專利名稱：一種螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種使用上述故障監(jiān)測系統(tǒng)的故障監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
在各種機(jī)械設(shè)備中，均需要使用大量的螺栓實(shí)現(xiàn)相鄰兩部件之間的可靠連接。由于螺栓連接固定可靠，且能夠?qū)崿F(xiàn)方便地拆分，因此越來越廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造領(lǐng)域。以風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為例，其風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的柱狀塔筒之間的連接、塔筒和機(jī)艙之間的連接，以及風(fēng)輪葉片與輪轂之間的連接均采用螺栓連接的方式。用于上述這些場合的螺栓由于需要承受較大的作用力，甚至需要承受變化的載荷的作用，因此，這些螺栓都需要具有足夠的使用強(qiáng)度，螺栓的強(qiáng)度應(yīng)該保證能夠承受工作中可能出現(xiàn)的極限載荷，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。然而，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作過程中，螺栓受到交變載荷和內(nèi)部裂紋等情況的綜合作用，可能會出現(xiàn)松動、斷裂等故障，一旦連接關(guān)鍵部件的螺栓發(fā)生脫落或者斷裂，會引發(fā)關(guān)鍵構(gòu)件的分離，造成風(fēng)機(jī)的嚴(yán)重破壞，因此，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作過程中，應(yīng)時刻監(jiān)測螺栓的狀態(tài)，當(dāng)螺栓具有松動或者折斷的趨勢時，就要及時報(bào)警，并立刻檢修，以避免造成更加嚴(yán)重的損失。目前，針對單個螺栓的故障監(jiān)測系統(tǒng)包括安裝在被檢測螺栓上的角度傳感器，角度傳感器檢測螺栓的瞬時角度值，并將檢測到的螺栓的瞬時角度值傳輸至控制器，控制器中預(yù)先儲存有角度范圍值，當(dāng)檢測到的螺栓的瞬時角度值超過該預(yù)定角度范圍時，控制器發(fā)出報(bào)警信號。但是，該種方法結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，角度傳感器在螺栓上的安裝過程較為復(fù)雜，且維護(hù)較為困難；同時，每個設(shè)備中可能包括數(shù)以百計(jì)的螺栓，在每個螺栓上安裝角度傳感器也存在較大的難度，不適合群組螺栓的檢測。因此，如何簡化螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使之適合于群組螺栓的故障監(jiān)測，就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟須解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)，其具有較為簡單的結(jié)構(gòu)，且適合于群組螺栓的故障監(jiān)測。本發(fā)明的另一目的是提供一種使用上述故障監(jiān)測系統(tǒng)的故障監(jiān)測方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)，包括檢測元件、控制元件和報(bào)警元件所述檢測元件用于檢測通過螺栓連接的被連接件的載荷或者響應(yīng)，并得到相應(yīng)的載荷信號或者響應(yīng)信號；所述控制元件用于接收所述載荷信號或者所述響應(yīng)信號，并將載荷或者響應(yīng)與預(yù)定的閾值相比較，當(dāng)所述載荷或者響應(yīng)處于閾值范圍以外時，所述控制元件控制所述報(bào)警元件發(fā)出預(yù)警信號；
所述報(bào)警元件用于根據(jù)所述控制元件發(fā)出的指令發(fā)出預(yù)警信號。優(yōu)選地，所述螺栓包括危險(xiǎn)螺栓，所述危險(xiǎn)螺栓在所述被連接件上的位置通過載荷計(jì)算的方式確定。優(yōu)選地，所述被連接件上具有主監(jiān)測點(diǎn)，所述主監(jiān)測點(diǎn)與所述危險(xiǎn)螺栓的最小距離小于預(yù)定距離，所述檢測元件檢測所述主監(jiān)測點(diǎn)的載荷或者響應(yīng)。優(yōu)選地，所述被連接件上還具有附加監(jiān)測點(diǎn)，所述附加監(jiān)測點(diǎn)與任一所述危險(xiǎn)螺栓的最小距離均大于所述預(yù)定距離，所述檢測元件檢測所述附加監(jiān)測點(diǎn)的載荷或者響應(yīng)。優(yōu)選地，所述被連接件上還具有附加監(jiān)測點(diǎn)，所述附加監(jiān)測點(diǎn)位于相鄰兩所述主監(jiān)測點(diǎn)的中間位置。優(yōu)選地，所述檢測元件為固定連接于所述被連接件的應(yīng)變片，所述應(yīng)變片檢測所述被連接件的應(yīng)變，并將得到的應(yīng)變信號傳輸至所述控制元件，所述預(yù)定載荷閾值為預(yù)定應(yīng)變閾值。