CN109780357B - 一种具有轴向位移检测装置的外压型膨胀节 - Google Patents

Abstract

一种具有轴向位移检测装置的外压型膨胀节，包括进口端管、出口端管、保护外罩、波纹管和轴向位移检测装置，轴向位移检测装置由金属环形外极板、金属环形内极板、固定组件和电容检测器，金属环形外极板不接触的套设在金属环形内极板外侧，金属环形外极板通过固定组件固定在保护外罩未固定的一端的外壁上，金属环形内极板固定设置在出口端管上，电容检测器根据位移状态下金属环形外极板和金属环形内极板之间的电容值计算得到膨胀节的轴向位移值，通过两块相套设的环形极板，利用检测得到的电容值，计算得出膨胀节的轴向位移值，其结构简单，能够适应地上、管沟以及直埋等膨胀节工况。

Description

一种具有轴向位移检测装置的外压型膨胀节

技术领域

本发明涉及外压型膨胀节，具体说的是一种具有轴向位移检测装置的外压型膨胀节。

背景技术

膨胀节作为管道压力管道的补偿器，它能够补偿管道的热变形、机械变形等，起到了降低管道应力和提高管道使用寿命的作用。因而多应用于在长距离压力管道、管道及设备之间的连接中，以轴向伸缩或角度变化来补偿管路系统或设备因温差或机械运动造成的位移。但是由于实际工况可能偏离设计工况，膨胀节的实际轴向位移可能超出设计补偿量而导致膨胀节发生破裂、失稳、泄漏等失效现象，一旦膨胀节失效就会影响管道安全运行。地上管道或管沟内管道的膨胀节的失效可以被巡检人员及时发现，可以避免事故的扩大；但是部分直埋管道的膨胀节无法被直接巡检，膨胀节失效就无法被及时发现，可能造成较为严重的事故。因此设计一种膨胀节轴向位移的检测装置至关重要，尤其是能够适应直埋式膨胀节工况的装置更为重要。

目前国内外针对膨胀节轴向位移的检测多采用位移传感器，将传感器的两端与膨胀节两端相连，随着膨胀节的拉伸或压缩移动，位移传感器即可测得相应的位移值。虽然该类方法能够检测到膨胀节的轴向位移，但是所采用的位移传感器大多对使用环境有一定的要求，而且需要设计专用的保护装置，结构较复杂。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有轴向位移检测装置的外压型膨胀节，通过两块相套设的环形极板，利用检测得到的电容值，计算得出膨胀节的轴向位移值，其结构简单，能够适应地上、管沟以及直埋等膨胀节工况。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种具有轴向位移检测装置的外压型膨胀节，外压型膨胀节包括进口端管、出口端管、保护外罩、波纹管和轴向位移检测装置，保护外罩的一端与进口端管固定连接，其另一端套设在出口端管上，并与出口端管之间设有滑动间隙，在保护外罩与出口端管之间围成的空间内设有套设在出口端管上的波纹管，波纹管的一端通过环板固定连接在出口端管上，波纹管的另一端与保护外罩未固定的一端固定连接，轴向位移检测装置由金属环形外极板、金属环形内极板、固定组件和电容检测器，金属环形外极板不接触的套设在金属环形内极板外侧，金属环形外极板和金属环形内极板的中心线与膨胀节的轴线重合，金属环形外极板通过固定组件固定在保护外罩未固定的一端的外壁上，金属环形内极板固定设置在出口端管上，金属环形外极板和金属环形内极板在初始状态下重合，随着膨胀节的拉伸或压缩，金属环形外极板和金属环形内极板从初始状态改变为位移状态，电容检测器分别与金属环形外极板和金属环形内极板连接，检测金属环形外极板和金属环形内极板之间的电容值，电容检测器根据位移状态下金属环形外极板和金属环形内极板之间的电容值计算得到膨胀节的轴向位移值。

