螺栓應力檢測裝置製造方法
2023-05-30 17:45:46
螺栓應力檢測裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種螺栓應力檢測裝置，包括：中心件，其具有一中心軸線；環繞所述中心件的中心軸線排布的多個固定件，每個固定件上設置有用於與待檢測螺母的側壁相接觸的傳感器；與所述固定件一一對應的多個傳動件，每個傳動件的一端與所述中心件相轉動連接，每個傳動件的另一端與其對應的固定件相連接；與所述固定件一一對應的多個具有向內收縮彈性勢能的彈性件，每個彈性件的一端與所述中心件相連接，每個彈性件的另一端與其對應的傳動件相連接。使用本發明所述螺栓應力檢測裝置進行螺栓應力檢測時，能同時對螺母的6個側面進行檢測的，檢測結果具有唯一性，與現有的針對螺母的某兩個側面進行檢測的裝置相比，能夠提高檢測精度。
【專利說明】螺栓應力檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種應力檢測裝置，特別涉及一種螺栓應力檢測裝置。
【背景技術】
[0002]在石油、石化等領域中，法蘭螺栓連接是一種管道、設備常用的連接方式，如油氣開採、集輸和煉化工業中各設備連接大都採用法蘭螺栓連接，以達到連接並密封的作用。在使用法蘭連接時，相互匹配的兩個法蘭盤的端面上設置有密封凹槽，在所述密封凹槽內設置有金屬密封圈，兩個法蘭盤的圓周方向上均勻設置有多個螺栓。法蘭盤連接主要是依靠所述螺栓的預緊力壓緊金屬密封圈，以達到密封效果。例如針對石油領域中的深氣井和超深氣井中的設備連接大都採用法蘭螺栓連接。由於所述井深較深，其對應的設備壓力高達百兆帕，若法蘭螺栓連接發生鬆脫、斷裂等失效事件，則極有可能發生嚴重事故。因此為了保證法蘭螺栓連接的可靠性，都需要對其進行應力檢測。
[0003]2012年02年01日公布的中國專利說明書CN102338683A公開的一種基於磁記憶的法蘭密封性檢測方法、檢測裝置及檢測系統。所述檢測裝置依據金屬磁記憶檢測技術，將利用拾取金屬表面地磁場作用下的金屬構件漏磁場信息，根據磁場分布情況確定金屬零件的應力分布情況的原理應用到法蘭螺栓應力的檢測匯中。其本質上即利用了法蘭連接螺栓磁記憶信號與螺栓軸向應力之間具有較好的線性關係。
[0004]上述法蘭密封性檢測裝置為夾具樣式，使用時，只能同時夾持住螺母的某兩個側面。但由於法蘭盤在螺栓預緊力的作用下，會發生微小的變形，因而螺母的六個側面與法蘭之間並不是均勻接觸的，一般在螺母的六個側面上會產生大小不等的應力。若僅根據某兩個側面上獲取的螺栓的應力而推定最終螺栓應力的大小，則往往與螺栓真實應力之間存在較大的誤差。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種螺栓應力檢測裝置，以提高螺栓應力檢測精度。
[0006]本發明的上述目的可採用下列技術方案來實現:
[0007]一種螺栓應力檢測裝置，包括:中心件，其具有一中心軸線；環繞所述中心件的中心軸線排布的多個固定件，每個固定件上設置有用於與待檢測螺母的側壁相接觸的傳感器；與所述固定件一一對應的多個傳動件，每個傳動件的一端與所述中心件相轉動連接，每個傳動件的另一端與其對應的固定件相連接；與所述固定件一一對應的多個具有向內收縮彈性勢能的彈性件，每個彈性件的一端與所述中心件相連接，每個彈性件的另一端與其對應的傳動件相連接。
