CN101451813A - 高温管件径向变形传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种高温管件径向变形传感装置，由夹具5和夹具13构成夹紧装置；定位装置设置在夹具5正中部并压紧被测元件18；稳定杆15对称安装在夹具5两端与被测元件轴向垂直，并借助弹簧16压紧被测元件而构成稳定装置；测量装置中的测量探针7正对着支撑棒4安装在夹具13上，测量探针的一端借助探针弹簧17顶紧被测元件，另一端与细牙螺栓8紧密接触，带有应变计的两个弹性元件11的自由端接触细牙螺栓8，并与调零片9的水平面紧密贴合，应变计12与测试终端19相连接。本发明安装方便，使用温度可达1100℃，测试结果准确、可重复。适用于各种金属或非金属材料圆柱形管件及试件径向变形的测量。

Description

高温管件径向变形传感装置

技术领域

本发明涉及一种高温管件径向变形传感装置，属于结构与材料变形测量技术领域。

背景技术

高温高压管道广泛应用于火电厂、石化厂、核电厂等工厂，其安全可靠性是整个生产系统长周期运行的重要保障。对于在高温、高压下长期运行的部件，蠕变是引起其失效的主要因素，对管道进行蠕变测量，进而对管道进行寿命评估及安全监督，既可以避免安全运行的重大隐患，又能做到有计划地安排检修和准备备品，充分发挥现役材料的剩余寿命，明显减少非计划停车，为工厂带来显著的经济和社会效益。

以前对超期服役管道的蠕变检测主要采用定期对管道的蠕变程度进行人工测量，或者从蒸汽管道上割取一典型管段进行高温蠕变或持久强度等鉴定试验，由此推断管道的剩余寿命。这种方法具有需要人工测量记录，精度不高并且工作量大、费用高、试验周期长等明显缺点。实现对高温高压管道蠕变变形的长期在线监测的核心元件是传感器。已有的用于常规变形测量的传感装置较多，比如自夹式引伸计91220430.3、一种石英玻璃高温位移传感器200410100478.8等，但是这些装置一般仅适合短时的监测和实验室应用，用于圆柱形构件径向变形的监测时，安装比较困难。主蒸汽管道防爆破在线监测报警装置(92243585.5)和高温应变片(200520022877.7)可以满足周向变形的监测，但是这些装置受工作环境的影响较大，报警装置的围带对其材料要求很苛刻，成本太高，而直接高温应变片测量技术难以满足长期在线监测的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高温径向变形在线测量传感装置，测量元件的蠕胀情况。该传感装置安装方便，使用寿命长，测量精度高，具有很高的工程应用价值。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种高温管件径向变形传感装置，由夹紧装置及安装在夹紧装置上的定位装置、稳定装置、测量装置构成，其特征在于，所述的夹紧装置由夹具5和夹具13连接而成；有一个定位装置设置在夹具5的正中部并压紧被测元件18；所述的稳定装置由稳定杆15和弹簧16构成，两根可沿被测元件18的径向方向伸缩的稳定杆15，对称安装在夹具5两端并与被测元件18的轴向垂直，稳定杆15借助弹簧16压紧被测元件18；在所述的测量装置中，测量探针7正对着支撑棒4安装在夹具13上，测量探针7的一端借助弹簧17顶紧被测元件18，另一端伸出夹具13并与细牙螺栓8紧密接触相连，一个外壳10安装在夹具13上，两个带有应变计12的弹性元件11固定在外壳里，弹性元件11的两个自由端接触细牙螺栓8，并与套装在细牙螺栓8上的调零片9的水平面紧密贴合，两个应变计12与测试终端19相连接。

上述技术方案中，所说的定位装置可以这样构成的：定位块3通过连接螺栓1安装在夹具5上，设置在定位块3上的支撑棒4，由安装在夹具5正中间的调整螺钉2压紧在被测元件18上。

