CN108020583A - 一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及法兰技术领域，具体涉及一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰，包括在所述法兰的端面或外圆设有环形槽，所述环形槽的内表面设有非导电的涂层，所述环形槽内设有垂直于环形槽底端且按照有限元网格划分方法进行分布的等高的网格形实体墙，在网格形实体墙的上端胶接有防水型PCB线路板并将环形槽封闭，且在所述环形槽底端、防水型PCB线路板的下端与网格形实体墙之间形成若干个独立的密闭空间，所述密闭空间内灌注有导电流体，所述防水型PCB线路板上分别设有连通每个独立的密闭空间并与所述导电流体接触的金属导线，所述金属导线通过防水型PCB线路板引出至环形槽的外部。本发明可以实现法兰裂纹的位置和数量的在线监测。

Description

一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰
技术领域
本发明涉及法兰技术领域，具体涉及一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰。
背景技术
法兰在化工和水利行业的流体管道连接、风力发电行业的风电塔筒的筒体连接以及压力容器的容器之间的连接等众多的工业技术领域应用广泛，也常用于机械领域中轴与轴之间的连接，它是重要的受力件。为了获得较好的强度，法兰通常采用金属材料制造，例如碳钢、不锈钢等。
法兰作为两个相邻零件的连接端，往往需要承受较大的载荷，这些载荷包括拉力、压力、扭力、剪切力、振动力等。在非正常的载荷作用下，法兰有可能出现裂纹而造成设备故障；而在正常的使用工况下，法兰也有可能因长期使用而产生疲劳裂纹，从而使得法兰连接失效而造成设备事故。
在一些非常重要的应用场合，法兰出现裂纹不但直接造成设备故障，而且有可能造成重大的安全事故，例如化工行业中管道内有毒气体或液体的泄漏、核电用冷却循环泵因法兰裂纹故障导致核电设备停运等。因此对于需要高可靠应用的场合，建立法兰裂纹的监测机制显得十分必要。一个比较理想的法兰裂纹监测系统，应该能够对法兰裂纹的位置、法兰裂纹的大小和数量进行实时的监测，以便能够根据监测到的数据，对法兰是否能继续使用或者需要维修或更换进行较为准确的评估。
发明内容
为了解决上述问题，实现设备在运转过程中对法兰的裂纹的位置、数量等情况进行较为精确的监测，本发明提出一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰，包括在所述法兰的端面或外圆设有环形槽，所述环形槽的内表面设有非导电的涂层，所述环形槽内设有垂直于环形槽底端且按照有限元网格划分方法进行分布的等高的网格形实体墙，所述网格形实体墙为非导电的网格形实体墙，所述网格形实体墙与环形槽的底端无间隙连接，所述网格形实体墙的高度小于环形槽的槽深，在网格形实体墙的上端胶接有防水型PCB线路板并将环形槽封闭，且在所述环形槽底端、防水型PCB线路板的下端与网格形实体墙之间形成若干个独立的密闭空间，所述密闭空间内灌注有导电流体，所述防水型PCB线路板上分别设有连通每个独立的密闭空间并与所述导电流体接触的金属导线，所述金属导线通过防水型PCB线路板引出至环形槽的外部。
上述技术方案中，导电流体被封闭在由环形槽底端、防水型PCB线路板的下端与网格形实体墙之间形成的若干个独立的密闭空间内，环形槽内表面有非导电的涂层，网格形实体墙为非导电的网格形实体墙，所以当法兰处于正常情况，防水型PCB线路板上与导电流体接触的金属导线与金属法兰的本体之间保持绝缘状态。当法兰端面在位于某个密闭空间的位置出现裂纹时，该密闭空间内的非导电的涂层同步遭到破坏，跟随法兰一起出现裂纹，该密闭空间内的导电流体穿过非导电的涂层与金属法兰本体相接触，金属导线与法兰的本体之间电性连通。因此，只要将金属导线以及金属法兰的本体作为两个端子接入到监测系统中，通过检测两个端子的电阻情况，即可实时判断出法兰是否出现了裂纹，并且可以判断出裂纹位于哪个密闭空间位置。如果裂纹较长，就可能出现相邻几个密闭空间的金属导线与金属法兰本体同时导通的情况，因此据此也能判断出裂纹的长度。
为了增加密封性能，本发明的一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰还包括环形密封胶体层，所述环形密封胶体层盖设于所述防水型PCB线路板上面。