[0008]在優選的實施方式中，所述固定件的橫向寬度不大於待檢測螺母側面的橫向寬度，所述傳感器的底面與所述固定件的底面相齊平以用於和螺母的根部相接觸。
[0009]在優選的實施方式中，所述中心件包括用於和所述傳動件相連接的第三本體和自所述第三本體下表面向下延伸的中心杆；所述第三本體為中空的六稜柱，所述中心杆位於所述中心件的中心軸線上。
[0010]在優選的實施方式中，所述還包括螺栓應力檢測裝置第一連接件，所述第一連接件位於所述固定件和傳動件之間，其一端和所述固定件可滑動連接；另一端和所述傳動件相連接。
[0011]在優選的實施方式中，所述第一連接件與所述固定件配合的側壁上設置有至少一對縱向延伸的凸起和滑槽。
[0012]在優選的實施方式中，所述傳動件包括至少一個連杆，當所述連杆為兩個時，所述兩個連杆長度相等，上下平行分布，所述連杆的兩端分別與所述中心件、固定件連接後，組成與所述中心件的中心軸線共面的平行四邊形傳動件。
[0013]在優選的實施方式中，所述傳動件與所述固定件相轉動連接。
[0014]在優選的實施方式中，所述彈性件為彈簧，其與所述傳動件連接的一端靠近所述固定件。
[0015]在優選的實施方式中，所述傳動件還包括用於將所述傳動件的下端與所述固定件進行可拆卸或半可拆卸連接的下固定帽、以及用於將所述傳動件的上端與所述中心件進行可拆卸或半可拆卸連接的上固定帽。
[0016]在優選的實施方式中，所述螺栓應力檢測裝置通過數據線還連接有數據採集系統，所述數據採集系統包括將獲取的傳感器傳輸的電壓信號轉換為數位訊號採集卡、將數位訊號進行存取和分析的處理裝置，所述處理裝置包括用於數位訊號的存取單元和用於分析數位訊號的分析單元。
[0017]本發明的特點和優點是:由於使用本發明所述螺栓應力檢測裝置進行螺栓應力檢測時，是同時對螺母的6個側面進行檢測的，檢測結果具有唯一性，與現有的針對螺母的某兩個側面進行檢測的裝置相比，能夠提高檢測精度。其次本發明所述螺栓應力檢測裝置，所述傳動件和固定器之間通過彈性約束力定位，致使探測機構與被檢測螺母之間很容易貼合和脫離，操作方便。再次由於本發明所述的螺栓應力檢測裝置中的探測機構具有伸縮功能，使得探測機構能與被檢測螺母的根部完全貼合，檢測重複度高。此外，在工程現場，通常設備的法蘭螺栓連接布置緊密，留給螺母安裝傳感器的空間有限，而本法明所述的螺栓應力檢測裝置結構緊湊，所佔的空間小，實用性強。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明實施例中一種螺栓應力檢測裝置的主視圖；
[0019]圖2是本發明實施例中一種螺栓應力檢測裝置的俯視圖；
[0020]圖3是本發明實施例中一種螺栓應力檢測裝置固定件的主視圖；
[0021]圖4是本發明實施例中一種螺栓應力檢測裝置固定件的俯視圖；
[0022]圖5是本發明實施例中一種螺栓應力檢測裝置固定件和第一連接件配合的主視圖；
[0023]圖6是本發明實施例中一種螺栓應力檢測裝置固定件和第一連接件配合的俯視圖；
[0024]圖7是本發明實施例中一種螺栓應力檢測裝置傳動件的結構示意圖；
[0025]圖8是本發明實施例中一種螺栓應力檢測裝置下固定帽的結構示意圖；
[0026]圖9是本發明實施例中一種螺栓應力檢測裝置螺栓應力檢測現場布置圖；
[0027]圖10是現有技術中法蘭密封性檢測裝置螺栓應力檢測結果圖；
[0028]圖11是使用本發明一種螺栓應力檢測裝置螺栓應力檢測結果圖。
【具體實施方式】
