CN104677252A - 快速测量应变强化容器轴向变形量的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及容器变形量的测量技术，旨在提供一种快速测量应变强化容器轴向变形量的系统及方法。该系统包括：在容器的同侧装有两块工装板，均垂直于待测容器的轴向且相互平行、等高；其中第一工装板上平行装有两个拉绳位移传感器；两条钢丝绳平行于待测容器的轴向且等高，分别装在两个拉绳位移传感器与第二工装板之间。本发明实现了应变强化容器筒体轴向变化量的快速自动化精确测量，提高了生产效率，具有精度高、效率高的特点；避免了由于人工读数需要靠近容器所带来的安全隐患；测量系统为机械结构，可重复使用，节约资源；安装、操作简便，使用成本低，且便于搬运，节省人力物力；改变钢丝绳长度或更换相应零件可实现对不同测试对象的测量。

Description

快速测量应变强化容器轴向变形量的系统及方法

技术领域

本发明涉及容器变形量的测量技术，特别涉及一种快速测量应变强化容器轴向变形量的系统及方法。

背景技术

应变强化技术具体是通过对成型后奥氏体不锈钢低温容器内容器进行超压处理，并在强化压力下保持压力一段时间，使容器充分变形来实现容器的应变强化的。

目前，筒体的轴向变形常通过使用皮尺测量标距长度或贴应变片的方法来测量，这给实际的生产带来了不便：对于前者，需要人工读数，随着筒节数目的增多以及测量间隔时间的减少，误差产生的概率以及人力成本均会增加，同时当筒体在强化过程中出现鼓胀变形时，用皮尺测得的标距长度并非真实值，存在系统测量误差，此外人工读数时需靠近承受超过设计压力的容器，存在一定的安全风险；对于后者，虽然应变片测量精度可以保证，但应变片安装精度要求非常高，安装过程费时费力，而且应变片只能测出测点处的应变，无法体现容器的整体轴向变形。当容器产生大变形时，应变片无法克服易脱落的难题，而且应变片不可重复使用，故增加了测量成本，故使用该方法测量的效率较低，不适合用于应变强化容器的实际生产。

对于目前现有的测量技术与方法，若采用人工读数的方式进行测量，则无法实现应变强化容器的轴向变形量的自动化测量，且存在极大的系统测量误差与相当的安全隐患；若采用应变片测量，则由于应变片无法重复使用，且安装调试过程极其繁琐，导致使用成本高而测量效率低，这些都限制了应变强化工艺的自动化程度的提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种全新的快速测量应变强化容器轴向变形量的系统及方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种快速测量应变强化容器轴向变形量的系统，包括用于等效和采集待测压力容器轴向长度的钢丝绳；还包括：在容器的同侧装有两块工装板，均垂直于待测容器的轴向且相互平行、等高；其中第一工装板上平行装有两个拉绳位移传感器；所述钢丝绳有两条，平行于待测容器的轴向且等高，分别装在两个拉绳位移传感器与第二工装板之间。

本发明中，所述第一工装板是开孔工装板，沿同一水平直线方向设有多个工装孔，用于固定两个拉绳位移传感器。

本发明中，所述第二工装板是开槽工装板，设有垂直于待测容器的轴向的水平的开口直槽，用于固定两条钢丝绳的端部，并实现调节钢丝绳之间的距离和钢丝绳与容器之间的距离。

本发明中，所述钢丝绳是由自紧连接头实现固定的，具体为：钢丝绳的两端均接在自紧连接头上，其中一端的自紧连接头与螺栓相连，螺栓穿过开槽工装板的开口直槽后由螺母实现紧固，螺母与开槽工装板之间设防松垫片；另一端的自紧连接头通过双头螺柱与第三个自紧连接头相连，该第三个自紧连接头接至拉绳位移传感器上的拉绳，拉绳上穿有橡胶缓冲垫。