作为优选方案之一，所述导电流体为抗冻液态导电胶。
作为优选方案之二，所述导电流体为含有导电离子的水溶液，且所述水溶液中添加有抗冻剂。
作为优选方案之三，所述导电流体为水银。
本技术方案中，所述非导电的涂层为硅钢片绝缘漆涂层。
但是，在需要对于法兰裂纹高度敏感的场合，优选地，所述非导电的涂层为陶瓷涂层。
采用陶瓷涂层可以使得法兰出现微裂纹时得到监测。而硅钢片绝缘漆涂层则适用于允许忽略一些不致命的微裂纹而仅需要监测较大致命裂纹的场合。
优选的，所述环形密封胶体层材料为弹性密封胶。
作为进一步的改进，还可以在环形密封胶体层上面设置一层保护盖。
本发明中的网格形实体墙可以采用有一定延伸性的橡胶、工程塑料等材料制成，通过压制或注塑做成预制件。预制好的网格形实体墙通过胶接方式安装到设有非导电的涂层的环形槽中。
为了使得密封更可靠，在所述环形密封胶体层与防水型PCB线路板之间还设置有绝缘胶体层，所述防水型PCB线路板上的金属导线穿过所述绝缘胶体层并连通每个独立的密闭空间，且与所述导电流体接触。
需要说明的是，本发明的法兰上的环形槽也可开设在法兰外圆上，这时，网格形实体墙可以整体上做成带开口的环形圈形状以方便安装。另外防水性PCB线路板采用柔性的，同样做成带开口的环形圈形状以方便安装。
本发明的有益效果是：
第二，本发明的一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰，采用了有限元网格划分方法，在设有非导电的涂层的环形槽内设置网格形实体墙，将环形槽分割成多个独立的密闭空间，密闭空间内设有导电流体，通过检测密闭空间内的导电流体与金属法兰本体之间是否导通来监测法兰是否有裂纹，以实现法兰裂纹的在线监测，使得设备及时得到维护，从而避免重大安全事故的发生；而且，由于采用了有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测，可以实现对法兰裂纹的位置、法兰裂纹的大小和数量进行实时的精细化的监测，从而可以根据监测情况来优化设备的更新维护周期，避免设备的盲目过早更新造成设备维护成本的提高，或者设备延误维修导致重大设备故障或安全事故的发生。
第二，本发明的一种可用于法兰端面裂纹监测的法兰，在出现贯穿性的裂纹时，抗冻液态导电胶可及时将裂纹处胶接住，避免抗冻液态导电胶的过多流失，从而提高监测的可靠性。
第三，本发明的一种可用于法兰端面裂纹监测的法兰，环形槽内采用陶瓷涂层，对于裂纹具有高度的敏感性，其监测的灵敏度高，有利于在法兰失效前得到早期的监测和预警，避免重大设备故障或安全事故的发生。
附图说明
图1是本发明的一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰的结构示意图；
图2是图1的局部放大图；
图3是图1的俯视图(图中为去除了环形密封胶体层以及防水型PCB线路板后的俯视图)；
图4是环形槽开设在法兰外圆上时法兰的局部结构示意图；
图5是环形槽开设在法兰外圆上时法兰的外形结构示意图(图中为去除了环形密封胶体层以及防水型PCB线路板后的外形结构示意图)。
图中：1、法兰，2、环形槽，3、非导电的涂层，4、网格形实体墙，5、防水型PCB线路板，7、导电流体，8、金属导线，9、环形密封胶体层，10、金属导线的外部，11、有限元网格，12、网格形实体墙。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至5所示为本发明的一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰的实施例，包括在所述法兰1的端面或外圆设有环形槽2，所述环形槽2的内表面设有非导电的涂层3，所述环形槽2内设有垂直于环形槽底端且按照有限元网格11划分方法进行分布的等高的网格形实体墙4，所述网格形实体墙4为非导电的网格形实体墙，所述网格形实体墙与环形槽的底端无间隙连接，所述网格形实体墙的高度小于环形槽的槽深，在网格形实体墙4的上端胶接有防水型PCB线路板5并将环形槽2封闭，且在所述环形槽2底端、防水型PCB线路板5的下端与网格形实体墙4之间形成若干个独立的密闭空间，所述密闭空间内灌注有导电流体7，所述防水型PCB线路板5上分别设有连通每个独立的密闭空间并与所述导电流体7接触的金属导线8，所述金属导线8通过防水型PCB线路板5引出至环形槽的外部10。