[0029]下面將結合附圖和具體實施例，對本發明的技術方案作詳細說明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落入本申請所附權利要求所限定的範圍內。
[0030]本發明一種螺栓應力檢測裝置，用於提高螺栓應力檢測精度。
[0031]請參閱圖1和圖2,為本發明一種螺檢應力檢測裝直的王視圖和俯視圖，其包括:固定件1、傳動件2、中心件3、彈性件4。
[0032]其中所述固定件I主要用於安裝傳感器。所述傳感器為磁記憶傳感器。所述固定件I的數量與螺母側面的個數相同。所述固定件I安裝有磁記憶傳感器後，與螺母的各個側壁相接觸。
[0033]請參閱圖3和圖4，其中圖3為本發明實施例中螺栓應力檢測裝置固定件的主視圖，圖4為本發明實施例中螺栓應力檢測裝置固定件的俯視圖。
[0034]所述固定件I設置有縱向延伸的第一本體101。所述第一本體101整體上可呈工字鋼型、或者H型還可以是其他形狀。在所述第一本體101上設置有第一凹槽102，所述第一凹槽102用於提供磁記憶傳感器的安裝空間。所述磁記憶傳感器固定在所述第一凹槽102內，其固定的方式可為粘貼的方式或者其他方式，只需保證固定的牢固性即可。所述第一凹槽102在縱向上可貫通。所述第一本體101橫向寬度不大於待檢測的螺母一個側面的橫向寬度。所述磁記憶傳感器的一端與所述固定件I的一端齊平。當所述固定件I與螺母的側壁接觸時，以有利於所述與固定件I 一端齊平的磁記憶傳感器能夠與螺母的根部接觸。由於所述螺母的根部與法蘭接觸，其電磁信號相對於所述遠離根部一側強，當所述磁記憶傳感器位於所述螺母的根部時，有利於檢測到更強的信號。
[0035]所述固定件I還包括:第一連接件11。請參閱圖5和圖6，其中圖5為本發明實施例中螺栓應力檢測裝置固定件和第一連接件配合的主視圖，圖6為本發明實施例中螺栓應力檢測裝置固定件和第一連接件配合的俯視圖。
[0036]所述第一連接件11 一方面用於和所述固定件I配合，實現整個固定件I在縱向上可伸縮，另一方面用於和傳動件2相連接。所述第一連接件11設置有縱向延伸的第二本體
111。所述第一連接件11整體上可呈工字鋼型、或者H型還可以是其他形狀。在所述第一連接件11上設置有第二凹槽112，所述第二凹槽112用於設置所述固定件I。在所述第一連接件11與所述固定件I匹配的位置，相應地設置有至少一對縱向延伸的滑槽和凸起，以實現所述第一連接件11與所述固定件I之間可相對滑動，即形成滑動連接。如圖6所示，可以在所述第一連接件11的內側壁上設置有一凸起113，所述凸起113可呈半圓形。相應地在所述固定件I的外側壁上設置有滑槽103，所述滑槽103也可呈半圓形。所述凸起113和滑槽103的形狀還可以為其他的形狀，只需保證兩者能夠相互匹配。所述凸起113可以通過焊接的方式與所述第一連接件11相固定。另外同樣的，也可以在所述第一連接件11的內側壁上設置滑槽，在所述固定件I的外側壁上設置凸起。當待檢測的螺母規格不同時，其螺母的縱向厚度也不相等，此時，可以根據需要，將第一連接件11和固定件I進行相對滑動，以調節整個固定件I的長度，從而保證所述固定件I在檢測不同規格的螺母時，都能夠始終接觸到螺母的根部，從而有利於檢測到較強的信號。
[0037]請參閱圖7，為本發明實施例中螺栓應力檢測裝置傳動件的結構示意圖。其中所述傳動件2包括至少一個連杆201，所述連杆201的一端與所述中心件3連接、另一端與所述固定件I連接。所述連杆201的數量可以為兩個，其長度可以相等。所述兩個長度相等的連杆201可以上下平行分布。當所述連杆201與所述中心件3和固定件I連接後，可組成與所述中心件3的中心軸線共面的平行四邊形連杆。當所述連杆201組成為平行四邊形連杆時，在所述連杆201所在的平面內，所述連杆201能夠帶動與之連接的探測機構保持在豎直的位置上轉動。
