CN105181267B - 用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置，包括左管道、右管道、左法兰、右法兰、螺栓、垫片、储气罐、真空泵、加热机构和质谱检漏仪，左管道和右管道的非连接端均封闭并在内部形成密封腔，垫片的径向外侧左管道和右管道之间设有圆筒，圆筒、左法兰、右法兰和垫片围成封闭的测漏腔，储气罐和真空泵分别通过管道与密封腔连通，加热机构设在密封腔内部，质谱检漏仪通过管道与测漏腔连通。该装置结构简单、操作方便，既能检测螺栓法兰连接系统是否存在泄漏现象，又能精确计算出不同压力和温度条件下的泄漏率，对于提高螺栓法兰连接系统的紧密性研究具有参考意义。

Description

用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置

技术领域

本发明涉及一种用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置。

背景技术

螺栓法兰连接是压力容器和管道设备中常见的连接方式，螺栓法兰连接是指通过螺栓将两个法兰压紧并通过垫片使两个法兰密封。螺栓法兰连接广泛的应用于石油、化工、航天航空等各行各业中，由于螺栓法兰连接系统长期工作在高温高压的工作环境下，所以螺栓法兰容易产生螺栓伸长、法兰翘曲、垫片变形等问题，而这些问题都会使螺栓法兰连接系统在一定程度上产生泄漏，若系统产生泄漏则很有可能造成经济损失和安全事故。

为了提高螺栓法兰连接系统的紧密性，需要得到螺栓法兰连接系统在高温下的泄漏率数据，因此需要设计专门的装置测试高温下螺栓法兰连接系统的泄漏率。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置，该装置结构简单、操作方便，既能检测螺栓法兰连接系统是否存在泄漏现象，又能精确地计算出螺栓法兰连接系统的泄漏率。

本发明所采用的技术方案是：

一种用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置，包括相互连接的左管道和右管道、将左管道和右管道连接的左法兰和右法兰、压紧左法兰和右法兰的螺栓以及用于密封的垫片；所述左管道和右管道的非连接端均封闭并在内部形成密封腔，所述垫片的径向外侧左管道和右管道之间设有圆筒，圆筒、左法兰、右法兰和垫片围成封闭的测漏腔，所述的测漏装置还包括用于测量密封腔内部温度和压力的传感器、储气罐、真空泵、加热机构和质谱检漏仪，所述储气罐和真空泵分别通过管道与密封腔连通，所述加热机构设在密封腔内部，所述质谱检漏仪通过管道与测漏腔连通。

作为本发明的进一步改进，所述螺栓上连接有用于测量螺栓伸长量的第一直线位移传感器，所述垫片上连接有用于测量垫片压缩量的第二直线位移传感器，所述左法兰和右法兰配合的连接有用于测量法兰转角的角位移传感器。

作为本发明的进一步改进，所述的第一直线位移传感器和第二直线位移传感器均为LVDT，所述角位移传感器为RVDT。

作为本发明的进一步改进，所述的测漏装置还包括用于测量测漏腔内部温度和压力的传感器。

作为本发明的进一步改进，所述质谱检漏仪与测漏腔连通的管路上设有换热器。

作为本发明的进一步改进，所述换热器为套管式换热器，所述套管式换热器由水箱提供冷却源。

作为本发明的进一步改进，所述储气罐内的气体为氦气，所述质谱检漏仪为氦质谱检漏仪。

作为本发明的进一步改进，所述加热机构为加热电阻，加热电阻密封的穿过左管道或右管道并与温度控制箱电连接。

本发明的有益效果是：

1.工作时，先由真空泵对密封腔抽真空，然后储气罐向密封腔内输送气体，加热机构加热密封腔内的气体，实时监测密封腔内气体的温度和压力值，当达到待测温度时，保持待测温度并保压足够的时间，当氦气从密封腔泄露出来进入测漏腔时，质谱检漏仪不仅可以迅速的察觉泄漏，还可以吸入泄漏的氦气进而确定泄漏量，从而确定泄露率；该装置结构简单、操作方便，既能检测螺栓法兰连接系统是否存在泄漏现象，又能精确计算出不同压力和温度条件下的泄漏率，对于提高螺栓法兰连接系统的紧密性研究具有参考意义。

2.通过传感器监测不同压力和温度条件下螺栓的伸长量、垫片压缩量和法兰的转角，可以求得螺栓的预紧力和垫片的应力等数据，为螺栓、垫片和法兰优化和改进提供了数据支持。

3.由于质谱检漏仪不能承受高温，因此质谱检漏仪与测漏腔连通的管路上设置换热器可以起到换热降温的作用，保证了质谱检漏仪的正常工作。

4.采用氦气作为储气罐内的气体，加热至高温不会产生危险，安全可靠而且便于检测。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中第一直线位移传感器、第二直线位移传感器和角位移传感器的安装示意图。