本发明中，所述自紧连接头具有腔体、爪瓣和螺旋盖帽三个部件；其中：腔体呈管状，其中心开有轴向贯通的孔，用于穿过钢丝绳或拉绳；腔体一端设有内螺纹，用于连接螺栓或双头螺柱；腔体内螺纹端还开有垂直于腔体轴向的通孔，用于引出过长的钢丝绳或拉绳；腔体另一端设有外螺纹，腔体外螺纹端的内部还设有用于安装爪瓣的沉孔；爪瓣至少有两个，爪瓣内侧设麻花纹，用于增加与钢丝绳或拉绳之间的摩擦力；螺旋盖帽为柱锥形壳体，柱形端设内螺纹，用于与腔体外螺纹端连接并紧固爪瓣；螺旋盖帽外侧设麻花纹。

本发明中，所述与螺栓连接的螺母有两个，外侧的螺母用于实现微调。

本发明还进一步提供了快速测量应变强化容器轴向变形量的方法，包括以下步骤：

(1)在容器的同侧安装两块工装板，工装板垂直于待测容器的轴向且相互平行、等高；其中第一工装板上平行安装两个拉绳位移传感器；

(2)在两个拉绳位移传感器与第二工装板之间分别安装一条钢丝绳，并使两条钢丝绳平行于待测容器的轴向且等高；使钢丝绳达到绷紧状态后，记录内侧钢丝绳与容器距离为a，两条钢丝绳之间的距离为b；

(3)对容器进行充水或加压处理使其按测量要求进行膨胀，用位移传感器记录内侧、外侧两条钢丝绳的端部位移数据分别为Δl₁、Δl₂，计算得到待测容器轴向的变形量Δl₀为：

${\mathrm{\Δl}}_0={\mathrm{\Δl}}_1-\frac{a}{b}({\mathrm{\Δl}}_2-{\mathrm{\Δl}}_1).$

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、实现了应变强化容器筒体轴向变化量的快速自动化精确测量，提高了生产效率，减少了人力成本以及因鼓胀变形和人工读数所带来的误差，具有精度高、效率高的特点；

2、轴向变化量的测量不再需要在应变强化试验过程中进行人工读数，故避免了由于人工读数需要靠近容器所带来的安全隐患；

3、测量系统为机械结构，可重复使用，节约资源；

4、安装、操作简便，使用成本低，且便于搬运，节省人力物力；

5、通过调节自紧连接头改变钢丝绳长度来实现对不同型号容器轴向长度变化量的测量，并且本发明通过更换相应零件可实现对不同测试对象的测量。

附图说明

图1为测量系统三维示意图。

图2为测量系统开槽工装板部分三维示意图。

图3为测量系统开孔工装板部分三维示意图。

图4为自紧连接头三维示意图。

图5为自紧连接头三维剖视图。

图6为自紧连接头正视图。

图7为自紧连接头侧视图。

图8为开槽工装板三维示意图。

图9为开槽工装板正视图。

图10为开槽工装板侧视图。

图11为开孔工装板三维示意图。

图12为开孔工装板正视图。

图13为开孔工装板侧视图。

图14为位移传感器三维示意图。

图15为位移传感器正视图。

图16为位移传感器俯视图。

图中附图标记：1待测容器；2开槽工装板；3钢丝绳；4钢丝绳；5自紧连接头；6双头螺柱；7自紧连接头；8自紧连接头；9双头螺柱；10自紧连接头；11橡胶缓冲垫；12橡胶缓冲垫；13位移传感器；14位移传感器；15开孔工装板；16调节螺母；17自紧连接头；18调节螺母；19自紧连接头。

具体实施方式

快速测量应变强化容器轴向变形量的系统如图1至图3所示。具体部件的结构可参考附图4至16所示。

系统包括两条用于等效和采集待测压力容器轴向长度的钢丝绳3、4，开槽工装板2，开孔工装板15、六个自紧连接头5、7、8、10、17、19及两个拉绳位移传感器13、14。

开槽工装板2设有开口直槽，用于固定和调节平行安装的两条钢丝绳3、4的一端，当连接好的钢丝绳3、4一端用螺栓固定于槽内时，可以通过在槽内滑动来调节钢丝绳端与待测压力容器筒体1之间的距离；所述开孔工装板15设有沿同一直线方向上的工装孔，用于固定两个平行安装的两个拉绳位移传感器13、14。

