CN101476858B - 引伸式高温构件变形传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种引伸式高温构件变形传感装置，所述装置的结构为：稳定杆安装在与被测元件轴向平行支架上的稳定杆插孔内，测量探针安装在与被测元件轴向垂直支架上的探针插孔里，两固定块上的探针插孔对准探针槽中间，测量探针通过针槽插入探针插孔中，支撑架内两固定块的长方体之间安装带有应变计的弹性元件，测试终端与应变计连接；由两根耐高温绳、四根弹簧和四个褡裢构成拉紧机构，拉紧机构将被测元件与支撑架相捆绑。本发明能够在高温环境下对各种金属、非金属构件变形进行在线监测，且测量精度高，具有很高的线性度和分辨率。

Description

引伸式高温构件变形传感装置

技术领域

本发明公开了一种引伸式高温构件变形传感装置，属于结构与材料变形测量技术领域。该传感装置可对高温金属与非金属元件变形进行在线监测。

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，用于圆柱形构件周向变形的监测时，安装比较困难。高温应变片(200520022877.7)可以满足上述监测，但是高温应变片受工作环境的影响较大，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构件变形在线监测传感装置，测量高温构件的变形情况。该传感装置重量轻，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：

一种引伸式高温构件变形传感装置，其特征在于，所述的传感装置包括一对稳定杆1、一对测量探针20、支撑架3、测试机构和拉紧机构；所述的支撑架3由与被测元件轴向垂直的第一支架8和与被测元件轴向平行的第二支架9呈十字形相交而成，第一支架8上表面开两个椭圆形探针槽10，第一支架8两个相对的侧面设有处于同一水平面的固定孔11，第二支架9上表面端部开有两个稳定杆插孔15，一对稳定杆1安装在稳定杆插孔15中；所述的测试机构包括外壳23，测试终端21，一个带有应变计12的弹性元件13，和一对固定块a2a和b2b，固定块a2a和b2b分别包括两个带有探针插孔4的块体5，块体5的一端有一个圆柱形支撑杆6，固定块a2a具有一个从块体(5)另一端的上部延伸出的、厚度小于块体5的长方体凸部a7a，固定块b2b具有一个从块体5另一端的下部延伸出的、厚度小于块体5的长方体凸部b7b；固定块a2a和b2b安装在支撑架3内，两根支撑杆6通过轴承14装在固定孔11上，固定块a2a和b2b的探针插孔4对准探针槽10中间，测试探针20通过探针槽10插入探针插孔4中，凸部a7a与凸部b7b之间安装弹性元件13，测试终端21与应变计12连接；所述的拉紧机构将被测元件22与支撑架3相捆绑。

上述拉紧机构由两根耐高温绳16、四根弹簧17和四个褡裢18构成，耐高温绳16两端接有弹簧17，弹簧17一端连接耐高温绳16另一端连接褡裢18，拉紧机构通过褡裢18连接在第一支架8两端的凸缘19上。

上述传感装置中，稳定杆1插入稳定杆插孔15的深度与测试探针20插入探针插孔4的深度相等，为测试探针20直径的0.4～1.1倍。

上述传感装置中的支撑架3，还可以由与被测元件轴向平行的第一支架8和与被测元件轴向垂直的第二支架9呈十字形相交而成。

上述传感装置中的支撑架3，还可以由一根平行于被测元件轴向的第一支架8和垂直于被测元件轴向的第一支架8呈十字形相交而成，平行于被测元件轴向的支架上的两探针槽10的间距L1和垂直于被测元件轴向的支架上的两探针槽10的间距L2不相等，其差值大于凸部a7a或者凸部b7b的宽度，并且垂直于被测元件轴向的支架上的两个固定孔和平行于被测元件轴向的支架上的两个固定孔不在同一水平面上；有两对固定块a2a和固定块b2b两两相对安装在支撑架3内，探针插孔4对准探针槽10中间，用一对测试探针20替代一对稳定杆1，两对探针20均通过探针槽10插入探针插孔4中，两对凸部a7a或者凸部b7b之间安装有弹性元件13，两个测试终端21与相应的应变计12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各种金属、非金属构件变形进行在线监测，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、本发明重量轻，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、由于可在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是引伸式高温构件变形传感装置示意图；