上述技术方案中，所说的夹紧装置和被测元件之间填充保温材料。

上述技术方案中，两根稳定杆15与测量探针7的总长度大于保温材料的厚度，小于被测元件直径的0.5倍。

上述技术方案中，所说的两根稳定杆15的顶端可以为光滑平面，测量探针7顶紧被测元件18的一端为锥形。

上述技术方案中，所说的两根稳定杆15套装于轴承14内安装在所述的夹具5上，轴承14采用摩擦系数小的自润滑材料，优选聚四氟乙烯。

上述技术方案中，由夹具5和夹具13通过紧固螺栓6相连接。

有益效果

本发明的优点在于：

1、本发明能够在高温环境下对管件进行在线监测，被测元件的表面温度可达1100℃，且测量精度高，具有很高的线性度和分辨率，测试结果准确、可靠、可重复；

2、本发明结构简单，安装方便稳定，避免了被测元件振动对测量结果的影响；

3、由于传感部件与被测元件之间填充保温材料，测量探针采用导热系数小的材料制作，改善了传感部件的工作环境，延长了传感装置的使用寿命，具有较高的工程应用价值。

4、本发明充分考虑了被测元件变形时测点的安装，避免长期运行的被测元件表面氧化皮影响测量效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图1中：1连接螺栓、2调整螺钉、3固定块、4支撑棒、5夹具、6紧固螺栓、7测量探针、8细牙螺栓、9调零片、10外壳、11弹性元件、12应变计、13夹具、14轴承、15稳定杆、16弹簧、17探针弹簧、18被测元件、19测试终端。

图2为稳定杆的结构原理图，其中，15—稳定杆。

图3为高温管件径向变形传感装置试验测量结果与理论计算结果比较图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述：

传感装置的夹具、连接螺栓1、调整螺钉2、固定块3、紧固螺栓6、细牙螺栓8、调零片9、外壳10均采用不锈钢材料，支撑棒4、测量探针7和稳定杆15均采用耐高温、低导热系数、低热胀系数的石英材料，弹性元件1选用不锈钢片制作，轴承14选用摩擦系数小的自润滑材料，弹簧16、探针弹簧17选择耐高温金属材料。测量探针7和稳定杆15的最小长度取决于所测试元件使用保温层的厚度，其最大长度小于被测元件直径的0.5倍。定位装置的总长度根据稳定杆的长度确定。

装配时，根据图1将定位块用连接螺栓1安装在夹具5上，调整螺钉2安装在夹具5的中间，调整螺钉2将定位块压紧在被测元件上。两根稳定杆15对称地安装在夹具5的两端，弹簧16将稳定杆15压紧在被测元件上。稳定杆15和夹具5之间安装轴承14，以便减小稳定杆15运动时与夹具5之间的摩擦力，稳定杆15伸出夹具5。测量探针7正对着调整螺钉2安装在夹具13上，借助于探针弹簧17顶紧被测元件，伸出夹具13的一端用高温胶粘贴在细牙螺栓8上。细牙螺栓8上套装调零片9。外壳安装在夹具13上，弹性元件1固定在外壳里，弹性元件1的自由端顶住调零片9。应变计12安装在弹性元件11上，两只应变计12测量时相互参考。安装传感装置时，先将调零片9旋转到靠近测量探针7处，以免损坏应变计12。调整螺钉2、稳定杆15、调零片9可沿着径向伸缩，不但方便传感装置安装在被测元件上，而且满足该传感装置对不同元件的测量。最后将夹具5和夹具13通过紧固螺栓6连接，在夹具与被测元件之间填充保温材料。

定位块由支撑棒4和用来固定支撑棒4的固定块3构成，满足传感装置的定位；稳定杆15形状见图2，顶端光滑，可相对被测元件中心线无摩擦地小位移移动；测量探针7顶端为锥形。定位块、稳定杆15和测量探针7顶端的设计充分考虑了被测元件变形测点的安装，避免长期运行的被测元件表面氧化皮影响测量。传感装置夹持在被测元件上，定位块、稳定杆15、测量探针7为传感装置构成四点接触，安装方便，夹持牢固，克服了被测元件18振动对测量的影响。