自紧连接头5、7、8、10、17、19具有相同的结构：包括腔体、爪瓣和螺旋盖帽。腔体中心沿其轴向开有贯通的孔，可供钢丝绳穿过，腔体一端设有内螺纹，用于通过螺栓固定在开槽工装板2上，腔体内螺纹端还设有垂直于腔体轴向的通孔，用于引出过长的钢丝绳。腔体另一端设有外螺纹，该端内部设有沉孔，用于安装爪瓣。爪瓣内侧开有麻花纹，可以增大摩擦、防止钢丝绳滑脱。螺旋盖帽为柱锥形壳体，柱形一端设内螺纹，用于连接腔体；螺旋盖帽外设麻花纹，可以增大摩擦，便于调节，通过调节螺旋盖帽、改变爪瓣的开口大小，来实现紧锁和灵活调节钢丝绳的长度。

拉绳位移传感器13、14的侧面设有工装螺纹孔，用于与开孔工装板15固定，拉绳端的绳头用自紧连接头7、10紧锁，且自紧连接头7、10的螺旋盖帽端朝向传感器。自紧连接头的螺旋盖帽与拉绳位移传感器之间穿有橡胶缓冲垫11、12，防止由于拉绳端回收时与传感器碰撞而损坏传感器，以及导致自紧连接头变形影响紧锁效果和无法重复使用的问题。

两条钢丝绳3、4的两端用自紧连接头5、8、17、19紧锁绳头，并将过长的钢丝绳从内螺纹侧的通孔引出。钢丝绳3、4一端的自紧连接头5、8通过双头螺柱6、9与拉绳位移传感器13、14拉绳端的自紧连接头7、10连接，另一端的自紧连接头通过螺栓与开槽工装板2连接。螺栓需要先使用螺母与防松垫片固定在开槽工装板2上，通过调节螺栓在开槽工装板2的槽内滑动可以调节绳端与待测容器1之间的距离，且螺栓与固定在此端的钢丝绳3、4的自紧连接头之间设有微调螺母16、18，通过调节微调螺母16、18可以调节钢丝绳的绷紧状态。

开槽工装板2与开孔工装板15应在待测容器1的同侧并垂直于容器轴向安装，且安装高度保持一致。开槽工装板2设有开口直槽，用于固定和调节平行安装的两条钢丝绳3、4的一端与筒体的距离。

利用该系统快速测量应变强化容器轴向变形量的方法，包括以下步骤：

(1)根据所述的位置关系安装开孔工装板15、开槽工装板2以及开槽工装板上用于固定钢丝绳一端紧锁的自紧连接头的螺栓，使两块工装板平行、等高且均垂直于待测容器轴向；

(2)用自紧连接头5、8、17、19调节钢丝绳3、4的长度并锁紧，将过长的钢丝绳从自紧连接头内螺纹侧的通孔引出，使两条钢丝绳3、4的长度相等；

(3)将两个位移传感器13、14用螺栓安装在开孔工装板15上，并将拉绳端用自紧连接头7、10调节好拉绳长度后锁紧；

(4)将第一条钢丝绳3一端的自紧连接头5通过双头螺柱6与拉绳位移传感器拉绳端的自紧连接头7连接，另一端的自紧连接头17通过螺栓与开槽工装板2连接，通过调节螺栓在开槽工装板2的槽内滑动来调节绳端与待测容器1的距离，使钢丝绳所在直线方向与待测容器1轴向平行，通过调节微调螺母16，使钢丝绳达到绷紧状态，以减小测量误差；

(5)按照与安装第一条钢丝绳3相同的方法安装第二条钢丝绳4，使两条钢丝绳均平行于待测容器1轴向，记录内侧钢丝绳3与容器距离为a，两条钢丝绳3、4之间的距离为b；

(6)对待测容器1进行充水或加压处理使其按测量要求进行膨胀，用内侧和外侧两个位移传感器14、13记录内外两条钢丝绳端部位移数据Δl₁、Δl₂，得到待测容器轴向的变形量：