本实施例的一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰还包括环形密封胶体层9，所述环形密封胶体层9盖设于所述防水型PCB线路板5上面。
本实施例的导电流体7材料的优选方案之一是，所述导电流体为抗冻液态导电胶。
本实施例的导电流体7材料的优选方案之二是，所述导电流体为含有导电离子的水溶液，且所述水溶液中添加有抗冻剂。
本实施例的导电流体7材料的优选方案之三是，所述导电流体为水银。
本实施例的非导电的涂层3的优选方案之一是：所述非导电的涂层为硅钢片绝缘漆涂层。
本实施例的非导电的涂层3的优选方案之二是：所述非导电的涂层为陶瓷涂层。
本实施例中，所述环形密封胶体层9材料为弹性密封胶。
作为本实施例的进一步的改进，还可以在环形密封胶体层9上面设置一层保护盖(图中未画出)。
为了使得密封更可靠，本实施例在所述环形密封胶体层9与防水型PCB线路板5之间还设置有绝缘胶体层(图中未画出)，所述防水型PCB线路板5上的金属导线穿过所述绝缘胶体层并连通每个独立的密闭空间，且与所述导电流体7接触。
本发明中的网格形实体墙12可以采用有一定延伸性的橡胶、工程塑料等材料制成，通过压制或注塑做成的预制件。预制好的网格形实体墙通过胶接方式安装到设有非导电的涂层的环形槽中。
如图1至3所示本实施例的法兰上环形槽2的位置开设在法兰端面上。
如图4至5所示本实施例的法兰上环形槽2的位置开设在法兰外圆上，这时，网格形实体墙4整体上做成带开口的环形圈形状以方便安装。另外防水性PCB线路板5采用柔性的，同样做成带开口的环形圈形状以方便安装。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰，其特征在于在所述法兰的端面或外圆设有环形槽，所述环形槽的内表面设有非导电的涂层，所述环形槽内设有垂直于环形槽底端且按照有限元网格划分方法进行分布的等高的网格形实体墙，所述网格形实体墙为非导电的网格形实体墙，所述网格形实体墙与环形槽的底端无间隙连接，所述网格形实体墙的高度小于环形槽的槽深，在网格形实体墙的上端胶接有防水型PCB线路板并将环形槽封闭，且在所述环形槽底端、防水型PCB线路板的下端与网格形实体墙之间形成若干个独立的密闭空间，所述密闭空间内灌注有导电流体，所述防水型PCB线路板上分别设有连通每个独立的密闭空间并与所述导电流体接触的金属导线，所述金属导线通过防水型PCB线路板引出至环形槽的外部。
2.根据权利要求1所述的一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰，其特征是：还包括环形密封胶体层，所述环形密封胶体层盖设于所述防水型PCB线路板上面。
3.根据权利要求1所述的一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰，其特征是：所述导电流体为抗冻液态导电胶。
4.根据权利要求1所述的一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰，其特征是：所述导电流体为含有导电离子的水溶液，且所述水溶液中添加有抗冻剂。
5.根据权利要求1所述的一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰，其特征是：所述导电流体为水银。
6.根据权利要求1所述的一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰，其特征是：所述非导电的涂层为陶瓷涂层。
7.根据权利要求1所述的一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰，其特征是：所述非导电的涂层为硅钢片绝缘漆涂层。
8.根据权利要求1所述的一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰，其特征是：所述环形密封胶体层材料为弹性密封胶。
9.根据权利要求1所述的一种采用有限元网格划分方法进行裂纹分区域监测的法兰，其特征是：在所述环形密封胶体层与防水型PCB线路板之间还设置有绝缘胶体层，所述防水型PCB线路板上的金属导线穿过所述绝缘胶体层并连通每个独立的密闭空间，且与所述导电流体接触。
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