優(yōu)選地，所述應(yīng)變片的數(shù)目為四個，分別沿周向分布于所述危險(xiǎn)螺栓的四周。優(yōu)選地，所述被連接件包括呈預(yù)定角度的豎段和橫段，所述螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)還包括應(yīng)變片固定板，所述應(yīng)變片固定板的一端安裝于所述豎段，其另一端安裝于所述橫段， 所述應(yīng)變片固定于所述應(yīng)變片固定板上。本發(fā)明還提供了一種螺栓故障監(jiān)測方法，包括以下步驟11)檢測通過螺栓連接的被連接件的載荷或者響應(yīng)，并得到相應(yīng)的載荷信號或者響應(yīng)信號；12)接收所述載荷信號或者所述響應(yīng)信號，并比較載荷或者響應(yīng)與預(yù)定閾值的關(guān)系，當(dāng)所述載荷或者響應(yīng)處于閾值范圍以外時，轉(zhuǎn)向步驟13)，當(dāng)所述載荷或者響應(yīng)處于所述預(yù)定閾值范圍以內(nèi)時，返回步驟11)；13)控制報(bào)警元件發(fā)出預(yù)警信號。進(jìn)一步地，在所述步驟11)之前還可以包括以下步驟01)確定危險(xiǎn)螺栓在所述被連接件上的位置，所述危險(xiǎn)螺栓在所述被連接件上的位置通過載荷計(jì)算的方式確定。進(jìn)一步地，所述檢測元件通過檢測主監(jiān)測點(diǎn)處的載荷或者響應(yīng)，檢測所述被連接件的載荷或者響應(yīng)，所述主監(jiān)測點(diǎn)與所述危險(xiǎn)螺栓的最小距離小于預(yù)定距離。進(jìn)一步地，所述檢測元件還通過檢測附加監(jiān)測點(diǎn)檢測所述被連接件的載荷或者響應(yīng)，所述附加監(jiān)測點(diǎn)與任一所述危險(xiǎn)螺栓的最小距離均大于所述預(yù)定距離。進(jìn)一步地，所述檢測元件還通過檢測附加監(jiān)測點(diǎn)檢測所述被連接件的載荷或者響應(yīng)，所述附加監(jiān)測點(diǎn)位于相鄰兩所述主監(jiān)測點(diǎn)的中間位置。進(jìn)一步地，所述檢測元件為固定連接于所述被連接件的應(yīng)變片，所述應(yīng)變片檢測監(jiān)測點(diǎn)的應(yīng)變，并將得到的應(yīng)變信號傳輸至所述控制元件，所述預(yù)定載荷閾值為預(yù)定應(yīng)變閾值。進(jìn)一步地，所述應(yīng)變片的數(shù)目為四個，分別沿周向分布于所述危險(xiǎn)螺栓的四周。進(jìn)一步地，所述被連接件包括呈預(yù)定角度的豎段和橫段，所述螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)還包括應(yīng)變片固定板，所述應(yīng)變片固定板的一端安裝于所述豎段，其另一端安裝于所述橫段，所述應(yīng)變片固定于所述應(yīng)變片固定板上。
本發(fā)明所提供的一種螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)，包括檢測元件和控制元件，其中檢測元件用于檢測通過螺栓連接的被連接件的載荷或者響應(yīng)，并得到相應(yīng)的載荷信號或者響應(yīng)信號，控制元件用于接收所述載荷信號或者所述響應(yīng)信號，并將載荷或者響應(yīng)與預(yù)定的閾值相比較，當(dāng)載荷或者響應(yīng)處于閾值范圍以外時，控制元件控制報(bào)警元件發(fā)出預(yù)警信號；具體地，當(dāng)檢測元件檢測被連接件的載荷并輸出載荷信號時，控制元件接收該載荷信號，并將檢測到的載荷與預(yù)定載荷閾值相比較，載荷處于所述預(yù)定載荷閾值范圍以外時，控制元件發(fā)出預(yù)警信號；當(dāng)檢測元件檢測被連接件的響應(yīng)并輸出響應(yīng)信號時，控制元件接收該響應(yīng)信號，并將檢測到的響應(yīng)與預(yù)定響應(yīng)閾值相比較，當(dāng)響應(yīng)處于預(yù)定響應(yīng)閾值以外時，控制元件發(fā)出預(yù)警信號。這樣，通過檢測被連接件的載荷變化或者響應(yīng)變化，監(jiān)測螺栓是否出現(xiàn)故障，能夠同時監(jiān)測被連接件上的多個螺栓，實(shí)現(xiàn)了群組螺栓的故障監(jiān)測。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明所提供的螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)通過檢測危險(xiǎn)螺栓附近的載荷或者響應(yīng)，得到危險(xiǎn)螺栓的故障情況，具體地，被連接件上具有主監(jiān)測點(diǎn)，主監(jiān)測點(diǎn)與危險(xiǎn)螺栓的最小距離小于預(yù)定距離，檢測元件檢測主監(jiān)測點(diǎn)的載荷或者響應(yīng)。由于危險(xiǎn)螺栓是被連接件上眾多螺栓中的薄弱環(huán)節(jié)，在工作中，危險(xiǎn)螺栓發(fā)生故障的可能性最大，而相對來說其他位置的螺栓在危險(xiǎn)螺栓還沒有故障之前一般不會出現(xiàn)故障；只監(jiān)測危險(xiǎn)螺栓處的載荷變化或者響應(yīng)變化，既能夠?qū)崿F(xiàn)工作目的，又能夠簡化故障監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明還提供一種基于上述螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，該監(jiān)測方法能夠得到與監(jiān)測系統(tǒng)相同或相似的有益效果，在此不再贅述。


