МЕТОДЫ МОНИТОРИНГА РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ (ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ)

Автор(и)

  • Anatoly Gaydamaka доктор технічних наук, професор Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, завідувач кафедрою “Деталі машин та мехатронних систем”, м. Харків
  • Yuri Muzykin кандидат технічних наук, професор, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, професор кафедри “Деталі машин та мехатронних систем”, м. Харків
  • Vladimir Tat'kov кандидат технічних наук, провідний науковий співробітник науково-дослідної частини Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”, м. Харків
  • Dmytro Borodin кандидат технічних наук, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, доцент кафедри “Деталі машин та мехатронних систем”, м. Харків http://orcid.org/0000-0002-2105-023X

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-0775.2020.2.04

Ключові слова:

резьбовой крепёж, напряжение в болте (шпильке, винте), мониторинг затяжки и разрушения, резьбовое соединение турбинного обо-рудования электростанций

Анотація

Резьбовые соединения, включающие соединяемые детали и резьбовой крепёж (болты, винты, шпильки, гайки, шайбы), широко используются в промышленности,строительстве, быту благодаря многочисленным преимуществам, которыми они обладают по сравнению с другими видами соединений. Однако в условиях переменных нагрузок наблюдается ослабление затяжки резьбовых соединений вплоть до раскрытия их стыка и разрушения крепежа.  Признаком ослабления затяжки  резьбовых соединенийявляется уменьшение осевой силы (напряжения) в стержне болта (шпильки, винта),а признак начинающегося разрушения соединения ˗ трещины в деталях крепежа.Непрерывный контроль измеряемых параметров и сравнение ихвеличин с пороговыми значениями осуществляется мониторингомсоответственно величиннапряжений и трещин вболтах (шпильках, винтах). В настоящей статье рассмотрены основные принципы, даны сравнительные характеристики, проанализированы достоинства и недостатки наиболее известных методов мониторингарезьбовых соединений с крупным крепежом (d= 30…200 мм), а также обсуждается возможность применения некоторых из них длямониторинга резьбовыхсоединенийтурбинного оборудования электростанций

Посилання

Birger I. A., Iosilevich G. B. Rez`bovy`e i flanczevy`e so-edineniya. M. : Mashinostroenie, 1990. 368 р.

Caccese, V., Mewer, R.,Vel, S. S. Detectionofboltloadlossinhybridcomposite/metalboltedconnections. EngineeringStructures, 2004. 26(7), pp. 895–906.

Jiang, Y.; Zhang, M.; Lee, C. A study of early stage self-loosening of bolted joints. J. Mech. Des. 2003, 125, 518–526.

Perevalov S.P., Apakhov M.I. Vy`yavlenie treshhin v rez`bo-voj chasti krepezha ul`trazvukovy`m metodom. Defektoskopiya, 1986, no. 4, pp. 24 ˗ 31

Bickford, J. Introduction to the Design and Behavior of Bolted Joints. Non-Gasketed Joints. Fourth Edition. New York. 2008. 505 p.

Nerazrushayushhij kontrol`. Tom 3. Spravochnik. Pod obshh. red. V.V. Klyueva. I.N. Ermolov, Yu.V. Lange. Ul`trazvuko-voj kontrol`.2008. Izdanie: 2-e. M: Mashinostroenie, 864 p.

GOST 23829-85.Kontrol` nerazrushayushhij akusticheskij. Terminy` i opredeleniya. M.: Izdatel`stvo standartov, 1986.

Ivanov V.I., Barat V.A. Akustiko-e`missionnaya diagnosti-ka: sprav. M.: Izdatel`skij dom «Spektr», 2017. 368 p.

Ermolov I. N. Teoriya i praktika ul`trazvukovogo kontro-lya. M. : Mashinostroenie, 1981. 240 p.

Sposob ul`trazvukovogo kontrolya treshhin v detalyakh soedi-nenij po a.s. SSSR # 602849 G01N 29/04 ot 31.03.78.

Sposob kontrolya proczessa zarozhdeniya i rosta ustalo-stny`kh treshhin v rez`bovy`kh soedineniyakh izdelij sterzhnevogo tipa i ustrojstvo dlya ego osushhestvleniya po a.s. SSSR # 1379712 G01N 27/90 ot 07.03.1988.

Ushakov V. M., Davy`dov D. M., Domozhirov L. I. Issledo-vanie kinetiki rosta ustalostny`kh treshhin s primeneniem metoda ul`trazvukovy`kh re`leevskikh voln. Defektoskopiya. 2012, no. 6, pp. 3–10.