固定组件为装运杆，装运杆的一端固定在出口端管上，另一端将绝缘固定罩固定在保护外罩上，绝缘固定罩包裹在金属环形外极板的外侧。

金属环形内极板的外侧包裹有焊接在出口端管上的绝缘保护罩。

绝缘保护罩的外径大于出口端管的外径。

绝缘保护罩和绝缘固定罩上均设有使金属环形外极板和金属环形内极板相连通的泄漏 通孔。

本发明有益效果是：

1、本发明采用金属环形外极板、金属环形内极板、固定组件和电容检测器，适用于高温工况，金属环形外极板、金属环形内极板和金属环形内极板不接触套设在一起，结构简单，受环境影响小，安装简单，其安装位置及结构对膨胀节具有一定的保护作用。

2、利用装动杆作为固定组件，即可以对金属环形外极板进行安装，又可起到对波纹管限位的作用。

3、设置的绝缘保护罩的外径大于出口端管的外径，当膨胀节波纹管破损较小，可以具有一定的防泄漏 作用。

4、在绝缘保护罩和绝缘固定罩上加入泄漏 通孔，当膨胀节泄漏 时，两极板导通电容值改变小于初始电容值，判定膨胀节泄漏 。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的金属环形外极板和金属环形内极板的初始状态示意图；

图3为本发明的金属环形外极板和金属环形内极板的位移状态示意图；

图4为本发明的泄漏 通孔的结构示意图；

图5为本发明的电容检测器的电路原理框图；

图中：1、进口端管，2、导流筒，3、保护外罩，4、波纹管，5、轴向位移检测装置，51、绝缘固定罩，52、绝缘保护罩，5-1、外盖板，5-2、金属环形外极板，5-3、外罩板，5-4、内罩板，5-5、金属环形内极板，5-6、内盖板，5-7、泄漏 通孔，6、出口端管，7、密封压盖，8、装运杆。

具体实施方式

一种具有轴向位移检测装置的外压型膨胀节，外压型膨胀节包括进口端管1、出口端管6、保护外罩3、波纹管4和轴向位移检测装置5，保护外罩3的一端与进口端管1固定连接，其另一端套设在出口端管6上，并与出口端管6之间设有滑动间隙，在保护外罩3与出口端管6之间围成的空间内设有套设在出口端管6上的波纹管4，波纹管4的一端通过环板固定连接在出口端管6上，波纹管4的另一端与保护外罩3未固定的一端固定连接，介质经进口端管1进入膨胀节，再通过进口端管与出口端管之间的间隙进入保护外罩3与波纹管 4之间围成的空间，介质对波纹管4产生压力推力，使波纹管拉伸或收缩，在出口端管6上产生位移，如波纹管破损，介质泄漏 从保护外罩3与出口端管之间的间隙流出。

轴向位移检测装置5由金属环形外极板5-2、金属环形内极板5-5、固定组件和电容检测器，金属环形外极板5-2不接触的套设在金属环形内极板5-5外侧，金属环形外极板5-2和金属环形内极板5-5的中心线与膨胀节的轴线重合，金属环形外极板5-2通过固定组件固定在保护外罩3未固定的一端的外壁上，即金属环形外极板5-2可随波纹管一起产生位移，而固定组件在固定金属环形外极板时，与金属环形外极板固定的位置为非金属材质，金属环形内极板5-5固定设置在出口端管6上，当金属环形内极板5-5直接安装在出口端管6上时，出口端管6为非金属材料，若金属环形内极板5-5通过连接件安装在出口端管上，该连接件垫在金属环形内极板5-5外侧，防止金属环形内极板5-5与其它金属件接触，金属环形外极板5-2和金属环形内极板5-5在初始状态下重合，随着膨胀节的拉伸或压缩，金属环形外极板5-2和金属环形内极板5-5从初始状态改变为位移状态，电容检测器分别与金属环形外极板5-2和金属环形内极板5-5连接，检测金属环形外极板5-2和金属环形内极板5-5 之间的电容值，电容检测器根据位移状态下金属环形外极板5-2和金属环形内极板5-5之间的电容值计算得到膨胀节的轴向位移值。

