高溫管件徑向變形傳感裝置的製作方法

2023-09-23 15:23:35 4

專利名稱：高溫管件徑向變形傳感裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高溫管件徑向變形傳感裝置，屬於結構與材料變形測量技術領域。
背景技術：
高溫高壓管道廣泛應用於火電廠、石化廠、核電廠等工廠，其安全可靠性是整個生 產系統長周期運行的重要保障。對於在高溫、高壓下長期運行的部件，蠕變是引起其失 效的主要因素，對管道進行蠕變測量，進而對管道進行壽命評估及安全監督，既可以避 免安全運行的重大隱患，又能做到有計劃地安排檢修和準備備品，充分發揮現役材料的 剩餘壽命，明顯減少非計劃停車，為工廠帶來顯著的經濟和社會效益。
以前對超期服役管道的蠕變檢測主要採用定期對管道的蠕變程度進行人工測量，或 者從蒸汽管道上割取一典型管段進行高溫蠕變或持久強度等鑑定試驗，由此推斷管道的 剩餘壽命。這種方法具有需要人工測量記錄，精度不高並且工作量大、費用高、試驗周 期長等明顯缺點。實現對高溫高壓管道蠕變變形的長期在線監測的核心元件是傳感器。 已有的用於常規變形測量的傳感裝置較多，比如自夾式引伸計91220430. 3、 一種石英玻 璃高溫位移傳感器200410100478.8等，但是這些裝置一般僅適合短時的監測和實驗室 應用，用於圓柱形構件徑向變形的監測時，安裝比較困難。主蒸汽管道防爆破在線監測 報警裝置(92243585.5)和高溫應變片(200520022877.7)可以滿足周向變形的監測， 但是這些裝置受工作環境的影響較大，報警裝置的圍帶對其材料要求很苛刻，成本太高， 而直接高溫應變片測量技術難以滿足長期在線監測的要求。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種高溫徑向變形在線測量傳感裝置，測量元件 的蠕脹情況。該傳感裝置安裝方便，使用壽命長，測量精度高，具有很高的工程應用價 值。
本發明是通過下述技術方案實現的
一種高溫管件徑向變形傳感裝置，由夾緊裝置及安裝在夾緊裝置上的定位裝置、穩 定裝置、測量裝置構成，其特徵在於，所述的夾緊裝置由夾具5和夾具13連接而成； 有一個定位裝置設置在夾具5的正中部並壓緊被測元件18;所述的穩定裝置由穩定杆
15和彈簧16構成，兩根可沿被測元件18的徑向方向伸縮的穩定杆15，對稱安裝在夾件18的軸向垂直，穩定杆15藉助彈簧16壓緊被測元件18;在所 述的測量裝置中，測量探針7正對著支撐棒4安裝在夾具13上，測量探針7的一端借 助彈簧17頂緊被測元件18，另一端伸出夾具13並與細牙螺栓8緊密接觸相連， 一個外 殼10安裝在夾具13上，兩個帶有應變計12的彈性元件11固定在外殼裡，彈性元件11 的兩個自由端接觸細牙螺栓8，並與套裝在細牙螺栓8上的調零片9的水平面緊密貼合， 兩個應變計12與測試終端19相連接。
上述技術方案中，所說的定位裝置可以這樣構成的定位塊3通過連接螺栓1安裝 在夾具5上，設置在定位塊3上的支撐棒4，由安裝在夾具5正中間的調整螺釘2壓緊 在被測元件18上。
上述技術方案中，所說的夾緊裝置和被測元件之間填充保溫材料。
上述技術方案中，兩根穩定杆15與測量探針7的總長度大於保溫材料的厚度，小 於被測元件直徑的0.5倍。
上述技術方案中，所說的兩根穩定杆15的頂端可以為光滑平面，測量探針7頂緊 被測元件18的一端為錐形。
上述技術方案中，所說的兩根穩定杆15套裝於軸承14內安裝在所述的夾具5上，
軸承14採用摩擦係數小的自潤滑材料，優選聚四氟乙烯。
上述技術方案中，由夾具5和夾具13通過緊固螺栓6相連接。
有益效果
本發明的優點在於
1、 本發明能夠在高溫環境下對管件進行在線監測，被測元件的表面溫度可達iioo 。C，且測量精度高，具有很高的線性度和解析度，測試結果準確、可靠、可重複；
2、 本發明結構簡單，安裝方便穩定，避免了被測元件振動對測量結果的影響；