Lаmy C. A. Rebello and Charlier J. Surface Crack Siring Related to the StressStateby and Ultrasonic Time-of-flight Technique. INSIGHT. 1998. Vol. 40, no. 6, pp. 421–428.

GOSTR 52889-2007. Akusticheskij metod kontrolya usiliya zatyazhki rez`bovy`kh soedinenij. Obshhie trebovaniya. M.: Standartinform, 2009. 11 p.

Razy`graev N.P. Nekotory`e osobennosti ul`trazvukovogo kontrolya golovny`mi volnami. Defektoskopiya. 1982,. no. 6, pp. 36-42.

Ushakov V.M., Davy`dov D.M., Mikhalyov V.V. Sostoyanie i perspektivy` nerazrushayushhego kontrolya krepyozhny`kh izde-lij Flanczevy`kh soedinenij e`nergeticheskogo obo-rudovaniya. Kontrol`. Diagnostika. 2015, no. 10, pp. 61-66.

GOST R 54786–2011. Krepezhny`e izdeliya dlya raz`emny`kh soedinenij atomny`kh e`nergeticheskikh ustanovok. Tekhnicheskie usloviya. M.: Standartinform, 2011. 26 p.

GOST 23304–78. Bolty` shpil`ki, gajki i shajby` dlya flan-czevy`kh soedinenij atomny`kh e`nergeticheskikh ustanovok. Tekhnicheskie trebovaniya. Priemka. Metody` ispy`tanij. Markirovka, upakovka, transportirovanie i khranenie. M.: Gosstandart, 1978. 42 p.

RD E`O 0142–99. Metodika ul`trazvukovogo kontrolya shpi-lek flanczevy`kh raz`emov oborudovaniya AE`S (aktualiziro-vana v 2013 g.). M.: Rose`nergoatom, 2013. 37 p.

RD 39.17.415–96. Instrukcziya po provedeniyu ul`trazvuko-vogo kontrolya krepezha e`nergooborudovaniya. M.: ORGRE`S, 1997. 12 p.

Vremennaya instrukcziya po provedeniyu ul`trazvukovogo kontrolya shpilek gidroagregatov GE`S. M.: CzNIITMASh, 2010. 10 p.

Mikhalev V. V., Davy`dov D. M., Shishkin S. V. Opy`t ul`tra-zvukovogo kontrolya shpilek krepleniya kry`shek gidroagre-gatov GE`S. Defektoskopiya. 2011, no. 4, pp. 50–56.

GOST R 54786-2011. Krepezhny`e izdeliya dlya raz`emny`kh soedinenij atomny`kh e`nergeticheskikh ustanovok. Tekhniche-skie usloviya. M.: Standartinform, 2012. 32 p.

Buzlaev D. Modelirovanie boltovy`kh soedinenij v KE`-komplekse SIMULIA Abaqus. SAPR. Specz vy`pusk. Maj/2015,. pp. 2-7.

Karatushin S.I., Khramova D.A., Bokuchava P.N. Modeliro-vanie napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya boltovy`kh soedinenij v srede ANSYS. Izv.vy`ssh. uch. zav. Mashino-stroenie, 2018, no. 11, pp. 11-18.

Trubaev A. I., Stepchenko A. S., Vodka A. A. Issledovanie napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya boltovy`kh soedinenij rabochego kolesa gidroturbiny`. Vi`snik NTU «KhPI`». Tematichnij vipusk: Dinami`ka i` mi`czni`st` mashin. Kharkiv: NTU «KhPI`». 2011, no. 52, pp. 34-41.

Paoloa Z., Curtarelloa А., Maioranab Е., Pellegrino С. Numerical analyses of corroded bolted connections. Procedia Structural Integrity, 2017, vol.5, pp. 592-599.

Iosilevich G.B., G.B. Stroganov, Sharlovskij Yu.V. Zatyazhka i stoporenie rez`bovy`kh soedinenij: Spravochnik. M.: Mashinostroenie, 1985. 224 p.

Struik, J., Oyeledun, A., Fisher, J. 1973. Bolt Tension Control with a Direct Tension Indicator. Engineering Journal, American Institute of Steel Construction, vol. 10, pp. 1–5.

Pat. 2296307 Rossijskaya Federacziya, MPK G 01L5/24. Ust-rojstvo dlya kontrolya usiliya zatyazhki rez`bovogo soedine-niya / Ivanov A. I., Kiyatkin A. E., Lupsha V. A.; zayavitel` i patentoobladatel`:Federal`noe gosudarstvennoe unitar-noe predpriyatie "Rossijskij federal`ny`j yaderny`j czentr - Vserossijskij nauchno-issledovatel`skij institut e`ks-perimental`noj fiziki" - FGUP "RFYaCz-VNIIE`F" (RU). № 2005134349/28; zayavl. 07.11.2005; opubl. 27.03.2007, Byul. no. 9 –3s.