圖1為本發(fā)明所提供螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)一種具體實(shí)施方式
的原理框圖；圖2為本發(fā)明所提供螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)的檢測元件安裝位置一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明所提供螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)的檢測元件安裝位置另一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明所提供螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)的檢測元件安裝位置另一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明所提供螺栓故障監(jiān)測方法一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明所提供螺栓故障監(jiān)測方法另一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心是提供一種螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)，其具有較為簡單的結(jié)構(gòu)，且適合于群組螺栓的故障監(jiān)測。本發(fā)明的另一核心是提供一種使用上述故障監(jiān)測系統(tǒng)的故障監(jiān)測方法。為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。請參考圖1，圖1為本發(fā)明所提供螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)一種具體實(shí)施方式
的原理框圖。
在一種具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明所提供的螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)包括檢測元件1、控制元件2和報(bào)警元件5 ；其中，檢測元件1用于檢測被連接件4的載荷或者響應(yīng)，并得到相應(yīng)的載荷信號或者響應(yīng)信號，該被連接件4為通過螺栓3連接的構(gòu)件；控制元件2用于接收載荷信號或者所述響應(yīng)信號，并將載荷或者響應(yīng)與預(yù)定閾值相比較，當(dāng)載荷或者響應(yīng)處于閾值范圍以外時，控制元件2控制報(bào)警元件5發(fā)出預(yù)警信號，具體地，當(dāng)上述檢測元件1檢測的是載荷信號，則檢測元件1傳輸給控制元件2的信號是載荷信號，控制元件2將接收到的載荷與預(yù)定載荷閾值相比較，當(dāng)載荷處于預(yù)定載荷閾值范圍以外時，控制元件2控制報(bào)警元件5發(fā)出預(yù)警信號；而當(dāng)上述檢測元件1檢測到的是響應(yīng)信號時，則檢測元件1傳輸給控制元件2的信號是響應(yīng)信號，控制元件2將響應(yīng)與預(yù)定響應(yīng)閾值相比較，當(dāng)響應(yīng)處于預(yù)定響應(yīng)閾值以外時，控制元件2控制報(bào)警元件5發(fā)出預(yù)警信號；報(bào)警元件5用于根據(jù)控制元件2 的指令發(fā)出預(yù)警信號。需要指出的是，文中所述載荷處于預(yù)定載荷閾值范圍以外是指，檢測到的載荷大于載荷閾值的最大值或者小于載荷閾值的最小值，而載荷處于預(yù)定載荷閾值范圍以內(nèi)是指，檢測到的載荷小于載荷閾值的最大值且大于載荷閾值的最小值；同樣地，響應(yīng)處于預(yù)定響應(yīng)閾值范圍以外是指，檢測到的響應(yīng)大于響應(yīng)閾值的最大值或者小于響應(yīng)閾值的最小值，而響應(yīng)處于預(yù)定響應(yīng)閾值范圍以內(nèi)是指，檢測到的響應(yīng)大于響應(yīng)閾值的最小值且小于響應(yīng)閾值的最大值。當(dāng)螺栓3和被連接件4處于不同的工作狀況時，預(yù)定載荷閾值和預(yù)定響應(yīng)閾值不同。以風(fēng)機(jī)上的螺栓3為例，風(fēng)機(jī)在一個工作周期中會出現(xiàn)待機(jī)階段、啟動階段、穩(wěn)定工作階段和停機(jī)階段等多個工作階段，在各不同的工作階段中，由于螺栓3和被連接件4的受力狀況不同，需要在各階段分別設(shè)定與其相符的預(yù)定載荷閾值或者預(yù)定響應(yīng)閾值，將多個預(yù)定載荷閾值或者預(yù)定響應(yīng)閾值均實(shí)現(xiàn)輸入至控制元件2中，并由風(fēng)機(jī)的總控系統(tǒng)控制控制元件2參考的預(yù)定載荷閾值。例如，當(dāng)風(fēng)機(jī)處于啟動階段時，風(fēng)機(jī)的總控系統(tǒng)發(fā)出啟動指令，同時向控制元件2發(fā)出啟動指令，控制元件2調(diào)出與風(fēng)機(jī)的啟動狀態(tài)相匹配的預(yù)定載荷閾值或者預(yù)定響應(yīng)閾值，并將該預(yù)定載荷閾值或者預(yù)定相應(yīng)閾值作為判斷基準(zhǔn)。