CN103234508A - 高温管道周向变形测量引伸装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种测量高温管道的周向膨胀蠕变变形的引伸式测量装置，可以实现高温管道形变的在线监测目的。它由上下两个半圆套圈安装在管道上，两套圈一侧用螺栓锁紧固定，另一侧分别与两个平行定位板连接，通过定位板和与其相连的弹簧卡紧联动装置把套圈紧紧的夹持在管道上，定位块的另一端则连接着位移引伸传导测量装置，当管道受热膨胀后，管道的圆周变形量被引伸到室温环境中，由安装在引伸杆末端的位移传感计测量，并由与之相连的测试终端记录传递。本发明安装简单方便，易于调整与拆卸，变形量容易测量，避免了数字传感器与高温管道直接接触，延长了位移计的使用寿命。

Description

高温管道周向变形测量引伸装置

技术领域

本发明涉及一种高温管道周向变形测量引伸装置，可对高温管道变形进行在线监测，属于结构与材料变形测量技术领域。

背景技术

管道在经济生活中起到重要的气液输送作用，高温蒸汽管道在电厂和化工厂中分布广泛，例如，核工业中的蒸汽反应器等。由于传输介质参数的提高，增大了高温管道的蠕变疲劳损伤或破坏的风险。尽管经过优化设计的管道材料的高温蠕变强度满足由于管道热膨胀而引起的热应力的要求，但是在长期的高温条件下工作管道仍然会由于蠕变或者疲劳导致材料性能的退化，产生泄漏或者破裂等严重后果，因此对服役的高温主蒸汽管道的长期蠕变变形进行在线监测，对确保机组设备长期在高温高压环境下安全，可靠地运行有着重要的工程意义。当达到材料的寿命极限时，需要及时发现并更换管道，过去常常采用停车检修的方法进行管道的寿命检测，但是停车费用和它对生产造成的影响都可能造成大量的财力损失，希望能够得到蠕变变形的在线检测数据，保证在不发生管道失效的前提下及时发现问题，更换部件，达到安全生产的目的。

现行的方法有用刻度尺测量外径大小的方法，缺点在于：需停车检修；人为的测量操作易引起较大误差，各次测量数据比对不准确；检测数据采集管理不易实现自动控制，无法实现实时检测。超声波探伤法，缺点有：停车检修；对测量环境要求较高，难以实现自动操作。其他各种在线检测方法主要用在常温服役容器上，而对高温容器，因为检测原理的局限性不宜采用。已有的高温变形测量装置有：主蒸汽管道防爆破在线监测报警装置（92243585.5）仅仅实现了在管道爆破前出现异常变形的警告目的，无法实现管道日常变形的监测。另外如高温管件径向变形传感装置（200810204467.2）和双肩式高温构件变形监测传感装置（201110427535.3）可以测量管道的直径变形，但是测量材料较脆，受到冲击容易断裂，因此不适用于环境复杂的条件，引伸式高温构件变形传感装置（200910045657.9）针对管道局部变形有效，而无法顾及管道整个圆周方向的变形。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于，设计了一种能在高温下实时，稳定，连续地将管道的周向变形通过传感器传输给数据处理系统。用数据处理系统对数据进行分析，得到管道的剩余使用寿命的高温管道周向变形引伸传感装置。

当管道在使用中的蠕变程度超过了允许的最大限度值时，该周向变形引伸传感器将变形数据传送给整个分析系统，监控操作人员及时停运设备，对失效部件检修更换，以防发生危险事故。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种高温管道圆周变形传感装置，由紧固装置和变形传导测量装置组成，其特征在于，在紧固装置中：半圆形的上套圈1和下套圈2的一端分别用沉头螺钉与两个定位块3连接，定位块上开螺纹孔，用螺栓连接两个定位块；一个上定位板4，其前端固定在上套圈1的另一端上，上定位板4中部开有椭圆形通孔22，椭圆形通孔22的边缘带有一圈浅凹槽21，上定位板4的尾端伸出一个凸缘，凸缘侧面开有销孔23；下定位板5的前端固定在下套圈2的另一端延伸出的凸台19上，下定位板5中部开有圆形通孔26、尾部为一个侧面带有连杆固定凹槽29的狭长结构，下定位板5的长度和宽度大于上定位板4；一个中间板8，前端开有圆形通孔31，尾部带有连杆固定凹槽29；一根两端带螺纹的长杆6，上方带有两个六角螺母，六角螺母嵌入浅凹槽21内将长杆6锁紧在上定位板4上，长杆6从上定位板的椭圆形通孔22、下定位板的圆形通孔26和中间板的圆形通孔31中穿过，中间板8的上表面和下定位板5的下表面分别开有套筒固定槽30，长杆6伸出下定位板5到中间板8之间的部位用定位套筒7套住，定位套筒两端嵌入套筒固定槽30内，长杆伸出中间板8下方的部位套有弹簧9，通过弹簧9下方的螺母使弹簧顶紧中间板8；