[0038]所述傳動件2還可以包括:下固定帽202和上固定帽203。所述下固定帽202設置在所述連杆201和固定件I之間；所述上固定帽202設置在所述連杆201和中心件3之間，通過設置所述下固定帽202和上固定帽203有利於整個裝置的安裝和拆卸。
[0039]請參閱圖8，為本發明實施例中螺栓應力檢測裝置下固定帽的結構示意圖。所述下固定帽202可呈U型，其設置有第一側壁2021和相對的第二側壁2022，以及用於連接固定所述第一側壁2021和第二側壁2022的頂壁2023。所述第二側壁2022與所述連杆201的一端可通過半可拆卸方式或可拆卸方式連接，例如可為鉸鏈連接。如圖7所示，在所述下固定帽202上還可以設置有鉚釘204。所述鉚釘204可以具體設置在所述下固定帽202的第一側壁2021上。當所述第一側壁2021上設置有鉚釘204時，相應地，在所述固定件I上設置有與所述鉚釘204相匹配的鉚釘孔。例如可以在所述固定件I的第一連接件11的第二凹槽112的背面設置有鉚釘孔，以使所述傳動件2與所述固定件I通過鉚釘固定連接。所述鉚釘固定連接的方式也可以為螺紋固定連接。當為螺紋固定連接時，所述鉚釘204替換為螺栓或螺釘，所述鉚釘孔相應替換為與所述螺栓或螺釘相匹配的螺紋孔。除此之外，還可以為其他固定連接的方式。所述下固定帽202的第二側壁2022與所述連杆201之間設置有鉸鏈，所述連杆201與所述上固定帽202通過鉸鏈連接後，可以實現相對轉動。
[0040]所述上固定帽203設置在所述連杆201和中心件3之間。所述上固定帽203的形狀結構可以與所述上固定帽202的一致。所述上固定帽203的一側可通過鉸接與所述連杆201連接，同樣地，所述連杆201與所述上固定帽203通過鉸鏈連接後，可以實現相對轉動。所述上固定帽203的另一側可通過鉚接、螺紋連接等半可拆卸方式或可拆卸方式與中心件3固定連接。
[0041]請參閱圖1和圖2，所述中心件3與所述彈性件4配合，用於連接並定位所述傳動件2。
[0042]所述中心件3，其包括第三本體30，其具有一中心軸線。所述第三本體30可為中空的且中心對稱的正六稜柱，或者其他形狀。例如當所述第三本體30為正六稜柱時，其六個側面分別連接有傳動件2，與待檢測螺母的六個側壁相對應。在所述第三本體30的下表面向下延伸設置有用於固定所述彈性件4的中心杆31。所述中心杆31的側壁上固定有所述彈性件4。
[0043]所述彈性件4具有向內收縮的彈性勢能。具體的所述彈性件4可以為彈簧，或者其他具有彈性的部件。所述彈性件4的一端與所述傳動件2連接，另一端與所述中心杆31連接。由於所述彈性件4具有向內收縮的彈性勢能，因此當所述彈性件4與所述傳動件2和中心杆31連接時,可以帶動所述傳動件2向所述中心杆31方向收縮,通過所述彈性件4的約束力，可以將與所述傳動件2連接的固定件I與螺母的側壁緊貼。所述彈性件4的個數為六個，與所述傳動件2的個數相匹配。
[0044]使用時，可以轉動所述呈平行四邊形的傳動件2，帶動與之連接的所述彈性件4向外拉伸，此時，所述固定件I相對於中心杆31的距離增大，從而可以實現檢測更大規格螺母。