從理論上來講，通過檢測被連接件4的載荷參數(shù)或者響應(yīng)參數(shù)中的任一者實(shí)現(xiàn)故障監(jiān)測，也可以在同一套系統(tǒng)中對不同工況下的故障監(jiān)測分別使用載荷檢測方式和響應(yīng)檢測方式；仍以風(fēng)機(jī)為例，控制元件2中儲存的與啟動階段相匹配的是預(yù)定載荷閾值，當(dāng)風(fēng)機(jī)處于啟動階段時，檢測元件1檢測的是載荷信號；而控制元件2中儲存的與正常工作階段相匹配的是響應(yīng)載荷閾值，當(dāng)風(fēng)機(jī)處于正常工作階段時，檢測元件1檢測的是響應(yīng)信號。當(dāng)檢測載荷時，檢測元件1可以為固定連接于被連接件4的應(yīng)變片，應(yīng)變片檢測被連接件4的應(yīng)變，并將得到的應(yīng)變信號傳輸至控制元件2，控制元件2接收應(yīng)變信號并與預(yù)定應(yīng)變閾值相比較，當(dāng)應(yīng)變大于預(yù)定應(yīng)變閾值的最大值或者小于預(yù)定應(yīng)變閾值的最小值時，控制元件2控制報(bào)警元件5發(fā)出預(yù)警信號。應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)簡單，成本較為低廉，從而進(jìn)一步簡化了故障監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，節(jié)約了生產(chǎn)成本。檢測元件1也不局限于應(yīng)變片，當(dāng)檢測的參數(shù)是響應(yīng)時，檢測元件1為振動響應(yīng)傳感器。當(dāng)一個或多個螺栓3出現(xiàn)故障時，局部應(yīng)力的統(tǒng)計(jì)值會上升超過某個閾值，或者下降超過某個閾值。該閾值可以通過理論或者實(shí)驗(yàn)得到；實(shí)驗(yàn)方法是指，先測試螺栓3正常時法蘭的局部應(yīng)力，然后松動單個螺栓3，再測量法蘭局部應(yīng)力的變化，總結(jié)出故障特征。該閾值也可以通過仿真計(jì)算得到。這樣檢測法蘭應(yīng)力的變化就可以識別出螺栓故障。這樣，通過檢測被連接件4的載荷變化或者響應(yīng)變化，監(jiān)測螺栓3是否出現(xiàn)故障， 能夠同時監(jiān)測被連接件4上的多個螺栓3，實(shí)現(xiàn)了群組螺栓的故障監(jiān)測。請參考圖2和圖3，圖2為本發(fā)明所提供螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)的檢測元件安裝位置一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明所提供螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)的檢測元件安裝位置另一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。在同一群組(同一被連接件4上的若干螺栓)的螺栓3中，由于受力狀況的影響， 總有一些位置的螺栓3更容易損壞，這些螺栓3稱為危險(xiǎn)螺栓31。以風(fēng)機(jī)塔筒的連接螺栓 3和法蘭為例，雖然螺栓3在法蘭上呈圓周分布，但是螺栓3和法蘭承受的載荷并不是圓周均勻分布。由于各個螺栓3承受的靜態(tài)載荷不一致，某些螺栓3承受的載荷較大。另一方面，風(fēng)場多選在風(fēng)向穩(wěn)定的地區(qū)，也就是主導(dǎo)風(fēng)向頻率在30%以上。典型的如近海風(fēng)場，白晝時，海洋上的氣流吹向大陸，稱為海風(fēng)；夜間時，情況相反，風(fēng)從大陸吹向海洋，稱為陸風(fēng)。 由于主導(dǎo)風(fēng)向的作用，法蘭聯(lián)結(jié)處的動態(tài)載荷也不是圓周均勻分布的。綜合以上兩點(diǎn)，某些螺栓3比其余螺栓更頻繁的承受較大的工作載荷，因而出現(xiàn)松動和斷裂等故障的可能性更高，這些螺栓就是上述危險(xiǎn)螺栓31。監(jiān)測危險(xiǎn)螺栓31非常必要。而且，當(dāng)危險(xiǎn)螺栓31正常工作時，其余螺栓出現(xiàn)故障的可能性較小，因而監(jiān)測危險(xiǎn)螺栓31就能充分準(zhǔn)確地預(yù)警螺栓的損傷故障。危險(xiǎn)螺栓31的判定有理論方法和測試方法。在設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)時，載荷計(jì)算是必要的步驟，有限元分析和動力學(xué)分析被廣泛地應(yīng)用，利用設(shè)計(jì)模型和設(shè)計(jì)載荷等可以方便地分析出受力較大的螺栓。通過測試確定危險(xiǎn)螺栓31是指，在樣機(jī)測試時，測量充分多個螺栓的載荷，識別出頻繁承受較大載荷的螺栓。監(jiān)測危險(xiǎn)螺栓31附近的局部法蘭應(yīng)力能夠優(yōu)化監(jiān)測點(diǎn)位置，進(jìn)一步簡化了監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。