Pat. 2160436 Rossijskaya Federacziya, MPK G 01L 5/24. Ust-rojstvo dlya kontrolya usiliya zatyazhki rez`bovogo soedine-niya / Zhdanov O.N., Tolmachev S.M., E`zrokho E.E`.; zayavitel` i patentoobladatel`:Gosudarstvenny`j kosmicheskij nauchno-proizvodstvenny`j czentr im. M.V. Khrunicheva; zayavl. 24.02.1999; opubl. 20.12.2000, Byul. no. 3. 4 р.

Guan, T. 2009. Analysis of high-strength fastener sfastening. Equipment Manufacturing Technology, vol. 4, pp. 163–171.

Chaki, S., Corneloup, G., Lillamand,I., & Walaszek, H., 2006. Nondestructive control of bolt tightening: absolute and differential evaluation. Materials Evaluation, 64(6), pp. 629-633.

Chaki, S., Corneloup, G., Lillamand,I., & Walaszek, H., 2007. Combination of Longitudinal and Transverse Ultrasonic Waves for In Situ Control of the Tightening of Bolts. Journal of Pressure Vessel Technology, 129(3).

Johnson, G. C., Holt, A. C. & Cunningham, B., 1996. An ultrasonic method for determining axial stress in bolts. Journal of test and evaluation, 14(5), pp. 253-259.

Bobrenko V.M., Rudakov A.S. Issledovanie usilij v rez`-bovy`kh soedineniyakh akusticheskim tenzometrirovaniem. Defektoskopiya, 1986, no. 7, pp.11-14.

M. Suda, Y., Hasuo, A., Kanaya, Y., Ogura, T., Takishita, Y., Suzuki, Y. Development of ultrasonic axial bolting force in spection system for turbine bolts in thermal power plants. JSME International Journal, 1992, vol.35, no.2, pp. 216–219,

Bobrenko V. M., Bobrov V. T., Gul`shin A. V. Metod i tekh-nologiya tenzometrii raz`emny`kh soedinenij otvet-stvenny`kh konstrukczij v usloviyakh proizvodstva, montazha i e`kspluataczii. MEGATECH: Novy`e tekhnologii v promy`shlennoj diagnostike i bezopasnosti. 2010, no. 6, pp. 8–20.

Bobrenko V. M., Bobrov V. T., Gul`shin A. V. Analiz na-gruzhennosti raz`emny`kh soedinenij akusticheskim metodom // Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov. 2014. T. 80. no. 7,. pp. 60 – 69.

Klyuev V. V., Bobrenko V. M., Bobrov V. T. Akusticheskaya tenzometriya raz`emny`kh soedinenij. Sostoyanie i perspek-tivy` razvitiya. Ch. 2. Rezul`taty` issledovanij, sozdaniya oborudovaniya, razrabotki metodiki i primery` primeneniya akusticheskoj tenzometrii. Kontrol`. Diagnostika. 2016, no. 2, pp. 14–26.

Wang, T., Song, G., Wang, Z., Li., Y. 2013. Proof-of-concept study of monitoring bolt connection status using a piezoelectric based active sensing method. Smart Materials and Structures, 22(8).

Milanese, A. et al., 2008. Modeling and Detection of Joint Loosen-ing using Output-Only Broad-Band Vibration Data. Structural Health Monitoring. 7(4), pp. 309-328.

He, K., Zhu, W. 2014. Detecting Loosening of Bolted Connections in a Pipeline Using Changes in Natural Frequencies. Journal of Vibration and Acoustic, 136(3).

C. Liang, F. Sun, C. Rogers. Coupledelectro-mechanical analysis of adap-tive material systems ˗ determination of the actuator power consumption and system energy transfer. Journal of Intelligent Material Systems and Struc-tures, vol.5, no. 1, pp.12–20, 1994.

Bhalla, C. S. S. 2004. Structural Health Monitoring by Piezoimpedance Transducers. I: Modelling. Journal of Aerospace Engineering, 14(4), pp. 154–165.

Wait, J., Park, G., Farrar, C. 2005. Integrated structural health assessment using piezoelectric active sensors, Shock and Vibration, vol.12, no. 6, pp. 389–405.