其中：1稳定杆，2a固定块a，2b固定块b，3支撑架，12应变计，13弹性元件，14轴承，

16耐高温绳，17弹簧，18褡裢，20测试探针，21测试终端，22被测元件，23外壳。

图2是引伸式高温构件变形传感装置支撑架3的立体示意图；

其中：8第一支架，9第二支架，10探针凹槽，11固定孔，15稳定杆插孔，19凸缘。

图3是引伸式高温构件变形传感装置固定块a2a的立体示意图；

其中：5块体，6支撑杆，7a凸部a，4探针插孔。

图4是引伸式高温构件变形传感装置测试机构的A-A向剖视图；

其中：3支撑架，4探针插孔，5块体，6支撑杆，7a凸部a、7b凸部b，12应变计，13弹性元件，14轴承，20测试探针，23外壳。

图5是引伸式高温构件变形传感装置(二)示意图；

其中：1稳定杆，2a固定块a，2b固定块b，3支撑架，12应变计，13弹性元件，14轴承，

16耐高温绳，17弹簧，18褡裢，20测试探针，21测试终端，22被测元件，23外壳

图6是引伸式高温构件双向变形传感装置示意图；

其中：2a固定块a，2b固定块b，3支撑架，12应变计，13弹性元件，14轴承，16耐高温绳，17弹簧，18褡裢，20测试探针，21测试终端，22被测元件，23外壳。

图7是引伸式高温构件双向变形传感装置支撑架3的结构示意图；

其中：8第一支架，9第二支架，10探针槽，11固定孔，19凸缘，L1与轴向垂直支架上的两探针槽10的间距，L2与轴向平行支架上的两探针槽10的间距。

图8是引伸式高温构件变形传感装置试验测量结果与理论计算结果比较图。

其中：1是轴向变形理论数据，2是纵向变形理论数据，3是轴向变形试验数据，4是纵向变形试验数据。

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说明：

传感装置的褡裢18、支撑架3、固定块a2a和b2b、外壳23采用不锈钢材料，测量探针20和稳定杆1采用耐高温、低导热系数、低热胀系数的石英材料，弹簧16选用耐高温金属材料，轴承14选用摩擦系数小的自润滑材料，弹性元件13选用不锈钢片制作，耐高温绳16选用很轻的柔性陶瓷纤维绳为芯，陶瓷珠为保护套。当传感部件与被测元件之间填充保温材料时，两根稳定杆1与测试探针20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。

安装时，首先将稳定杆1安装在与被测元件22轴向平行的第二支架9上的稳定杆插孔15内，测试探针20安装在与被测元件22轴向垂直的第一支架8上的探针插孔4里，探针插孔4在固定块a2a、固定块b2b的块体5上，固定块a2a和固定块b2b的探针插孔4对准探针槽10中间，测试探针20通过探针槽10插入探针插孔4中，固定块a2a和b2b安装在支撑架3内，两根支撑杆6借助轴承14装在固定孔11里，固定块a2a的长方体凸部a7a和固定块b2b的长方体凸部b7b上下相对，凸部a7a与凸部b7b之间安装弹性元件13，测试终端21与应变计12连接，外壳23安装在支撑架3上，保护应变计12和弹性元件13；由两根耐高温绳16、四根弹簧17和四个褡裢18构成拉紧机构，拉紧机构将被测元件22与支撑架3相捆绑。

当上述的传感装置中的支撑架3由与被测元件22轴向垂直的第一支架8和与被测元件22轴向平行的第二支架9呈十字形相交组成时，所述的传感装置满足被测元件径向变形的测量，如图1所示；

当上述的传感装置中的支撑架3由与被测元件22轴向平行的第一支架8和与被测元件22轴向垂直的第二支架9呈十字形相交而成时，所述的传感装置满足被测元件轴向变形的测量，如图5所示；

当上述的传感装置中的支撑架3由两根分别与被测元件22轴向平行和垂直的第一支架8呈十字形相交而成时，与被测元件22轴向平行支架上的两探针槽10的间距L1和与被测元件22轴向垂直支架上的两探针槽10的间距L2不相等，其差值大于凸部a7a或者凸部b7b的宽度，且与被测元件22轴向垂直支架上的两个固定孔11和与被测元件轴向平行支架上的两个固定孔11不在同一水平面上；有两对固定块a2a和b2b两两相对安装在支撑架3内，探针插孔4对准探针槽10中间，用一对测试探针20替代一对稳定杆1，两对探针20均通过探针槽10插入探针插孔4中，两对凸部a7a与凸部b7b之间安装有弹性元件13，两个测试终端21与相应的应变计12连接。此时，所述的传感装置满足被测元件轴向变形的测量；如图6所示。

所述的测试探针20与固定块a2a和固定块b2b的装配、稳定杆1与支撑架3的装配可以采用热套、高温胶粘或者机械夹紧的方式；

所述的耐高温绳16两端接有弹簧17，弹簧17一端连接耐高温绳16另一端连接褡裢18，从而构成拉紧机构；弹簧16既方便拉紧装置的安装，又可在被测试件蠕变变化时及时补偿耐高温绳16的长度；