被連接件4上具有主監(jiān)測點(diǎn)，主監(jiān)測點(diǎn)與危險(xiǎn)螺栓31的最小距離小于預(yù)定距離， 檢測元件1檢測主監(jiān)測點(diǎn)的載荷或者響應(yīng)，也即，主監(jiān)測點(diǎn)用于檢測危險(xiǎn)螺栓31附近的載荷或者響應(yīng)，主監(jiān)測點(diǎn)處于圖2中陰影A范圍之內(nèi)。由于危險(xiǎn)螺栓31是被連接件4上眾多螺栓3中的薄弱環(huán)節(jié)，在工作中，危險(xiǎn)螺栓31發(fā)生故障的可能性最大，而相對來說其他位置的非危險(xiǎn)螺栓在危險(xiǎn)螺栓31還沒有故障之前一般不會出現(xiàn)故障；只監(jiān)測危險(xiǎn)螺栓31處的載荷變化或者響應(yīng)變化，通過檢測危險(xiǎn)螺栓31附近的載荷或者響應(yīng)，得到危險(xiǎn)螺栓31的故障情況，既能夠?qū)崿F(xiàn)工作目的，又能夠簡化故障監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本。被連接件4上還可以具有附加監(jiān)測點(diǎn)，附加監(jiān)測點(diǎn)與任一危險(xiǎn)螺栓31的最小距離均大于所述預(yù)定距離，檢測元件1檢測附加監(jiān)測點(diǎn)的載荷或者響應(yīng)，也即附加監(jiān)測點(diǎn)用于檢測非危險(xiǎn)螺栓附近的載荷或者響應(yīng)，附加監(jiān)測點(diǎn)處于圖2中陰影A范圍之外。這樣，不僅僅檢測危險(xiǎn)螺栓31附近的載荷或者響應(yīng)，還可選擇地檢測非危險(xiǎn)螺栓附近的載荷或者響應(yīng)，從而提高了監(jiān)測系統(tǒng)的工作可靠性。附加監(jiān)測點(diǎn)可以位于相鄰兩主監(jiān)測點(diǎn)的中間位置，該位置是距離相鄰主監(jiān)測點(diǎn)的最遠(yuǎn)位置，能夠避免重復(fù)監(jiān)測，提高了檢測元件1的利用率。顯然地，附加監(jiān)測點(diǎn)可以為陰影A外的任何位置，不局限于上述兩主監(jiān)測點(diǎn)的中間位置。當(dāng)檢測元件1是應(yīng)變片時，應(yīng)變片的數(shù)目可以為四個，分別沿周向分布于所述危險(xiǎn)螺栓31的四周。應(yīng)變片的個數(shù)和分布位置均可以有若干種，例如可以分別位于危險(xiǎn)螺栓
831的兩側(cè)，也可以位于危險(xiǎn)螺栓31的上方或者下方，其具體安裝位置不受本說明書具體實(shí)施方式
的限制。螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)的檢測元件安裝位置并不局限于上述具體形式，檢測元件也可以安裝于其他能夠?qū)崿F(xiàn)檢測的位置。請參考圖4，圖4為本發(fā)明所提供螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)的檢測元件安裝位置另一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。在另一種具體實(shí)施方式
中，以風(fēng)機(jī)塔筒上的法蘭螺栓的檢測為例，被連接件4包括呈預(yù)定角度的橫段42和豎段41，在該實(shí)施例中，被連接件為法蘭，則橫段42為法蘭固定有螺栓的一段，豎段41為大體與橫段42垂直的一段，螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)包括應(yīng)變片固定板 6，應(yīng)變片固定板6的一端安裝于所述法蘭的橫段42上，其另一端安裝于法蘭的豎段41上， 應(yīng)變片7固定于應(yīng)變片固定板6上。在工作過程中，塔筒和法蘭之間的夾角的變化會引起應(yīng)變片7的伸縮變化，當(dāng)位于應(yīng)變片7附近的螺栓發(fā)生故障時，故障螺栓承受的載荷減小， 附近的塔筒和法蘭外表面之間夾角的變化幅值降低，附近監(jiān)測點(diǎn)所測的應(yīng)力下降至預(yù)定閾值以下，此時，正常工作的螺栓承受的載荷加大，其附近的塔筒和法蘭外表面之間夾角的變化幅值變大，附近監(jiān)測點(diǎn)所測應(yīng)力上升至預(yù)定閾值以上；這樣，通過監(jiān)測應(yīng)變片所檢測到的應(yīng)力的上升或者下降，從而能夠檢測出故障螺栓的位置。除了上述螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種螺栓故障監(jiān)測方法。請參考圖5，圖5為本發(fā)明所提供螺栓故障監(jiān)測方法一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。在一種具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明所提供的螺栓故障監(jiān)測方法，可以包括以下步驟Sll 檢測通過螺栓3連接的被連接件4的載荷或者響應(yīng)，并得到相應(yīng)的載荷信號或者響應(yīng)信號；S12 接收所述載荷信號或者所述響應(yīng)信號，并比較載荷或者響應(yīng)與預(yù)定閾值的關(guān)系，當(dāng)所述載荷或者響應(yīng)處于閾值范圍以外時，轉(zhuǎn)向步驟13)，當(dāng)所述載荷或者響應(yīng)處于所述預(yù)定閾值范圍以內(nèi)時，返回步驟11)；S13 控制報(bào)警元件5發(fā)出預(yù)警信號。