3、 由於傳感部件與被測元件之間填充保溫材料，測量探針採用導熱係數小的材料 製作，改善了傳感部件的工作環境，延長了傳感裝置的使用壽命，具有較高的工程應用 價值。
4、 本發明充分考慮了被測元件變形時測點的安裝，避免長期運行的被測元件表面 氧化皮影響測量效果。


圖l為本發明的結構示意圖。
圖l中l連接螺栓、2調整螺釘、3固定塊、4支撐棒、5夾具、6緊固螺栓、7測量探 針、8細牙螺栓、9調零片、IO外殼、ll彈性元件、12應變計、13夾具、14軸承、15
4穩定杆、16彈簧、17探針彈簧、18被測元件、19測試終端。 圖2為穩定杆的結構原理圖，其中，15 —穩定杆。
圖3為高溫管件徑向變形傳感裝置試驗測量結果與理論計算結果比較圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步闡述-
傳感裝置的夾具、連接螺栓l、調整螺釘2、固定塊3、緊固螺栓6、細牙螺栓8、 調零片9、外殼IO均採用不鏽鋼材料，支撐棒4、測量探針7和穩定杆15均採用耐高 溫、低導熱係數、低熱脹係數的石英材料，彈性元件ll選用不鏽鋼片製作，軸承14選 用摩擦係數小的自潤滑材料，彈簧16、探針彈簧17選擇耐高溫金屬材料。測量探針7 和穩定杆15的最小長度取決於所測試元件使用保溫層的厚度，其最大長度小於被測元 件直徑的0. 5倍。定位裝置的總長度根據穩定杆的長度確定。
裝配時，根據圖1將定位塊用連接螺栓1安裝在夾具5上，調整螺釘2安裝在夾具 5的中間，調整螺釘2將定位塊壓緊在被測元件上。兩根穩定杆15對稱地安裝在夾具5 的兩端，彈簧16將穩定杆15壓緊在被測元件上。穩定杆15和夾具5之間安裝軸承14， 以便減小穩定杆15運動時與夾具5之間的摩擦力，穩定杆15伸出夾具5。測量探針7 正對著調整螺釘2安裝在夾具13上，藉助於探針彈簧17頂緊被測元件，伸出夾具13 的一端用高溫膠粘貼在細牙螺栓8上。細牙螺栓8上套裝調零片9。外殼安裝在夾具13 上，彈性元件ll固定在外殼裡，彈性元件ll的自由端頂住調零片9。應變計12安裝在 彈性元件ll上，兩隻應變計12測量時相互參考。安裝傳感裝置時，先將調零片9旋轉 到靠近測量探針7處，以免損壞應變計12。調整螺釘2、穩定杆15、調零片9可沿著徑 向伸縮，不但方便傳感裝置安裝在被測元件上，而且滿足該傳感裝置對不同元件的測量。 最後將夾具5和夾具13通過緊固螺栓6連接，在夾具與被測元件之間填充保溫材料。
定位塊由支撐棒4和用來固定支撐棒4的固定塊3構成，滿足傳感裝置的定位；穩 定杆15形狀見圖2，頂端光滑，可相對被測元件中心線無摩擦地小位移移動；測量探針 7頂端為錐形。定位塊、穩定杆15和測量探針7頂端的設計充分考慮了被測元件變形測 點的安裝，避免長期運行的被測元件表面氧化皮影響測量。傳感裝置夾持在被測元件上， 定位塊、穩定杆15、測量探針7為傳感裝置構成四點接觸，安裝方便，夾持牢固，克服 了被測元件18振動對測量的影響。
圓柱形被測元件發生蠕脹時，定位裝置與被測元件的接觸點不變；穩定杆15受擠 壓，由於夾具剛度大於彈簧16剛度，彈簧16收縮變形，穩定杆15向外移動，夾具帶動穩定杆15相對於管道中心線向上移動，由於穩定杆15接觸頭較長，仍然能夠保證與 被測元件良好地接觸。測量探針7向下移動，應變計12反映被測元件直徑方向的變形。
實施例
模擬某石化廠的主蒸汽管道的工藝條件，使用該高溫管件徑向變形傳感裝置進行了
試驗。被測主蒸汽管道主要參數為材料是10CrMo910，壓力是10Mpa，溫度540 °C， 規格是0 273mmX28mm，保溫層厚度200mm。試驗中所使用的樣機主要結構尺寸是 夾具寬26mm厚10mm，測量探針7長度為250 mm，穩定杆15長度為230 mm;軸承 14材料為聚四氟乙烯，長度為20mm，內直徑10mm，外直徑16mm。