圆柱形被测元件发生蠕胀时，定位装置与被测元件的接触点不变；稳定杆15受挤压，由于夹具刚度大于弹簧16刚度，弹簧16收缩变形，稳定杆15向外移动，夹具带动稳定杆15相对于管道中心线向上移动，由于稳定杆15接触头较长，仍然能够保证与被测元件良好地接触。测量探针7向下移动，应变计12反映被测元件直径方向的变形。

实施例：

模拟某石化厂的主蒸汽管道的工艺条件，使用该高温管件径向变形传感装置进行了试验。被测主蒸汽管道主要参数为：材料是10CrMo910，压力是10Mpa，温度540℃，规格是Φ273mm×28mm，保温层厚度200mm。试验中所使用的样机主要结构尺寸是：夹具宽26mm厚10mm，测量探针7长度为250mm，稳定杆15长度为230mm；轴承14材料为聚四氟乙烯，长度为20mm，内直径10mm，外直径16mm。

根据上述参数组装好高温管件径向变形传感装置，打开管道的保温层，将其固定在管道上。将应变计测试终端19的信号输出导线、数据采集模块和电脑连接好，调整调零片到适当的位置，在数据采集系统中对初始位移清零，测量前的准备工作就绪。

高温管件径向变形传感装置在线监测为期1年。

实施结果：

本发明明显监测到了启动过程中被测的主蒸汽管管道胀粗时直径的变化，监测到了蠕变引起的直径变化；试验在线监测结果与理论计算结果比较如附图3所示，从附图3可以看出，本发明的高温管件径向变形传感装置精度达到±0.001mm，分辨率达到0.001mm，比较结果表明本发明的传感装置满足了测量主蒸汽管道在线监测的要求。并且本发明在试验过程中无任何误动作，没有发生失真现象。

Claims (7)

1、一种高温管件径向变形传感装置，由夹紧装置及安装在夹紧装置上的定位装置、稳定装置、测量装置构成，其特征在于，所述的夹紧装置由夹具(5)和夹具(13)连接而成；有一个定位装置设置在夹具(5)的正中部并压紧被测元件(18)；所述的稳定装置由稳定杆(15)和弹簧(16)构成，两根可沿被测元件(18)的径向方向伸缩的稳定杆(15)，对称安装在夹具(5)两端并与被测元件(18)的轴向垂直，稳定杆(15)借助弹簧(16)压紧被测元件(18)；在所述的测量装置中，测量探针(7)正对着支撑棒(4)安装在夹具(13)上，测量探针(7)的一端借助探针弹簧(17)顶紧被测元件(18)，另一端伸出夹具(13)并与细牙螺栓(8)紧密接触相连，一个外壳(10)安装在夹具(13)上，两个带有应变计(12)的弹性元件(11)固定在外壳里，弹性元件(11)的两个自由端接触细牙螺栓(8)，并与套装在细牙螺栓(8)上的调零片(9)的水平面紧密贴合，两个应变计(12)与测试终端(19)相连接。

2、如权利要求1所述的高温管件径向变形传感装置，其特征在于，所说的定位装置为：定位块(3)通过连接螺栓(1)安装在夹具(5)上，设置在定位块(3)上的支撑棒(4)，由安装在夹具(5)正中间的调整螺钉(2)压紧在被测元件(18)上。

3、如权利要求1所述的高温管件径向变形传感装置，其特征在于，所说的夹紧装置和被测元件(18)之间填充保温材料。

4、如权利要求3所述的高温管件径向变形传感装置，其特征在于，所述的两根稳定杆(15)与测量探针(7)的总长度大于保温材料的厚度，小于被测元件(18)直径的0.5倍。

5、如权利要求1或4所述的高温管件径向变形传感装置，其特征在于，所说的两根稳定杆(15)的顶端为光滑平面，测量探针(7)顶紧被测元件(18)的一端为锥形。

6、如权利要求1所述的高温管件径向变形传感装置，其特征在于，所说的两根稳定杆(15)套装于轴承(14)内安装在所述的夹具(5)上，轴承(14)采用摩擦系数小的自润滑材料。

7、如权利要求6所述的高温管件径向变形传感装置，其特征在于，所说的轴承(14)采用聚四氟乙烯。

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