施例提供的基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统包括电容式位移传感器4、固定背板5、限位块6、传递杆7、数据采集仪以及中央处理器。其中电容式位移传感器、固定背板、限位块和传递杆均安装于法兰的内圆周或者外圆周上，其安装结构如图1和图2所示。
本实施例中固定背板的一面通过粘接固定连接于上法兰靠近顶部的侧面上，固定背板的另一面上设置有传感器固定座8和限位块滑道9，其结构如图3所示。电容式位移传感器通过螺栓连接或粘接固定安装于传感器固定座上。
本实施例中限位块的结构如图4所示，限位块呈“T”字型，限位块的两端均朝下连接有滑杆10，滑杆安装于限位块滑道上并可以在滑道内上下滑动，使限位块位于电容式位移传感器的下方，且限位块的上表面与电容式位移传感器的下表面相互平行，如图 2所示。限位块滑道根据滑杆的数量对应设置有两个，能够确保限位块上表面与电容式位移传感器下表面始终保持平行，进一步提高对两者间相对位移变化的监测精度。
本实施例中传递杆呈“L”字型，传递杆的下端与下法兰的底部连接固定，传递杆与下法兰靠近底部的侧面之间通过垫块11连接固定，具体地，垫块通过粘接或磁力吸附与法兰和传递杆固定连接，垫块的厚度大于固定背板的厚度，垫块的设置使得传递杆和电容式位移传感器与法兰的固定位置之间的距离最大化，当法兰整体出现相同的相对位移量的情况下，靠近上法兰顶部的侧面与靠近下法兰底部的侧面间的位移量最大，电容式位移传感器可监测到更大的变形量，提高对螺栓松动或断裂状态监测的灵敏度。传递杆内嵌设有加强筋，以提高传递杆的刚度，减小因传递杆自身弹性变形导致的监测误差，传递杆的结构如图5所示。对于不同尺寸的法兰、螺栓，可通过选择不同长度的传递杆完成检测系统与法兰间的匹配、安装。
传递杆的上端与限位块的下端通过粘接或磁力吸附连接固定，限位块随传递杆在限位块滑道内上下滑动。当螺栓发生松动或断裂时，上法兰和下法兰之间发生相对位移，限位块和传递杆随下法兰移动，固定背板和电容式位移传感器随上法兰移动，电容式位移传感器的下表面与限位块上表面间的相对位移会增大，电容式位移传感器可实时监测电容式位移传感器的下表面与限位块上表面间的相对位移变化量，本实施例中电容式位移传感器测试精度可达微米级。
电容式位移传感器与限位块之间的距离与上下法兰、螺栓的尺寸与材质、载荷大小等条件有关，但是需要确保电容式位移传感器与限位块之间的最大距离(此时限位块在限位块滑道上无法继续向下滑动)大于螺栓完全松动状态或螺栓断裂后两法兰之间的最大相对位移量，该最大距离取决于传感器固定座与限位块滑道之间的竖直距离。当限位块还未与传递杆安装时，限位块通过滑杆挂置于限位块滑道上，此时电容式位移传感器与限位块之间的距离L0最大，如图6(a)所示；当传递杆与限位块固定连接并固定于下法兰后，传递杆将限位块向上顶推到靠近电容式位移传感器，此时电容式位移传感器与限位块之间的距离为L，如图6(b)所示。这样当法兰发生相对位移时，传递杆将带动限位块向下滑动。
本实施例中电容式位移传感器设置有四个以上并均匀分布在法兰上的内圆周或外圆周上，如图7所示。电容式位移传感器通过CAN通讯、485通讯或以太网与数据采集仪相连接并传输所测得的位移信号，数据采集仪通过有线或无线的方式与中央处理器连接并传输数据，从而实现法兰连接螺栓监测系统对连接螺栓的监测。
本实施例提供的法兰连接螺栓监测系统中电容式位移传感器、固定背板、限位块和传递杆的安装步骤为：(1)将固定背板固定于上法兰靠近顶部的侧面上，电容式位移传感器通过固定螺栓12安装于传感器固定座上，限位块活动安装于限位块滑道上，如图6 (a)所示；
(2)将传递杆的下端与下法兰下表面连接固定，传递杆与下法兰靠近底部的侧面之间通过垫块固定连接；
(3)将限位块的下端和传递杆的上端连接固定，如图6(b)所示。
Claims (10)
1.一种基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统，包括电容式位移传感器、数据采集仪以及中央处理器，其中电容式位移传感器安装于两个相互连接的法兰的内圆周或外圆周上，电容式位移传感器与数据采集仪相连接并传输所测得的位移信号，数据采集仪与中央处理器连接并传输数据，其特征在于：所述法兰连接螺栓监测系统还包括固定背板、限位块和传递杆，其中固定背板和传递杆分别固定于两个相互连接的法兰上，固定背板上设置有传感器固定座和限位块滑道，电容式位移传感器固定安装于传感器固定座上，限位块活动安装于限位块滑道上并位于电容式位移传感器的下方，限位块的上表面与电容式位移传感器的下表面相互平行，传递杆的上端与限位块的下端连接固定，使限位块随传递杆在限位块滑道内上下滑动，所述电容式位移传感器与限位块之间的最大距离大于螺栓完全松动状态或螺栓断裂后两法兰之间的最大相对位移量。
2.根据权利要求1所述的基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统，其特征在于：所述限位块呈“T”字型，限位块的两端均朝下连接有滑杆，滑杆安装于限位块滑道上，传递杆带动滑杆在限位块滑道内滑动。
3.根据权利要求1所述的基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统，其特征在于：所述传递杆呈“L”字型，传递杆的下端与下法兰的底部连接固定。
4.根据权利要求1所述的基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统，其特征在于：所述传递杆与下法兰靠近底部的侧面之间通过垫块连接固定，所述垫块的厚度大于固定背板的厚度，垫块通过粘接或磁力吸附与法兰和传递杆固定连接。
5.根据权利要求1所述的基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统，其特征在于：所述固定背板固定于上法兰靠近顶部的侧面上。
6.根据权利要求1所述的基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统，其特征在于：所述电容式位移传感器设置有四个以上并均匀分布在法兰上的内圆周或外圆周上。
7.根据权利要求1所述的基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统，其特征在于：所述传递杆内嵌设有加强筋。
8.根据权利要求1所述的基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统，其特征在于：所述传递杆与限位块通过粘接或磁力吸附固定连接。
9.根据权利要求1所述的基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统，其特征在于：所述电容式位移传感器通过螺栓连接或粘接安装固定于传感器固定座上。
10.根据权利要求1所述的基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统，其特征在于：所述固定背板与法兰通过粘接连接。
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| CN202122895854.9U CN216645214U (zh) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | 一种基于电容式位移传感器的法兰连接螺栓监测系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102742703B1 (ko) * | 2024-04-18 | 2024-12-16 | 주식회사 다누이엔지 | 반도체 가스배관용 피팅구 고정장치 |
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2021
- 2021-11-24 CN CN202122895854.9U patent/CN216645214U/zh active Active
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