图3是本发明中圆筒与左法兰和右法兰通过填料密封的连接示意图。

图中：1-阀门；2-储气罐；3-盲板；4-左管道；5-密封腔；6-加热电阻；7-左法兰；8-垫片；9-测漏腔；10-圆筒；11-螺栓；12-氦质谱检漏仪；13-套管式换热器；14-水箱；15-用于测量测漏腔内部温度和压力的传感器；16-第一直线位移传感器；17-手动开关；18-右法兰；19-右管道；20-真空泵；21-泄压阀；22-右支架；23-第二直线位移传感器；24-角位移传感器；25-用于测量密封腔内部温度和压力的传感器；26-左支架；27-温度控制箱；28-温度传感器；29-吸嘴；30-填料；A-数据采集系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置，包括相互连接的左管道4和右管道19、将左管道4和右管道19连接的左法兰7和右法兰18（左法兰7和右法兰18分别通过左支架26和右支架22水平支撑，右管道19底部还设有泄压阀21）、压紧左法兰7和右法兰18的螺栓11、用于密封的垫片8、（带有温度传感器28的）储气罐2、真空泵20、加热机构和氦质谱检漏仪12；所述左管道4和右管道19的非连接端均与盲板3焊接封闭并在内部形成密封腔5，所述储气罐2和真空泵20分别通过管道与密封腔5连通，储气罐2和真空泵20与密封腔5连通的管道上均设有阀门1，所述加热机构设在密封腔5内部（在本实施例中，所述加热机构为加热电阻6，加热电阻6密封的穿过左管道4并与温度控制箱27电连接），所述垫片8的径向外侧左管道4和右管道19之间设有圆筒10（左管道4和右管道19的相对位置上均设有环形凹槽，圆筒10的两端配合的设在凹槽中并通过填料30密封，密封属于动密封，应用较为普遍），圆筒10、左法兰7、右法兰18和垫片8围成封闭的测漏腔9，所述氦质谱检漏仪12通过管道与测漏腔9连通，氦质谱检漏仪12与测漏腔9连通的管道位于测漏腔9内部的一端设有吸嘴29；所述的螺栓法兰上还设有用于测量密封腔内部温度和压力的传感器25。

采用氦气作为测漏气体，加热至高温不会产生危险，安全可靠而且便于检测。

工作时，先由真空泵20对密封腔5抽真空，然后储气罐2向密封腔5内输送氦气，加热机构加热密封腔5内的氦气，实时监测密封腔5内氦气的温度和压力值，当达到待测温度时，保持待测温度并保压足够的时间，当氦气从密封腔5泄露出来进入测漏腔9时，氦质谱检漏仪12不仅可以迅速的察觉泄漏，还可以吸入泄漏的氦气进而确定泄漏量，从而确定泄露率（氦质谱检漏仪12的最小可检漏率为）；该装置结构简单、操作方便，既能检测螺栓法兰连接系统是否存在泄漏现象，又能精确计算出不同压力和温度条件下的泄漏率，对于提高螺栓法兰连接系统的紧密性研究具有参考意义。

如图2所示，在本实施例中，所述螺栓11上连接有用于测量螺栓11伸长量的第一直线位移传感器16，所述垫片8上连接有用于测量垫片8压缩量的第二直线位移传感器23，所述左法兰7和右法兰18配合的连接有用于测量法兰转角的角位移传感器24。由于LVDT和RVDT可以测量微小的变形，而且分辨率高，所以在本实施例中，第一直线位移传感器16和第二直线位移传感器23均采用LVDT，角位移传感器24采用RVDT。通过第一直线位移传感器16（LVDT）可以测得在相应温度和压力下螺栓11的伸长量，然后通过公式计算可以获得螺栓11的应变量和预紧力，通过第二直线位移传感器23（LVDT）可以测得在相应温度和压力下垫片8的压缩量，然后通过公式计算出垫片8的压紧应力和残余压紧应力，最后通过相应的公式（压缩回弹曲线表达式）可以求得垫片8在该温度下的应力，RVDT记录了在相应温度和压力下法兰的转角，LVDT和RVDT为螺栓11、垫片8和法兰优化和改进提供了数据支持。

如图1和图2所示，在本实施例中，所述的测漏装置还包括用于测量测漏腔内部温度和压力的传感器15，通过实时检测测漏腔9内部的温度值和压力值，为氦质谱检漏仪12的检漏工作提供数据参考。