在变形测量传导装置中：平行连杆11用销子连接在上定位板4尾部的销孔23上，平行连杆12上端固定于下定位板5的连杆固定凹槽29内，平行连杆11和平行连杆12分别位于下定位板5的连杆固定凹槽29的前后，平行连杆11和平行连杆12垂直于地面且相互平行，中间板8通过尾部的连杆固定凹槽29与平行连杆12固定连接；

上夹板13的前端侧面开有连杆固定凹槽29固定连接平行连杆11的下端，上夹板13的尾端是用于安装调节螺栓16的空心螺纹圆柱，两端之间用窄板相连；下夹板14的前端侧面开有连杆固定凹槽29连接平行连杆12的下端，尾端是由位移传感器安装孔37和夹紧螺纹孔38组成的夹紧结构，中间用窄板相连；调节螺栓16与位移传感计17对中，传感器探头接触调节螺栓16的中心位置；位移传感计17通过传输电线与测试终端18连接，一个外罩15罩住固定连接在下定位板5和中间板8上。

上述上套圈1和下套圈2之间留有一定间距，固定时未形成闭合的圆，与定位块3相连的一端间隙为5mm，与上下定位板相连的另一端间隙为27mm。

上述上定位板4与半圆形上套圈1的连接面加工成贴紧套圈的圆弧形状，令安装后的定位板4呈水平状态，与下定位5板平行。

为了使安装更加稳固，将上定位板4前端与长杆6接触的部位加工成阶梯型，如图3所示，增加固定螺钉。

为减轻重量，中间板8前端和尾部凹槽之间加工成阶梯型的切削减重处32.

上述装置中的平行连杆11和平行连杆12之间的平行移动，用具有两平行滑轮的滑块10保持，滑块10固定在平行连杆12上，平行连杆11插入两滑轮之间，两滑轮间的距离与上下连杆的水平间距一致。

上述技术方案中，所说的紧固装置在安装之前要求套圈内壁和管道外壁经过打磨。

上述技术方案中，所说的套圈与靠近管壁的定位板采用高温合金制作，防止套圈与管道材料一同蠕变。

上述技术方案中，平行连杆的长度大于保温层厚度，使传感器调节暴露在室温条件下，且平行连杆的竖直方向的间距使位移计探头在测量范围内伸缩。

有益效果

本发明的有点在于：

1、本发明避免了数字传感器与高温管道直接接触，改善了传感部件的工作环境，能够长期在线监测高温管道的圆周方向的蠕变变形。

2、本发明可以通过更换套管材料测量不同高温环境下的管道蠕变变形。由于是活动螺纹连接，该装置在测量不同大小的管径时，同样只需更换套圈尺寸，其余部件不变。

3、本发明安装方便，易于调整与拆卸，不影响被测构件。

4、本发明可以测量管道的圆周变形，兼顾了整个圆周方向的异常变形，监测的数据增量明显，容易比较分析。

5、蠕变位移引伸传感装置在实验室的蠕变测量中被广泛采用，因此具有充分的理论根据。为其推广到工程实际应用中奠定了良好的基础。

附图说明

图1a为本发明的正视的结构示意图

其中：1-上套圈，2-下套圈，3-定位块，4-上定位板，5-下定位板，6-长杆，7-定位套筒，8-中间板，9-弹簧，10-滑块，11-平行连杆，12-平行连杆，13-上夹板，14-下夹板，15-外罩，16-调节螺栓，17-位移传感计，18-测试终端。

