应用背景
萨某水电站2号机组因超负荷运行，导致水轮机顶盖的锚定螺栓被拉断。断裂后，机组转动部件及顶盖在巨大水压下向上抛出，破坏厂房结构，引发水淹厂房的连锁灾害，造成75人死亡、13人受伤，多台机组完全损毁。
山西某风电场43#塔筒从中、下段法兰连接处折断倒塌，主机随同塔筒上段和中段朝着主导风向北偏西60度方向，法兰盘脖颈距端部12mm处撕裂近三分之二（连接螺栓83孔），三分之一螺栓断裂（42个），中塔筒下法兰约三分之一撕裂随中塔筒倒下。
预紧力（或轴力）是螺栓连接设计和使用的唯一指标，超过 80%的螺栓失效是由于初始紧固螺栓预紧力不足导致。
主因1：疲劳断裂
螺栓由于扭矩法考虑不足造成预紧力不足，在交变应力下使螺栓产生疲劳裂纹，最终扩展发生了断裂。断裂位置多位于螺栓与螺母螺纹接触的第一齿应力较集中处。叶片螺栓居多。
主因2：螺栓受剪后疲劳断裂
预紧力不足导致被连接件连接件在运行中产生滑移和错位，碰磨和剪切螺栓，螺杆表面损伤形成裂纹源引起疲劳断裂。叶片螺栓居多。
主因3：过载断裂
主要源于装配时预紧力过小或失效，从而导致一部分螺栓承受过大载荷，当载荷大于螺栓的抗拉强度时，螺栓发生断裂。常见于塔筒螺栓。
产品价值
直接测量螺栓受力情况及预紧力衰减的变化情况：通过超声纵波测量螺栓按当前设计工艺安装完成后，不同分布螺栓安装后的受力（预紧力）情况，和一段时间内螺栓受力（预紧力衰减）的变化情况。
验证、确定紧固工艺：通过超声纵波测量试验能够可靠、完整的得出安装之后的螺栓轴力及轴力的损失量。保装配质量，并对关键部位螺栓实现周期性的轴力测量。
有助于提高机械连接的安全性和可靠性，避免因螺栓松动或断裂导致的设备故障或安全事故。
技术原理
螺栓预紧力在线监测系统是根据声弹性理论，通过测量超声波在螺栓等紧固件中传输时间的变化，计算出螺栓应力、轴力、伸长量等数值。结合数字、可视化报表组合的形式展示各个监测设备的最新监测数据，给出报警信息。
解决方案
系统组成-总体架构
超声波螺栓检测原理
螺栓在自由状态下，螺栓内部不存在预紧力，而螺栓在紧固状态下，由于预紧力的作用，螺栓将发生形变，因此此时螺栓的变形量为ΔL，螺栓监测系统依据ΔL与预紧力F之间的数学关系，计算得到预紧力F，该数学关系如下：
其中，F为螺栓的预紧力；E为螺栓材质的弹性模量；S为螺栓截面积；ΔL 为螺栓的变形量；L为螺栓副的装夹长度。
螺栓监测系统发射和接收超声波脉冲电信号、测量并计算发射和回波电信号之间时间差。螺栓在自由状态下，发射和接收电信号之间的时间差为T0，螺栓在紧固状态下，螺栓发射和接收电信号之间的时间差为T1，由此依据电信号收发时间差与螺栓的变形量的关系，得到螺栓的变形量：
公式中v为机械纵波在螺栓内的传播速度。图1为超声波螺栓轴力测量示意图，图2 超声波螺栓轴力测试原理框图。
方案优势
通过超声波换能器能直接测量螺栓所承受的轴向应力，测量误差小，该方法具有更高的测量精度。螺栓的应力函数一旦建立就可以实时地在线监测螺栓的应力状态。可以检测在役螺栓，判断螺栓的松紧状态。
应用场景
顶盖螺栓探头安装
机组拐臂螺栓
案例展示
升船机翻版闸关键螺栓预紧力监测
机组拐臂螺栓预紧力监测