所述的褡裢18上有几个不同的档，满足传感装置对不同尺寸被测元件22的测量。

所述的传感装置的工作原理是，当被测元件22发生蠕胀时，测试探针20之间的距离增大，固定块a2a和固定块b2b相对支撑架3向外运动，拉动弹性元件13变形，应变计12反映两根测试探针20之间的变化；被测元件22发生收缩时，测试探针20之间的距离变小，固定块a2a和固定块b2b相对支撑架3向内运动，拉动弹性元件13变形，应变计12反映两根测试探针20之间的变化。

实施例：

模拟某电厂主蒸汽管道的工艺条件，使用上述的3台引伸式高温构件变形传感装置样机对一弯管的径向变形、轴向变形和径向变形与轴向变形两方向进行了试验。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3台样机的稳定杆和测量探针的长度为220mm。

安装时首先打开管道的保温层，将其固定在管道上。将应变计测试终端的信号输出导线、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。

引伸式高温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道胀粗时径向和切向蠕变变形。在试验的一年时间内，三台样机测量到了相同的两组径向蠕变变形数据和相同的两组轴向蠕变变形数据，径向和轴向变形试验在线监测结果与理论计算结果比较如附图8所示，从附图8可以看出，本发明的该引伸式高温构件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 (4)

1.一种引伸式高温构件变形传感装置，其特征在于，所述的传感装置包括一对稳定杆(1)、一对测量探针(20)、支撑架(3)、测试机构和拉紧机构；所述的支撑架(3)由与被测元件轴向垂直的第一支架(8)和与被测元件轴向平行的第二支架(9)呈十字形相交而成，第一支架(8)上表面开两个椭圆形探针槽(10)，第一支架(8)两个相对的侧面设有处于同一水平面的固定孔(11)，第二支架(9)上表面端部开有两个稳定杆插孔(15)，一对稳定杆(1)安装在稳定杆插孔(15)中；所述的测试机构包括外壳(23)，测试终端(21)，一个带有应变计(12)的弹性元件(13)，和一对固定块a(2a)和固定块b(2b)，固定块a(2a)和固定块b(2b)分别包括两个带有探针插孔(4)的块体(5)，块体(5)的一端有一个圆柱形支撑杆(6)，固定块a(2a)具有一个从块体(5)另一端的上部延伸出的、厚度小于块体(5)的长方体凸部a(7a)，固定块b(2b)具有一个从块体(5)另一端的下部延伸出的、厚度小于块体(5)的长方体凸部b(7b)；固定块a(2a)和固定块b(2b)安装在支撑架(3)内，两根支撑杆(6)通过轴承(14)装在固定孔(11)上，固定块a(2a)和固定块b(2b)的探针插孔(4)对准探针槽(10)中间，测试探针(20)通过探针槽(10)插入探针插孔(4)中，凸部a(7a)与凸部b(7b)之间安装弹性元件(13)，测试终端(21)与应变计(12)连接；所述的拉紧机构将被测元件(22)与支撑架(3)相捆绑。

2.如权利要求1所述的引伸式高温构件变形传感装置，其特征在于，所述的拉紧机构的两根耐高温绳(16)的两端接有弹簧(17)，弹簧(17)通过褡裢(18)连接在第一支架(8)两端的凸缘(19)上。

3.如权利要求1所述的引伸式高温构件变形传感装置，其特征在于，稳定杆(1)插入稳定杆插孔(15)的深度与测试探针(20)插入探针插孔(4)的深度相等，为测试探针(20)直径的0.4～1.1倍。

4.如权利要求1或2或3所述的引伸式高温构件变形传感装置，其特征在于，由一根平行于被测元件(22)轴向的第一支架(8)和垂直于被测元件轴向的第一支架(8)呈十字形相交而成，平行于被测元件(22)轴向的支架上的两探针槽(10)的间距L1和垂直于被测元件(22)轴向的支架上的两探针槽(10)的间距L2不相等，其差值大于凸部a(7a)或者凸部b(7b)的宽度，并且垂直于被测元件(22)轴向的支架上的两个固定孔(11)和平行于被测元件(22)轴向的支架上的两个固定孔(11)不在同一水平面上；两对固定块a(2a)和固定块b(2b)两两相对安装在支撑架(3)内，探针插孔(4)对准探针槽(10)中间，用一对测试探针(20)替代一对稳定杆(1)，两对测试探针(20)均通过探针槽(10)插入探针插孔(4)中，两对凸部a(7a)与凸部b(7b)之间安装有弹性元件(13)，两个测试终端(21)与相应的应变计(12)连接。

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