需要指出的是，文中所述載荷處于預(yù)定載荷閾值范圍以外是指，檢測到的載荷大于載荷閾值的最大值或者小于載荷閾值的最小值，而載荷處于預(yù)定載荷閾值范圍以內(nèi)是指，檢測到的載荷小于載荷閾值的最大值且大于載荷閾值的最小值；同樣地，響應(yīng)處于預(yù)定響應(yīng)閾值范圍以外是指，檢測到的響應(yīng)大于響應(yīng)閾值的最大值或者小于響應(yīng)閾值的最小值，而響應(yīng)處于預(yù)定響應(yīng)閾值范圍以內(nèi)是指，檢測到的響應(yīng)大于響應(yīng)閾值的最小值且小于響應(yīng)閾值的最大值。當(dāng)螺栓3和被連接件4處于不同的工作狀況時，預(yù)定載荷閾值和預(yù)定響應(yīng)閾值不同。以風(fēng)機(jī)上的螺栓3為例，風(fēng)機(jī)在一個工作周期中會出現(xiàn)待機(jī)階段、啟動階段、穩(wěn)定工作階段和停機(jī)階段等多個工作階段，在各不同的工作階段中，由于螺栓3和被連接件4的受力狀況不同，需要在各階段分別設(shè)定與其相符的預(yù)定載荷閾值或者預(yù)定響應(yīng)閾值，將多個預(yù)定載荷閾值或者預(yù)定響應(yīng)閾值均實(shí)現(xiàn)輸入至控制元件2中，并由風(fēng)機(jī)的總控系統(tǒng)控制控制元件2參考的預(yù)定載荷閾值。例如，當(dāng)風(fēng)機(jī)處于啟動階段時，風(fēng)機(jī)的總控系統(tǒng)發(fā)出啟動指令，同時向控制元件2發(fā)出啟動指令，控制元件2調(diào)出與風(fēng)機(jī)的啟動狀態(tài)相匹配的預(yù)定載荷閾值或者預(yù)定響應(yīng)閾值，并將該預(yù)定載荷閾值或者預(yù)定相應(yīng)閾值作為判斷基準(zhǔn)。從理論上來講，通過檢測被連接件4的載荷參數(shù)或者響應(yīng)參數(shù)中的任一者實(shí)現(xiàn)故障監(jiān)測，也可以在同一套系統(tǒng)中對不同工況下的故障監(jiān)測分別使用載荷檢測方式和響應(yīng)檢測方式；仍以風(fēng)機(jī)為例，控制元件2中儲存的與啟動階段相匹配的是預(yù)定載荷閾值，當(dāng)風(fēng)機(jī)處于啟動階段時，檢測元件1檢測的是載荷信號；而控制元件2中儲存的與正常工作階段相匹配的是響應(yīng)載荷閾值，當(dāng)風(fēng)機(jī)處于正常工作階段時，檢測元件1檢測的是響應(yīng)信號。當(dāng)檢測載荷時，檢測元件1可以為固定連接于被連接件4的應(yīng)變片，應(yīng)變片檢測被連接件4的應(yīng)變，并將得到的應(yīng)變信號傳輸至控制元件2，控制元件2接收應(yīng)變信號并與預(yù)定應(yīng)變閾值相比較，當(dāng)應(yīng)變大于預(yù)定應(yīng)變閾值的最大值或者小于預(yù)定應(yīng)變閾值的最小值時，控制元件2控制報(bào)警元件5發(fā)出預(yù)警信號。應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)簡單，成本較為低廉，從而進(jìn)一步簡化了故障監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，節(jié)約了生產(chǎn)成本。檢測元件1也不局限于應(yīng)變片，當(dāng)檢測的參數(shù)是響應(yīng)時，檢測元件1為振動響應(yīng)傳感器。請參考圖6，圖6為本發(fā)明所提供螺栓故障監(jiān)測方法另一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。在另一種具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明所提供的螺栓故障監(jiān)測方法包括以下步驟S21 確定危險(xiǎn)螺栓31在所述被連接件4上的位置，所述危險(xiǎn)螺栓31在所述被連接件4上的位置通過載荷計(jì)算的方式確定；S22 檢測通過螺栓3連接的被連接件4的載荷或者響應(yīng)，并得到相應(yīng)的載荷信號或者響應(yīng)信號；S23 接收所述載荷信號或者所述響應(yīng)信號，并比較載荷或者響應(yīng)與預(yù)定閾值的關(guān)系，當(dāng)所述載荷或者響應(yīng)處于閾值范圍以外時，轉(zhuǎn)向步驟13)，當(dāng)所述載荷或者響應(yīng)處于所述預(yù)定閾值范圍以內(nèi)時，返回步驟11)；S24 控制報(bào)警元件5發(fā)出預(yù)警信號。由于危險(xiǎn)螺栓31是被連接件4上眾多螺栓中的薄弱環(huán)節(jié)，在工作中，危險(xiǎn)螺栓31 發(fā)生故障的可能性最大，而相對來說其他位置的非危險(xiǎn)螺栓在危險(xiǎn)螺栓31還沒有故障之前一般不會出現(xiàn)故障；只監(jiān)測危險(xiǎn)螺栓31處的載荷變化或者響應(yīng)變化，通過檢測危險(xiǎn)螺栓 31附近的載荷或者響應(yīng)，得到危險(xiǎn)螺栓31的故障情況，既能夠?qū)崿F(xiàn)工作目的，又能夠簡化故障監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本。被連接件4上具有主監(jiān)測點(diǎn)，主監(jiān)測點(diǎn)與危險(xiǎn)螺栓31的最小距離小于預(yù)定距離， 檢測元件1檢測主監(jiān)測點(diǎn)的載荷或者響應(yīng)，也即，主監(jiān)測點(diǎn)用于檢測危險(xiǎn)螺栓31附近的載荷或者響應(yīng)，主監(jiān)測點(diǎn)處于圖2中陰影A范圍之內(nèi)。