${\mathrm{\Δl}}_0={\mathrm{\Δl}}_1-\frac{a}{b}({\mathrm{\Δl}}_2-{\mathrm{\Δl}}_1).$

应用效果对比：

采用快速测量应变强化容器轴向变形量系统与目前现有的皮尺测量、应变片测量方式进行对比如下：

表1：不同测量方式的特点对比

由表中对比结果可知，当采用人工读数的方式进行测量时，虽然使用方便，但测量误差大，测量精度低，无法实现应变强化容器的轴向变形量的自动化测量，且存在极大的系统测量误差及安全隐患；当采用应变片进行测量时，虽然测量精度高，但是安装调试十分繁琐，测量效率低，同时由于应变片无法重复使用，导致使用成本高；而采用快速测量应变强化容器轴向变形量系统时，安装简便，自动化测量精度高、误差小、效率高，且系统可以重复使用，大大降低了使用成本。

Claims (7)

1.快速测量应变强化容器轴向变形量的系统，包括用于等效和采集待测压力容器轴向长度的钢丝绳；其特征在于，还包括：在容器的同侧装有两块工装板，均垂直于待测容器的轴向且相互平行、等高；其中第一工装板上平行装有两个拉绳位移传感器；所述钢丝绳有两条，平行于待测容器的轴向且等高，分别装在两个拉绳位移传感器与第二工装板之间。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一工装板是开孔工装板，沿同一水平直线方向设有多个工装孔，用于固定两个拉绳位移传感器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二工装板是开槽工装板，设有垂直于待测容器的轴向的水平的开口直槽，用于固定两条钢丝绳的端部，并实现调节钢丝绳之间的距离和钢丝绳与容器之间的距离。

4.根据权利要求1至3任意一项中所述的系统，其特征在于，所述钢丝绳是由自紧连接头实现固定的，具体为：钢丝绳的两端均接在自紧连接头上，其中一端的自紧连接头与螺栓相连，螺栓穿过开槽工装板的开口直槽后由螺母实现紧固，螺母与开槽工装板之间设防松垫片；另一端的自紧连接头通过双头螺柱与第三个自紧连接头相连，该第三个自紧连接头接至拉绳位移传感器上的拉绳，拉绳上穿有橡胶缓冲垫。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述自紧连接头具有腔体、爪瓣和螺旋盖帽三个部件；其中：

腔体呈管状，其中心开有轴向贯通的孔，用于穿过钢丝绳或拉绳；腔体一端设有内螺纹，用于连接螺栓或双头螺柱；腔体内螺纹端还开有垂直于腔体轴向的通孔，用于引出过长的钢丝绳或拉绳；腔体另一端设有外螺纹，腔体外螺纹端的内部还设有用于安装爪瓣的沉孔；

爪瓣至少有两个，爪瓣内侧设麻花纹，用于增加与钢丝绳或拉绳之间的摩擦力；

螺旋盖帽为柱锥形壳体，柱形端设内螺纹，用于与腔体外螺纹端连接并紧固爪瓣；螺旋盖帽外侧设麻花纹。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述与螺栓连接的螺母有两个。

7.一种快速测量应变强化容器轴向变形量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在容器的同侧安装两块工装板，工装板垂直于待测容器的轴向且相互平行、等高；其中第一工装板上平行安装两个拉绳位移传感器；

(2)在两个拉绳位移传感器与第二工装板之间分别安装一条钢丝绳，并使两条钢丝绳平行于待测容器的轴向且等高；使钢丝绳达到绷紧状态后，记录内侧钢丝绳与容器距离为a，两条钢丝绳之间的距离为b；

(3)对容器进行充水或加压处理使其按测量要求进行膨胀，用位移传感器记录内侧、外侧两条钢丝绳的端部位移数据分别为Δl₁、Δl₂，计算得到待测容器轴向的变形量Δl₀为：

$\mathrm{\Δ}{l}_0={\mathrm{\Δl}}_1-\frac{a}{b}({\mathrm{\Δl}}_2-{\mathrm{\Δl}}_1).$