如图1所示，在本实施例中，所述氦质谱检漏仪12与测漏腔9连通的管路上设有套管式换热器13，所述套管式换热器13由水箱14提供冷却源。由于氦质谱检漏仪12不能承受高温，在氦质谱检漏仪12与测漏腔9连通的管路上设置套管式换热器13可以起到换热降温的作用，保证了氦质谱检漏仪12的正常工作。

如图1所示，本发明还设有数据采集系统A，上述所有的传感器（用于测量密封腔内部温度和压力的传感器25、用于测量测漏腔内部温度和压力的传感器15、储气罐2上的温度传感器28、第一直线位移传感器16、第二直线位移传感器23、角位移传感器24）均与数据采集系统A连接。

本发明的工作流程是：

1.关闭储气罐2与密封腔5连通的管道上的阀门1和右管道19上的泄压阀21、打开真空泵20与密封腔5连通的管道上的阀门1，真空泵20对密封腔5进行抽真空处理，防止里面的空气对测漏造成影响。

2.抽真空完成后，关闭真空泵20与密封腔5连通的管道上的阀门1和右管道19上的泄压阀21、打开储气罐2与密封腔5连通的管道上的阀门1，储气罐2将氦气输送到密封腔5中，加热电阻6在温度控制箱27的控制下对密封腔5内部的氦气加热，将氦气提升到待测温度，同时，用于测量密封腔内部温度和压力的传感器25实时监测密封腔5内部的温度和压力。

3.保持待测的高温工况并保压足够的时间，待保温保压一定的时间后，关闭与LVDT和RVDT连接的手动开关17，读取相应时间内数据采集系统A中螺栓11的伸长量、垫片8的压缩量和法兰的转角。

4.当氦气从密封腔5泄露出来进入测漏腔9时，氦质谱检漏仪12可以迅速的察觉泄漏，并通过吸嘴29将泄漏的氦气吸进其中进而确定泄漏量，氦质谱检漏仪12灵敏度高，能准确地测量气体微小的泄露率，同时用于测量测漏腔内部温度和压力的传感器15实时监测测漏腔9内部的温度和压力，当温度和压力值不变时，即氦质谱检漏仪12已吸入所有泄漏的氦气，并记录相应的时间里氦质谱检漏仪12吸入泄漏的氦气量。

5.待试验结束后关闭储气罐2与密封腔5连通的管道上的阀门1、打开右管道19上的泄压阀21。

6.重复上述实验，记录并对比不同温度和压力情况下泄漏率和螺栓法兰各组件变形的数据。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置，包括相互连接的左管道和右管道、将左管道和右管道连接的左法兰和右法兰、压紧左法兰和右法兰的螺栓以及用于密封的垫片，其特征在于：所述左管道和右管道的非连接端均封闭并在内部形成密封腔，所述垫片的径向外侧左管道和右管道之间设有圆筒，圆筒、左法兰、右法兰和垫片围成封闭的测漏腔，所述的测漏装置还包括用于测量密封腔内部温度和压力的传感器、储气罐、真空泵、加热机构和质谱检漏仪，所述储气罐和真空泵分别通过管道与密封腔连通，所述加热机构设在密封腔内部，所述质谱检漏仪通过管道与测漏腔连通。

2.如权利要求1所述的用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置，其特征在于：所述螺栓上连接有用于测量螺栓伸长量的第一直线位移传感器，所述垫片上连接有用于测量垫片压缩量的第二直线位移传感器，所述左法兰和右法兰配合的连接有用于测量法兰转角的角位移传感器。

3.如权利要求2所述的用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置，其特征在于：所述的第一直线位移传感器和第二直线位移传感器均为LVDT，所述角位移传感器为RVDT。

4.如权利要求1所述的用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置，其特征在于：所述的测漏装置还包括用于测量测漏腔内部温度和压力的传感器。

5.如权利要求1所述的用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置，其特征在于：所述质谱检漏仪与测漏腔连通的管路上设有换热器。

6.如权利要求5所述的用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置，其特征在于：所述换热器为套管式换热器，所述套管式换热器由水箱提供冷却源。

7.如权利要求1所述的用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置，其特征在于：所述储气罐内的气体为氦气，所述质谱检漏仪为氦质谱检漏仪。

8.如权利要求1所述的用于测试螺栓法兰连接系统泄漏率的装置，其特征在于：所述加热机构为加热电阻，加热电阻密封的穿过左管道或右管道并与温度控制箱电连接。