由于危險(xiǎn)螺栓31是被連接件4上眾多螺栓中的薄弱環(huán)節(jié)，在工作中，危險(xiǎn)螺栓31發(fā)生故障的可能性最大，而相對來說其他位置的非危險(xiǎn)螺栓在危險(xiǎn)螺栓31還沒有故障之前一般不會出現(xiàn)故障；只監(jiān)測危險(xiǎn)螺栓31處的載荷變化或者響應(yīng)變化，通過檢測危險(xiǎn)螺栓31附近的載荷或者響應(yīng)，得到危險(xiǎn)螺栓31的故障情況，既能夠?qū)崿F(xiàn)工作目的，又能夠簡化故障監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本。被連接件4上還可以具有附加監(jiān)測點(diǎn)，附加監(jiān)測點(diǎn)與任一危險(xiǎn)螺栓31的最小距離均大于所述預(yù)定距離，檢測元件1檢測附加監(jiān)測點(diǎn)的載荷或者響應(yīng)，也即附加監(jiān)測點(diǎn)用于
1檢測非危險(xiǎn)螺栓附近的載荷或者響應(yīng)，附加監(jiān)測點(diǎn)處于圖2中陰影A范圍之外。這樣，不僅僅檢測危險(xiǎn)螺栓31附近的載荷或者響應(yīng)，還可選擇地檢測非危險(xiǎn)螺栓附近的載荷或者響應(yīng)，從而提高了監(jiān)測系統(tǒng)的工作可靠性。附加監(jiān)測點(diǎn)可以位于相鄰兩主監(jiān)測點(diǎn)的中間位置，該位置是距離相鄰主監(jiān)測點(diǎn)的最遠(yuǎn)位置，能夠避免重復(fù)監(jiān)測，提高了檢測元件1的利用率。顯然地，附加監(jiān)測點(diǎn)可以為陰影A外的任何位置，不局限于上述兩主監(jiān)測點(diǎn)的中間位置。當(dāng)檢測元件1是應(yīng)變片時，應(yīng)變片的數(shù)目可以為四個，分別沿周向分布于所述危險(xiǎn)螺栓31的四周。應(yīng)變片的個數(shù)和分布位置均可以有若干種，例如可以分別位于危險(xiǎn)螺栓 31的兩側(cè)，也可以位于危險(xiǎn)螺栓31的上方或者下方，其具體安裝位置不受本說明書具體實(shí)施方式
的限制。以上對本發(fā)明所提供的一種螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)測方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括檢測元件(1)、控制元件(2)和報(bào)警元件(5)所述檢測元件(1)用于檢測通過螺栓(3)連接的被連接件(4)的載荷或者響應(yīng)，并得到相應(yīng)的載荷信號或者響應(yīng)信號；所述控制元件(2)用于接收所述載荷信號或者所述響應(yīng)信號，并將載荷或者響應(yīng)與預(yù)定的閾值相比較，當(dāng)所述載荷或者響應(yīng)處于閾值范圍以外時，所述控制元件(2)控制所述報(bào)警元件(5)發(fā)出預(yù)警信號；所述報(bào)警元件(5)用于根據(jù)所述控制元件(2)發(fā)出的指令發(fā)出預(yù)警信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述螺栓(3)包括危險(xiǎn)螺栓 (31)，所述危險(xiǎn)螺栓(31)在所述被連接件(4)上的位置通過載荷計(jì)算的方式確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述被連接件(4)上具有主監(jiān)測點(diǎn)，所述主監(jiān)測點(diǎn)與所述危險(xiǎn)螺栓(31)的最小距離小于預(yù)定距離，所述檢測元件(1) 檢測所述主監(jiān)測點(diǎn)的載荷或者響應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述被連接件(4)上還具有附加監(jiān)測點(diǎn)，所述附加監(jiān)測點(diǎn)與任一所述危險(xiǎn)螺栓(31)的最小距離均大于所述預(yù)定距離， 所述檢測元件(1)檢測所述附加監(jiān)測點(diǎn)的載荷或者響應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述被連接件(4)上還具有附加監(jiān)測點(diǎn)，所述附加監(jiān)測點(diǎn)位于相鄰兩所述主監(jiān)測點(diǎn)的中間位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一項(xiàng)所述的螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測元件 (1)為固定連接于所述被連接件(4)的應(yīng)變片(7)，所述應(yīng)變片(7)檢測所述被連接件(4) 的應(yīng)變，并將得到的應(yīng)變信號傳輸至所述控制元件(2)，所述預(yù)定載荷閾值為預(yù)定應(yīng)變閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述應(yīng)變片(7)的數(shù)目為四個，分別沿周向均勻分布于所述危險(xiǎn)螺栓(31)的四周。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述被連接件(4)包括呈預(yù)定角度的豎段(41)和橫段(42)，所述螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)還包括應(yīng)變片固定板(6)，所述應(yīng)變片固定板(6)的一端安裝于所述豎段(41)，其另一端安裝于所述橫段(42)，所述應(yīng)變片 (7)固定于所述應(yīng)變片固定板(6)上。