电容检测器对金属环形外极板5-2和金属环形内析板5-5进行供电，可检测出金属环形外极板5-2与金属环形内极板5-5之间的电容值，并根据位移状态电容值和初始状态的电容值以及初始状态重合长度，计算得到膨胀节的轴向位移值，例如，由一个大小固定的参考电容、CAV424电容检测芯片、单片机、电源组成，如图5所示，固定参考电容接CAV424 参考端，CAV424电容检测芯片的测量端采用测量连接线分别与内极板和外极板连接，检测两极板之间的位移检测电容值，CAV424信号输出端接单片机A/D口，单片机通过读取CAV424输出信号的大小即可获得位移测量电容的大小，电源为CAV424及单片机供电，单片机通过内部存储的位移计算公式计算出相应的位移值，通过与单片机连接的显示装置进行显示，单片机与显示装置均为市售产品，选用与CAV424电容检测芯片相匹配的8位、16 位单片机均可，显示装置可采用液晶显示或LED显示。

固定组件为装运杆8，装运杆8的一端固定在出口端管6上，另一端将绝缘固定罩51固定在保护外罩3上，绝缘固定罩51包裹在金属环形外极板5-2的外侧。装运杆在膨胀节未使用之前，两端由螺母紧挤对膨胀节进行运输，在膨胀节安装完成之后，松开一端的螺母，使装动杆8具有一定的移动位移，不仅可以随保护外罩3移动，也可限制波纹管的位移距离。绝缘固定罩51包括外盖板5-1和外罩板5-3，外罩板5-3由竖直的环板和水平的环板一体而成，竖直环板与保护外罩固定连接。

如图2所示，金属环形内极板5-5的外侧包裹有焊接在出口端管6上的绝缘保护罩52，绝缘保护罩52整体来环形，内部包裹有金属环形内极板5-5，为方便安装，绝缘保护罩52包括内罩板5-4和内盖板5-6，内罩板5-4固定安装在出口端管6上，在内罩板5-4的表面设有用于安装金属环形内有板5-5的凹槽，内盖板5-6盖在金属环形内极板5-5的上方。

绝缘保护罩52的外径大于出口端管的外径,即上方的绝缘保护罩52的高度于于出口端管的外表面，当波纹管轻微泄漏 时，介质处于绝缘保护罩高出出口端管围成的空间内，为发现泄漏 提供时间。

如图4所示，绝缘保护罩52和绝缘固定罩51上均设有使金属环形外极板5-2和金属环形内极板5-5相连通的泄漏 通孔5-7。在膨胀节内部介质具有一定导电性的情况下，当膨胀节发生泄漏时，泄漏的介质将流过外罩板5-3与内盖板5-6上均布的泄漏 通孔，如图3所示，将圆柱状电容的金属环形内极板与金属环形外极板短接，此时外部设置的电容检测器检测到轴向位移检测装置的电容值小于电容检测器内部设定最小阀值，则认为膨胀节发生泄漏。

所述外压型膨胀节轴向位移检测装置如图1所示，由外盖板5-1、外罩板5-3、金属环形外极板5-2、内盖板5-6、内罩板5-4、金属环形内极板5-5以及电容检测器组成。其中外盖板5-1、外罩板5-3、内盖板5-6、内罩板5-4为非金属绝缘材料制作，金属环形外极板 5-2与金属环形内极板5-5为金属材料制作。金属环形外极板5-2与金属环形内极板5-5相互绝缘隔离，因此二者组成圆柱状电容，如图2、图3所示，电容外径为R1，内径为R2，轴向距离为L，初始状态电容值C大小如公式1所示。