[0045]請參閱圖9，是本發明實施例中一種螺栓應力檢測裝置螺栓應力檢測現場布置圖。檢測時，將本發明包含有固定件1、傳動件2、中心件3和彈性件4的螺栓應力檢測裝置安裝在待檢測的螺母5上，在所述螺栓應力檢測裝置上通過數據線連接一數據採集系統6。所述數據採集系統6包括採集卡和處理裝置。所述處理裝置包括用於數位訊號的存取單元和用於分析數位訊號的分析單元。所述螺母5的磁記憶信號通過所述數據採集系統6獲得，其中所述採集卡將獲取的磁記憶傳感器傳輸的電壓信號轉換為數位訊號，然後將數位訊號傳輸至處理裝置的存取單元進行存取，通過所述處理裝置的分析單元進行分析，從而實現螺母5磁記憶信號的採集、存取和分析。在使用時，可以使用單個本發明裝置進行法蘭螺栓應力的逐個檢測，也可以使用多個本發明裝置進行整個法蘭螺栓應力的同步檢測。
[0046]如圖10所示，是現有技術中法蘭密封性檢測裝置螺栓應力檢測結果圖。其中縱坐標表示磁記憶傳感器傳輸的電壓信號的幅值增量，單位為伏特；橫坐標表示螺栓的拉伸力，單位為千牛。試驗時，在所述螺母的不同側面進行了分別測量。
[0047]參照圖10可以看出，現有技術中，由於測量時是針對螺母的某兩個側面進行檢測，當檢測的位置不同時，每次檢測結果並不完全一致，試驗結果有相當的誤差。因此，僅根據螺母的某兩個側面上的磁記憶傳感器傳輸的電壓信號，計算得到的螺栓應力會與真實情況存在差異。
[0048]如圖11所示，是使用本發明一種螺栓應力檢測裝置螺栓應力檢測結果圖。其中縱坐標表不磁記憶傳感器傳輸的電壓信號的幅值增量，單位為伏特；橫坐標表不螺栓的拉伸力，單位為千牛。
[0049]使用本發明所述螺栓應力檢測裝置進行螺栓應力檢測時，可以同時對螺母的6個側面進行檢測。
[0050]參考圖11可以看出，由於使用本發明所述螺栓應力檢測裝置進行螺栓應力檢測時，是同時對螺母的6個側面進行檢測的，檢測結果具有唯一性，與現有的針對螺母的某兩個側面進行檢測的裝置相比，能夠提高檢測精度。
[0051]另外參考圖11可以看出磁記憶信號幅值與拉伸力有較強的線性關係。試驗結果表明:螺栓軸向磁記憶電壓信號U與螺栓拉應力O呈線性關係；
[0052]其通式為:U= A σ +B
[0053]其中，係數A為線性方程斜率，此值與螺栓材質有關，經試驗測得；係數B為線性方程截距，此值近似等於螺栓零載荷狀態下的磁記憶信號值，單位為伏特。
[0054]驗證了在現場檢測時，通過選擇材質屬性質並根據獲得的磁記憶電壓信號可得到檢測的螺栓應力值。
[0055]相對於現有的檢測裝置，本發明所述螺栓應力檢測裝置除了具有檢測精度高之夕卜，由於其與螺母的六個側面都緊密接觸，相對於現有的夾持兩個側面的檢測裝置而言，更能夠抵抗外力的幹擾，在檢測時，不容易發生鬆脫事故。
[0056]其次本發明所述螺栓應力檢測裝置其中心件3具有變徑功能，能夠根據需要改變所述固定件I相對於中心杆31的距離，因此一套本發明所述螺栓應力檢測裝置能實現M12至M52規格間所有鋼質螺栓的應力檢測，可滿足絕大多數承壓設備法蘭螺栓的應力檢測，避免了裝置的重複製作，從而有利於檢測成本的降低。
[0057]再次由於本發明所述的螺栓應力檢測裝置中的固定件I具有伸縮功能，使得固定件I能與被檢測螺母的根部完全貼合，檢測重複度高。
[0058]此外本發明所述螺栓應力檢測裝置，所述傳動件2和中心件3之間通過彈性約束力定位，致使固定件I與被檢測螺母之間很容易貼合和脫離，操作方便。
[0059]在工程現場，通常設備的法蘭螺栓連接布置緊密，留給螺母安裝傳感器的空間有限，而本法明所述的螺栓應力檢測裝置結構緊湊，所佔的空間小，實用性強。