图1b为本发明的左视图

其中：4-上定位板，5-下定位板，8-中间板，10-滑块，11-平行连杆，12-平行连杆，13-上夹板，14-下夹板。

图2是半圆形上、下套圈的3维立体示意图

其中：1-上套圈，2-下套圈，3-定位块，19-凸台，20-螺栓孔。

图3是上定位板的3维立体示意图

其中：21-浅凹槽，22-椭圆形通孔，23-销孔，24-上定位板固定螺钉孔。

图4是下定位板的3维立体示意图

其中：25-外罩固定螺钉孔，26-圆形通孔，27-下定位板固定螺栓孔，28-平行连杆固定螺栓孔，29-平行连杆固定凹槽，30-定位套筒固定浅凹槽。

图5是中间板的3维立体示意图

其中：25-外罩固定螺钉孔，28-平行连杆固定螺栓孔，29-平行连杆固定凹槽，30-定位套筒固定浅凹槽，31-圆形通孔，32-减重削切处。

图6是滑块的3维立体示意图

其中：33-滑轮轴，34-滑轮，35-滑块固定螺钉孔。

图7是上夹板的3维立体示意图

其中：28-平行连杆固定螺栓孔，29-平行连杆固定凹槽，36-调节螺纹孔。

图8是下夹板的3维立体示意图

其中：28-平行连杆固定螺栓孔，29-平行连杆固定凹槽，37-位移传感计安装孔，38-夹紧螺纹孔。

图9是圆周位移与测量时间的关系图

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：

周向变形测量引伸装置的材料是2.25CrMoV钢，该钢的热涨系数和蠕变变形系数远小于管道用钢，避免工作时套圈与被测管道一起发生蠕变变形，影响测量精度。如果被测管道服役参数更高，环境恶劣，可以考虑采用钛合金钢及其它性能优良的耐高温合金钢。传感装置的引伸长度大于保温层厚度，位移传感计调节不受保温层影响。

安装时，首先用沉头螺钉将定位块3固定在上套圈1和下套圈2上，套圈安放在被测管道上，用螺栓连接两定位块3并锁紧，从而固定套圈一侧，套圈另一侧用紧定螺钉把上定位板4固定在上套圈1上，下定位板5用螺栓锁紧在下套圈2的凸台19上。上定位板4开有椭圆形通孔22，这样当管道涨粗时，上定位板发生稍许翘曲，仍能够产生水平位移而不牵动长杆6，长杆6穿过上下定位板的通孔22和26，长杆上端带有两个六角螺母，并且嵌入到上定位板的浅槽21内，防止长杆转动。从长杆下方分别装上定位套筒7，中间板8，定位套筒7嵌入到下定位板5和中间板8的浅凹槽30内。后装上粗径弹簧9，在弹簧下端垫上垫片并旋上螺母，使弹簧压紧中间板8，通过长杆拉紧上下定位板4和5，使得与定位板4、5相连的上下套圈1和2箍紧在管道上，弹簧张力大小可以用调节螺母的方法实现。平行连杆11和上定位板4用梢子固定，使平行连杆11可以转动，如果管道膨胀量太大，上定位板4发生翘曲后，平行连杆11仍能与平行连杆12保持上下平行位移。平行连杆12与下定位板5之间用紧定螺钉固定，平行连杆12安装后调整安放在中间板8的连杆固定凹槽29内，用螺钉与中间板8固定。滑块10穿过两平行连杆用螺钉固定在平行连杆12上。上夹板13和下夹板14都用沉头螺钉于连杆固定凹槽29内分别紧定在平行连杆11和12上，安装时上夹板13的调节螺纹孔36和下夹板的位移传感计安装孔37的圆心对中，使位移传感计17的探头能够顶在调节螺栓16的中间。最后用螺钉把外罩15固定在下定位板5和中间板8上。

实施例

用上述圆周方向变形引伸位移传感装置对某电厂主蒸汽管道2个监测点的轴向变形进行监测。被测管道材料是10CrMo910，管道运行主要参数为：压力10MPa，温度540°C，规格为Φ273mm×28mm，保温层厚度200mm。试验中所使用的测量装置的主要结构尺寸是：套圈尺寸为Φ277mm×2mm，宽度为20mm，连杆长340mm，位移传感器探针长度为220mm。

安装周向位移引伸传感器时，首先打开蒸汽管道的保温层，把装置安装在管道上，将位移传感计的输出导线、数据采集模块和电脑连接好，调整调零片到恰当的位置，开始数据采集之前对初始变形量清零，完成测量前的准备工作。

高温蒸汽管道圆周方向变形测量周期为1年。

实施结果：

在主蒸汽管道启动升温过程中明显检测到管道受热膨胀时的圆周变形，为了考察高温管道圆周变形传感装置测量得到的精度，把装置测量到的管道升温过程的圆周变形量监测数据和有限元模拟结果进行比较，如图9所示。从附图9中可以看出，本发明的高温管道圆周方向变形引伸式传感装置的精度达到工程要求范围，分辨率达到0.001mm，分析比较结果显示本发明的引伸传感装置满足高温管道的在线监测要求。在监测过程中无任何误动作，没有发生失真现象。