根據上述參數組裝好高溫管件徑向變形傳感裝置，打開管道的保溫層，將其固定在 管道上。將應變計測試終端19的信號輸出導線、數據採集模塊和電腦連接好，調整調 零片到適當的位置，在數據採集系統中對初始位移清零，測量前的準備工作就緒。
高溫管件徑向變形傳感裝置在線監測為期1年。
實施結果
本發明明顯監測到了啟動過程中被測的主蒸汽管管道脹粗時直徑的變化，監測到了 蠕變引起的直徑變化；試驗在線監測結果與理論計算結果比較如附圖3所示，從附圖3 可以看出，本發明的高溫管件徑向變形傳感裝置精度達到±0.001 mm，解析度達到 0.001 mm，比較結果表明本發明的傳感裝置滿足了測量主蒸汽管道在線監測的要求。並 且本發明在試驗過程中無任何誤動作，沒有發生失真現象。
權利要求
1、一種高溫管件徑向變形傳感裝置，由夾緊裝置及安裝在夾緊裝置上的定位裝置、穩定裝置、測量裝置構成，其特徵在於，所述的夾緊裝置由夾具(5)和夾具(13)連接而成；有一個定位裝置設置在夾具(5)的正中部並壓緊被測元件(18)；所述的穩定裝置由穩定杆(15)和彈簧(16)構成，兩根可沿被測元件(18)的徑向方向伸縮的穩定杆(15)，對稱安裝在夾具(5)兩端並與被測元件(18)的軸向垂直，穩定杆(15)藉助彈簧(16)壓緊被測元件(18)；在所述的測量裝置中，測量探針(7)正對著支撐棒(4)安裝在夾具(13)上，測量探針(7)的一端藉助探針彈簧(17)頂緊被測元件(18)，另一端伸出夾具(13)並與細牙螺栓(8)緊密接觸相連，一個外殼(10)安裝在夾具(13)上，兩個帶有應變計(12)的彈性元件(11)固定在外殼裡，彈性元件(11)的兩個自由端接觸細牙螺栓(8)，並與套裝在細牙螺栓(8)上的調零片(9)的水平面緊密貼合，兩個應變計(12)與測試終端(19)相連接。
2、 如權利要求1所述的高溫管件徑向變形傳感裝置，其特徵在於，所說的 定位裝置為定位塊(3)通過連接螺栓(1)安裝在夾具(5)上，設置在定位 塊(3)上的支撐棒(4)，由安裝在夾具(5)正中間的調整螺釘(2)壓緊在被 測元件(18)上。
3、 如權利要求1所述的高溫管件徑向變形傳感裝置，其特徵在於，所說的 夾緊裝置和被測元件(18)之間填充保溫材料。
4、 如權利要求3所述的高溫管件徑向變形傳感裝置，其特徵在於，所述的 兩根穩定杆(15)與測量探針(7)的總長度大於保溫材料的厚度，小於被測元 件(18)直徑的0.5倍。
5、 如權利要求1或4所述的高溫管件徑向變形傳感裝置，其特徵在於，所 說的兩根穩定杆(15)的頂端為光滑平面，測量探針(7)頂緊被測元件(18) 的一端為錐形。
6、 如權利要求1所述的高溫管件徑向變形傳感裝置，其特徵在於，所說的 兩根穩定杆(15)套裝於軸承(14)內安裝在所述的夾具(5)上，軸承(14) 採用摩擦係數小的自潤滑材料。
7、 如權利要求6所述的高溫管件徑向變形傳感裝置，其特徵在於，所說的 軸承(14)釆用聚四氟乙烯。
全文摘要
本發明為一種高溫管件徑向變形傳感裝置，由夾具5和夾具13構成夾緊裝置；定位裝置設置在夾具5正中部並壓緊被測元件18；穩定杆15對稱安裝在夾具5兩端與被測元件軸向垂直，並藉助彈簧16壓緊被測元件而構成穩定裝置；測量裝置中的測量探針7正對著支撐棒4安裝在夾具13上，測量探針的一端藉助探針彈簧17頂緊被測元件，另一端與細牙螺栓8緊密接觸，帶有應變計的兩個彈性元件11的自由端接觸細牙螺栓8，並與調零片9的水平面緊密貼合，應變計12與測試終端19相連接。本發明安裝方便，使用溫度可達1100℃，測試結果準確、可重複。適用於各種金屬或非金屬材料圓柱形管件及試件徑向變形的測量。
文檔編號G01B5/30GK101451813SQ20081020446
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月12日 優先權日2008年12月12日
發明者塗善東, 王衛澤, 王正東, 賈九紅, 軒福貞 申請人:華東理工大學