[0060]以上所述僅為本發明的幾個實施例，雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述內容只是為了便於理解本發明而採用的實施方式，並非用於限定本發明。任何本發明所屬【技術領域】的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和範圍的前提下，可以在實施方式的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護範圍，仍須以所附權利要求書所界定的範圍為準。
【權利要求】
1.一種螺栓應力檢測裝置，其特徵在於，包括: 中心件，其具有一中心軸線； 環繞所述中心件的中心軸線排布的多個固定件，每個固定件上設置有用於與待檢測螺母的側壁相接觸的傳感器； 與所述固定件一一對應的多個傳動件，每個傳動件的一端與所述中心件相轉動連接，每個傳動件的另一端與其對應的固定件相連接； 與所述固定件一一對應的多個具有向內收縮彈性勢能的彈性件，每個彈性件的一端與所述中心件相連接，每個彈性件的另一端與其對應的傳動件相連接。
2.如權利要求1所述的螺栓應力檢測裝置，其特徵在於:所述固定件的橫向寬度不大於待檢測螺母側面的橫向寬度，所述傳感器的底面與所述固定件的底面相齊平以用於和螺母的根部相接觸。
3.如權利要求1所述的螺栓應力檢測裝置，其特徵在於:所述中心件包括用於和所述傳動件相連接的第三本體和自所述第三本體下表面向下延伸的中心杆；所述第三本體為中空的六稜柱，所述中心杆位於所述中心件的中心軸線上。
4.如權利要求1所述的螺栓應力檢測裝置，其特徵在於:還包括第一連接件，所述第一連接件位於所述固定件和傳動件之間，其一端和所述固定件可滑動連接；另一端和所述傳動件相連接。
5.如權利要求4所述的螺栓應力檢測裝置，其特徵在於:所述第一連接件與所述固定件配合的側壁上設置有至少一對縱向延伸的凸起和滑槽。
6.如權利要求1所述的螺栓應力檢測裝置，其特徵在於:所述傳動件包括至少一個連杆，當所述連杆為兩個時，所述兩個連杆長度相等，上下平行分布，所述連杆的兩端分別與所述中心件、固定件連接後，組成與所述中心件的中心軸線共面的平行四邊形傳動件。
7.如權利要求1所述的螺栓應力檢測裝置，其特徵在於:所述傳動件與所述固定件相轉動連接。
8.如權利要求1所述的螺栓應力檢測裝置，其特徵在於:所述彈性件為彈簧，其與所述傳動件連接的一端靠近所述固定件。
9.如權利要求1所述的螺栓應力檢測裝置，其特徵在於，所述傳動件還包括用於將所述傳動件的下端與所述固定件進行可拆卸或半可拆卸連接的下固定帽、以及用於將所述傳動件的上端與所述中心件進行可拆卸或半可拆卸連接的上固定帽。
10.如權利要求1所述的螺栓應力檢測裝置，其特徵在於:所述螺栓應力檢測裝置通過數據線還連接有數據採集系統，所述數據採集系統包括將獲取的傳感器傳輸的電壓信號轉換為數位訊號採集卡、將數位訊號進行存取和分析的處理裝置，所述處理裝置包括用於數位訊號的存取單元和用於分析數位訊號的分析單元。
【文檔編號】G01L5/24GK104198106SQ201410403537
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月15日 優先權日:2014年8月15日
【發明者】胡家順, 孫文勇, 牛蘊, 趙永濤, 羅方偉, 劉文才 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團安全環保技術研究院