式中ε为介电常数。

如图2所示，电容的初始状态L＝L₀，此时电容值C＝C₀；由式1中可知电容C的变化随L变化呈线性关系，因此如图3所示，当内极板与外极板在轴向发生位移时，位移状态下利用电容检测器测量得到圆柱状电容的大小值C1，此时发生的位移大小为ΔL，如式3所示。

如图3所示，位移检测装置金属环形外极板与保护外罩刚性连接，达到与进口端管同步移动的效果；金属环形内极板设置在出口端管上，达到与出口端管同步移动的效果；随着膨胀节的拉伸或压缩，位移检测装置金属环形内极板与金属环形外极板产生轴向移动，圆柱状电容的大小发生变化，通过外部设置的电路检测器检测到电容值的大小即可根据式2计算出所发生的位移。

本发明的外压膨胀节具有以下特点及用途

1)本发明所述的位移检测装置可以用于外压型膨胀节的轴向位移检测，结构简单便于安装，无需设计保护装置，利用膨胀节自身的保护外罩实现对检测装置的安装与保护。

2)本发明所述的位移检测装置除具有位移检测功能外，在膨胀节内部介质可导电的情况下，还具有介质泄漏检测功能。

3)本发明所述的位移检测装置检测元件与外部电路采用分离设计的方案，可适用于直埋式膨胀节的工况。

4)本发明所述的位移检测装置中外盖板、外底板、内盖板、内底板可采用耐高温绝缘材料制作，则可适用于高温工况。

Claims (3)

1.一种具有轴向位移检测装置的外压型膨胀节，外压型膨胀节包括进口端管（1）、出口端管（6）、保护外罩（3）、波纹管（4）和轴向位移检测装置（5），保护外罩（3）的一端与进口端管（1）固定连接，其另一端套设在出口端管（6）上，并与出口端管（6）之间设有滑动间隙，在保护外罩（3）与出口端管（6）之间围成的空间内设有套设在出口端管（6）上的波纹管（4），波纹管（4）的一端通过环板固定连接在出口端管（6）上，波纹管（4）的另一端与保护外罩（3）未固定的一端固定连接，其特征在于：轴向位移检测装置（5）由金属环形外极板（5-2）、金属环形内极板（5-5）、固定组件和电容检测器组成，金属环形外极板（5-2）不接触的套设在金属环形内极板（5-5）外侧，金属环形外极板（5-2）和金属环形内极板（5-5）的中心线与膨胀节的轴线重合，金属环形外极板（5-2）通过固定组件固定在保护外罩（3）未固定的一端的外壁上，金属环形内极板（5-5）固定设置在出口端管（6）上，金属环形外极板（5-2）和金属环形内极板（5-5）在初始状态下重合，随着膨胀节的拉伸或压缩，金属环形外极板（5-2）和金属环形内极板（5-5）从初始状态改变为位移状态，电容检测器分别与金属环形外极板（5-2）和金属环形内极板（5-5）连接，检测金属环形外极板（5-2）和金属环形内极板（5-5）之间的电容值，电容检测器根据位移状态下金属环形外极板（5-2）和金属环形内极板（5-5）之间的电容值计算得到膨胀节的轴向位移值；

金属环形内极板（5-5）的外侧包裹有焊接在出口端管（6）上的绝缘保护罩（52）；

绝缘保护罩（52）和绝缘固定罩（51）上均设有使金属环形外极板（5-2）和金属环形内极板（5-5）相连通的泄漏 通孔（5-7）。

2.如权利要求1所述的一种具有轴向位移检测装置的外压型膨胀节，其特征在于：固定组件为装运杆（8），装运杆（8）的一端固定在出口端管（6）上，另一端将绝缘固定罩（51）固定在保护外罩（3）上，绝缘固定罩（51）包裹在金属环形外极板（5-2）的外侧。

3.如权利要求1所述的一种具有轴向位移检测装置的外压型膨胀节，其特征在于：绝缘保护罩（52）的外径大于出口端管的外径。

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