9.一種螺栓故障監(jiān)測方法，包括以下步驟11)檢測通過螺栓(3)連接的被連接件(4)的載荷或者響應(yīng)，并得到相應(yīng)的載荷信號或者響應(yīng)信號；12)接收所述載荷信號或者所述響應(yīng)信號，并比較載荷或者響應(yīng)與預(yù)定閾值的關(guān)系，當(dāng)所述載荷或者響應(yīng)處于閾值范圍以外時，轉(zhuǎn)向步驟13)，當(dāng)所述載荷或者響應(yīng)處于所述預(yù)定閾值范圍以內(nèi)時，返回步驟11)；13)控制報(bào)警元件(5)發(fā)出預(yù)警信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的螺栓故障監(jiān)測方法，其特征在于，在所述步驟11)之前還可以包括以下步驟01)確定危險(xiǎn)螺栓(31)在所述被連接件(4)上的位置，所述危險(xiǎn)螺栓(31)在所述被連接件(4)上的位置通過載荷計(jì)算的方式確定。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的螺栓故障監(jiān)測方法，其特征在于，所述檢測元件(1)通過檢測主監(jiān)測點(diǎn)處的載荷或者響應(yīng)，檢測所述被連接件的載荷或者響應(yīng)，所述主監(jiān)測點(diǎn)與所述危險(xiǎn)螺栓(31)的最小距離小于預(yù)定距離。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的螺栓故障監(jiān)測方法，其特征在于，所述檢測元件(1)還通過檢測附加監(jiān)測點(diǎn)檢測所述被連接件的載荷或者響應(yīng)，所述附加監(jiān)測點(diǎn)與任一所述危險(xiǎn)螺栓(31)的最小距離均大于所述預(yù)定距離。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的螺栓故障監(jiān)測方法，其特征在于，所述檢測元件(1)還通過檢測附加監(jiān)測點(diǎn)檢測所述被連接件的載荷或者響應(yīng)，所述附加監(jiān)測點(diǎn)位于相鄰兩所述主監(jiān)測點(diǎn)的中間位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至12任一項(xiàng)所述的螺栓故障監(jiān)測方法，其特征在于，所述檢測元件(1)為固定連接于所述被連接件的應(yīng)變片(7)，所述應(yīng)變片(7)檢測監(jiān)測點(diǎn)的應(yīng)變， 并將得到的應(yīng)變信號傳輸至所述控制元件O)，所述預(yù)定載荷閾值為預(yù)定應(yīng)變閾值。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的螺栓故障監(jiān)測方法，其特征在于，所述應(yīng)變片(7)的數(shù)目為四個，分別沿周向均勻分布于所述危險(xiǎn)螺栓(31)的四周。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的螺栓故障監(jiān)測方法，其特征在于，所述被連接件(4)包括呈預(yù)定角度的豎段Gl)和橫段(42)，所述螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)還包括應(yīng)變片固定板(6)，所述應(yīng)變片固定板(6)的一端安裝于所述豎段(41)，其另一端安裝于所述橫段(42)，所述應(yīng)變片(7)固定于所述應(yīng)變片固定板(6)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)，包括檢測元件(1)、控制元件(2)和報(bào)警元件(5)檢測元件(1)用于檢測通過螺栓(3)連接的被連接件(4)的載荷或者響應(yīng)，并得到相應(yīng)的載荷信號或者響應(yīng)信號；控制元件(2)用于接收所述載荷信號或者所述響應(yīng)信號，并將載荷或者響應(yīng)與預(yù)定的閾值相比較，當(dāng)載荷或者響應(yīng)處于閾值范圍以外時，控制元件(2)控制報(bào)警元件(5)發(fā)出預(yù)警信號；報(bào)警元件(5)用于根據(jù)控制元件(2)發(fā)出的指令發(fā)出預(yù)警信號。通過檢測被連接件的載荷變化或者響應(yīng)變化，監(jiān)測螺栓是否出現(xiàn)故障，能夠同時監(jiān)測被連接件上的多個螺栓，實(shí)現(xiàn)了群組螺栓的故障監(jiān)測。本發(fā)明還公開了一種螺栓故障監(jiān)測方法。
文檔編號G01L1/04GK102466531SQ20101053942
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者楊晶晶, 竇蘇廣, 許仁萍, 郭健 申請人:三一電氣有限責(zé)任公司