An, Y., Sohn, H., 2012. Integrated impedance and guided wave based damage detection. Mechanical Systems and signal processing, V. 28, pp. 50-62.

Mascarenas, D., Farinholt, K., Todd, M., Farrar, C. A low-power wireless sensing device for remote inspection of bolted joints. Journal of Aerospace Engineering, Part G of the Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 2009. 223(5): p. 565˗575.

Hong, D., Nguyen, K., Lee, I., Kim, J. 2012. Temperature-compensated damage monitoring by using wireless acceleration-impedance sensor nodes in steel girder connection. International.Journal.of.Distributed.Sensor.Networks,.vol. 2012, 12 p.

Wang, F.,Но,М., Huo, L.,Song, G. 2018.Novel Fractal Contact-EMI Model for Quantitative Monitoring of Bolted Joint Looseness. IEEE, V. 6: p. 40212˗40220.

Ivanov, A.S., S.V. Murkin, N.I. Smirnov, M.M. Ermolaev Vliyanie plasticheskikh deformaczij mikrone-rovnostej na oslablenie zatyazhki rez`bovy`kh soedinenij pogruzhenny`kh czentrobezhny`kh nasosov. TvGTU. Mezhvuz. sb. nauchn. trudov, 2014, no. 8, pp. 27-31.

Marusina, M., Fedorov, A., Prokhorovich, V., Berkutov, I., Bychenok, V., Tkacheva, N., Mayorov, A. Development of Acoustic Methods of Control of the Stress-Strain State of Threaded Connections. Measurement Techniques, Vol. 61, No. 3, June 2018, pp. 297˗302.

Zhang, M., Shen, Y., Li, X., Qu, W. Application of subharmonic resonance for the detection of bolted joint looseness. Nonlinear Dynamics, October 2017.

Pat. 2456562 Rossijskaya Federacziya, MPK G 01L 5/24. Sposob kontrolya urovnya zatyazhki stal`nogo bolta ili shpil`ki / Zagidulin R. V., Zagidulin T. R.; zayavitel` i pa-tentoobladatel`: Zagidulin R. V., Zagidulin T. R; zayavl. 22.02.2011; opubl. 20.07.2012, Byul. no. 20. 7 p.

Li, H., Zhou, G., Ren, L., Li, D. 2009. Strain transfer coefficient analyses for embedded fiber bragg grating sensor sin different host materials. Journal of Engineering Mechanics, vol. 135, no. 12, pp.1343–1353.

Khomenko, А., Koricho, Е., Haq, М., Cloud, G. Bolt tension monitoring with reusable fiber Bragg-grating sensors. Journal of Strain Analysis, 2016, vol. 51(2), рp. 101–108.

Pat. 2616732 Rossijskaya Federacziya, MPK G 01L 5/24. Sposob kontrolya urovnya zatyazhki bolta ili shpil`ki / Bur-naevskaya E. V., Grishanov V. N., Kuzneczov V. A.; zayavitel` i patentoobladatel`: federal`noe gosudarstvennoe avtonomnoe obrazovatel`noe uchrezhdenie vy`sshego obrazovaniya "Samarskij gosudarstvenny`j ae`rokosmicheskij universitet imeni akademika S.P. Koroleva" (naczional`ny`j issledovatel`skij universitet)" (SGAU); zayavl. 05.11.2015; opubl. 18.04.2017. Byul. no. 11. 5 p.

Pat. 2401424 Rossijskaya Federacziya, MPK G 01L 5/24. Sposob kontrolya usiliya zatyazhki rez`bovy`kh soedinenij / Maksak V. I., Czkhaj E`. B.; zayavitel` i patentoobladatel`: Gosudarstvennoe obrazovatel`noe uchrezhdenie vy`sshego professional`nogo obrazovaniya "Tomskij gosudarstven-ny`j arkhitekturno-stroitel`ny`j universitet" (GOUV-PO"TGASU"); zayavl. 01.09.2009; opubl. 10.10.2010. Byul. no. 28. 9 p.

Horvath, P., Toth, Р. 2018. Nondestructive Bolt Preload Measurement. Athens Journal of Technology and Engineering. Vol. 5, no. 2, рp. 91–110.

60. Kong, X., Li, J.Image Registration-Based Bolt Loosening Detection of Steel Joints. J. Sensors, March 2018, 18.

Park, J., Kim, T., Kim, J.Image-based Bolt-loosening Detection Technique of Bolt Joint in Steel Bridges.6th International Conference on Advances in Experimental Structural Engineering 11th International Workshop on Advanced Smart Materials and Smart Structures Technology. August 1-2, 2015.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-06