利用全桥测量法采集螺栓预紧力数据

崔健

摘 要：介绍了加氢反应器头盖主螺栓紧固及应变测量方法，对利用全桥法采集螺栓预紧力数值和测量方法作了介绍。

关键词：加氢反应器；液压拉伸器；螺栓；全桥应变测量法；应变

根据压力容器验收技术条件，加氢反应器在水压试验前头盖法兰需要通过螺栓联接预紧并保证受力均匀，最终预紧力符合要求吨位，确保头盖法兰密封性[1]。文章主要阐述应用全桥法通过多次循序、逐级采集应变数据，科学、直观的调整预紧力施加，保证头盖法兰密封成功。

1 螺栓紧固方法

加氢反应器属于高温高压设备，工作时头盖法兰、八角密封垫片和螺栓会产生热变形，因此通过施加符合工艺要求的螺栓预紧力来保证密封性[2]。目前加氢反应器螺栓紧固主要手段为液压螺栓拉伸器。

2 螺栓预紧力测量方法及原理

2.1 螺栓预紧力测量方法

测量设备选用直角电阻应变片、预调平衡箱和YJ-25型静态电阻应变仪。粘贴在螺栓上的应变片受到外力作用时其输出电压也产生变化，通过静态电阻应变仪放大及A/D转换后，在静态电阻应变仪屏幕显示相应应变值[3]。

2.2 螺栓预紧力测量原理

直流放大器采集应变数值容易产生零点漂移，在实际应用中多采用交流放大器对信号放大处理[4]。

选用全桥等臂测量电路进行应变测量时，测量电桥中R1、R2、R3、R4均为工作应变片，且四个桥臂电阻值均相等，即R1=R2=R3=R4，如图1。

3 螺栓预紧力测试过程及分析

液压拉伸器紧固螺栓时根据设定预紧力分四级油压逐渐递增，第一级为预紧力的40%，第二级为预紧力的60%，第三级为预紧力的80%，第四级为预紧力的100%。紧固螺栓要按照“对称排序，十字交叉、循序分级”的原则，紧固完毕后利用卡尺检查法兰面是否平行，保证各螺栓受力均匀。

紧固过程中由于液压拉伸器与螺栓数量不等，在紧固某组螺栓时将影响相邻螺栓载荷，产生弹性交叉干扰。通过对螺栓编号，采用对角方式加载拉伸力，能够得到均匀、准确的螺栓预紧力。

把合法兰给定参数如下：八角垫密封；M90×3双头螺栓；数量：16个；工艺要求螺栓预紧力：96-106吨/个，螺栓紧固顺序依次为 1-3-2-4-1，如图2所示，加载方式见表1。

在实际紧固螺栓过程中，第1组螺栓按最大限定吨位加载并调匀。第3组螺栓按工艺要求吨位的1.4倍加载；第2组螺栓按工艺要求吨位的1.3倍加载；第4组螺栓按工艺要求吨位的1.2倍加载。紧固一圈后，从各组螺栓的剩余吨位表中可以看到第1、3组的螺栓噸位不够；第2组的螺栓吨位接近要求的工艺值。重新按紧固顺序把合，校验各螺栓应变值直到取值均匀并满足工艺要求。

4 结束语

多年的工程实践证明通过全桥应变法测量高强度螺栓的工作应变进而推算应力是行之有效的，可以保证头盖法兰密封效果，得到科学、有效的预紧力数值。

参考文献

[1]叶红，颜廷武，刘元胜.法兰连接中的螺栓预紧力[J].有色矿冶，2005（3）.

[2]李建江.装配过程中螺栓预紧力的控制[J].工程机械，2010（7）.

[3]天津大学材料力学教研室电测组.电阻应变仪测试技术[M].北京：科学出版社，1980.

[4]张如一.应变电测与传感器[M].北京：清华大学出版社，1999.