Claims (9)

1.一种高温管道周向变形测量引伸装置，由紧固装置和变形传导测量装置组成，其特征在于，在紧固装置中：半圆形的上套圈（1）和下套圈（2）的一端分别用沉头螺钉与两个定位块（3）连接，定位块上开螺纹孔，用螺栓连接两个定位块；一个上定位板（4），其前端固定在上套圈（1）的另一端上，上定位板（4）中部开有椭圆形通孔（22），椭圆形通孔（22）的边缘带有一圈浅凹槽（21），上定位板（4）的尾部为一个伸出的凸缘，凸缘侧面开有销孔（23）；下定位板（5）的前端固定在下套圈（2）的另一端延伸出的凸台（19）上，下定位板（5）中部开有圆形通孔（26）、尾部为一个侧面带有连杆固定凹槽（29）的狭长结构，下定位板（5）的长度和宽度大于上定位板（4）；一个中间板（8），前端开有圆形通孔（31），尾部带有连杆固定凹槽（29）；一根两端带螺纹的长杆（6），上方带有两个六角螺母，六角螺母嵌入浅凹槽（21）内将长杆（6）锁紧在上定位板（4）上，长杆（6）从上定位板的椭圆形通孔（22）、下定位板的圆形通孔（26）和中间板的圆形通孔（31）中穿过，中间板（8）的上表面和下定位板（5）的下表面各开有一个套筒固定槽（30），长杆（6）伸出下定位板（5）到中间板（8）之间的部位用定位套筒（7）套住，定位套筒两端嵌入套筒固定槽（30）内，长杆伸出中间板（8）下方的部位套有弹簧（9），通过弹簧（9）下方的螺母使弹簧顶紧中间板（8）；

在变形测量传导装置中：平行连杆（11）用销子连接在上定位板（4）尾部的销孔（23）上，平行连杆（12）固定于下定位板（5）的连杆固定凹槽（29）内，平行连杆（11）和平行连杆（12）分别位于下定位板（5）的连杆固定凹槽（29）的前后，平行连杆（11）和平行连杆（12）垂直于地面且相互平行，中间板（8）通过尾部的连杆固定凹槽（29）与平行连杆（12）固定连接；

上夹板（13）的前端侧面开有连杆固定凹槽（29）连接平行连杆（11）的下端，上夹板（13）的尾端是用于安装调节螺栓（16）的空心螺纹圆柱，两端之间用窄板相连；下夹板（14）的前端侧面开有连杆固定凹槽（29）连接固定平行连杆（12）的下端，尾端是由位移传感器安装孔（37）和夹紧螺纹孔（38）组成的夹紧结构，中间用窄板相连，调节螺栓（16）与位移传感计（17）对中，传感器探头接触调节螺栓（16）的中心位置；位移传感计（17）通过传输电线与测试终端（18）连接，一个外罩（15）固定连接在下定位板（5）和中间板（8）上。

2.如权利要求1所述的高温管道周向变形测量引伸装置，其特征在于，所述装置的上套圈（1）和下套圈（2）之间留有一定间距，固定时未形成闭合的圆，与定位块3相连的一端间隙为5mm，与上、下定位板相连的另一端间隙为27mm。

3.如权利要求1所述的高温管道周向变形测量引伸装置，其特征在于，所述的上定位板（4）与上套圈（1）的连接面为贴紧套圈的圆弧形状。

4.如权利要求1所述的高温管道周向变形测量引伸装置，其特征在于，所述的上定位板（4）前端与长杆（6）接触的部位为阶梯型。

5.如权利要求1所述的高温管道周向变形测量引伸装置，其特征在于，所述的中间板（8）前端和尾部凹槽之间为阶梯型的切削减重处（32）。

6.如权利要求1所述的高温管道周向变形测量引伸装置，其特征在于，所述的平行连杆（11）和平行连杆（12）之间的平行移动，用具有两平行滑轮的滑块（10）保持，滑块（10）固定在平行连杆（12）上，平行连杆（11）插入两滑轮之间，两滑轮间的距离与上下连杆的水平间距一致。

7.如权利要求1所述的高温管道周向变形测量引伸装置，其特征在于，所述的装置在安装之前要求上、下套圈内壁和被测管道外壁经过打磨。

8.如权利要求1所述的高温管道周向变形测量引伸装置，其特征在于，所述的平行连杆的长度大于保温层厚度。

9.如权利要求1所述的高温管道周向变形测量引伸装置，其特征在于，所述的上、下套圈与靠近管壁的定位板的材质为高温合金。

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