CN110174199A - 在役管道支吊架的载荷监测及预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在役管道支吊架的载荷监测及预警方法，包括如下步骤：在管道支吊架的吊杆上沿同一环周均匀间隔贴设四片电阻应变片，四片电阻应变片均与应变测试仪电连接，四片电阻应变片组成惠斯通电桥电路，当吊杆上的载荷变化，吊杆发生形变时，电阻应变片的组织发生变化，进而测得吊杆载荷；进行管道支吊架载荷实时测量，当测量值超出预警值±5%时发出警报；当管道支吊架的载荷—时间曲线的斜率发生突变，即初步判断为非正常工况；采用本发明的方法可以实现非人工现场检查的方式，远程实时监测并记录所有管道支吊架的运行状态，当出现异常或失效时，能够预先确定功能位置发出警报，通过设备自带软件进行数据分析，评估管道支吊架异常或失效原因。

Description

在役管道支吊架的载荷监测及预警方法

技术领域

本发明涉及管道支吊架技术领域，具体涉及一种在役管道支吊架的载荷监测及预警方法。

背景技术

支吊架是电厂管道系统的重要组成部分，包括变力弹簧支吊架、恒力弹簧支吊架与刚性吊架等等，主要功能是承载管道或设备的重量、控制热位移、限制管道接口对设备推力等。

管道支吊架状态异常或失效对电厂安全运行影响主要表现为以下几个方面：增加管道应力，缩短管道寿命；增加管道对设备的推力和推力矩，影响管道及设备的安全运行；增加管道振动的危险性。支吊架在电厂管道系统中的作用至关重要，其工作状态出现异常对电厂的运行带来安全隐患，因此，电厂高度重视支吊架的运行状态，将支吊架的检查、维护与调整工作纳入电厂日常维护和检修工作范围。

目前，人工目视检查是支吊架检查的唯一方式。准确的检查结果对参与检查人员自身要求较高，不仅要求其具有丰富的现场工作经验与严谨的安全意识，还要具备相关技术知识的理论基础；现场管道弹簧支吊架布局复杂，往往需要借助爬梯或搭设脚手架等，检查成本高，检查难度大，检查速度慢，检查周期长，对检查人员具有人身安全隐患；人工目视检查不具备连续性与长期性，无法捕捉突发或偶发情况，例如水锤、汽锤、启停泵、阀门排汽等非正常工况，引起支吊架状态异常或失效的工况并进行原因分析；对状态异常的弹簧支吊架进行原因分析或性能试验时，需要将弹簧支吊架进行拆除后，在试验机上进行性能试验，过程繁琐，速度慢，费用高；对于形式最简单的刚性吊架，没有载荷读数，人工检查无法判断刚性吊架载荷是否正常。

另外，多数情况下，支吊架缺陷无法通过人工目视检查发现，虽然支吊架载荷读数或者外观正常，但是由于产品制造误差、弹簧本体疲劳、老化与腐蚀的影响，支吊架性能远远偏离设计标准要求，例如：弹簧性能未能满足相关标准要求；恒力弹簧吊架转动机构卡涩、弹簧压板与弹簧筒间摩擦力增大导致恒力弹簧吊架载荷偏差测试结果不合格；恒力弹簧吊架的弹簧本体疲劳、老化与腐蚀导致吊架实测载荷远小于设计载荷。以上这些情况下，现有方法都束手无策。

发明内容

本发明基于现有技术存在的问题提供一种在役管道支吊架的载荷监测及预警方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种在役管道支吊架的载荷监测及预警方法，包括如下步骤：

(1)在管道支吊架的吊杆上沿同一环周均匀间隔贴设四片电阻应变片，电阻应变片与吊杆之间通过胶水相贴。四片所述电阻应变片均与应变测试仪电连接，所述电阻应变片的阻值均相等且四片所述电阻应变片组成惠斯通电桥电路，当所述吊杆上的载荷变化，四片所述电阻应变片均相应的随所述吊杆发生形变且其电阻值发生变化，则有：

R₁＝R₂＝R₃＝R₄(2)

其中：

R₁、R₂、R₃、R₄为四片所述电阻应变片顺次排列时其各自的电阻值；

ΔR₁、ΔR₂、ΔR₃、ΔR₄为电阻的变化量；

ε₁、ε₂、ε₃、ε₄为四片所述电阻应变片的应变；

U为惠斯通电桥电路的电压；

ΔU为电压的变化量；

K_S为应变率；

由上述式(1)至式(6)可得式(7)：

根据式(7)、式(8)和式(9)得到所述吊杆的载荷：

F＝σ×S (9)

其中：

σ为应力；

E为所述吊杆的弹性模量；

F为所述吊杆承受的载荷；

S为所述吊杆的截面积；

(2)进行所述管道支吊架载荷实时测量，监测载荷变化情况并捕捉载荷峰值，同时将实时测得的F值与预设预警值进行比较，当测量值超出预警值±5％时发出警报；

(3)当所述管道支吊架的载荷—时间曲线的斜率发生突变，即初步判断为非正常工况。

进一步的，步骤(3)中，当所述管道支吊架的载荷—时间曲线的斜率发生突变时，如果斜率呈现连续波形，进一步判断为阀门排汽或调节阀动作；如果斜率呈现单个波形，进一步判断为水锤、汽锤或启停泵。

进一步的，当所述管道支吊架发生所述非正常工况的次数或频率超过预设值，对所述管道支吊架进行排查。

进一步的，将管道系统中所有的所述管道支吊架均按步骤(1)的方式设置所述电阻应变片且所有的所述管道支吊架上的所述电阻应变片均与所述应变测试仪电连接。

进一步的，当所述管道支吊架为恒力支吊架时，对其进行恒力支吊架载荷离差度试验。

进一步的，所述恒力支吊架载荷离差度试验包括如下步骤：

(S1)调整所述吊杆上的花篮螺丝，当所述吊杆平衡后，测得某一时间间隔内的最大载荷为F₂，最小载荷为F₁，计算该时间段内的离差度

(S2)继续调整所述吊杆上的所述花篮螺丝，当所述吊杆平衡后，测得某一时间间隔内的最大载荷为F₂'，最小载荷为F₁'，计算该时间段内的离差度

(S3)重复上述步骤，测得多个离差度值，比较所述离差度值之间的偏差度。

进一步的，所述管道支吊架的所述吊杆为圆钢，四片所述电阻应变片沿同一圆周每间隔90°设置，式(9)中所述吊杆的截面积为其中，D为所述吊杆的直径。

进一步的，所述管道支吊架的所述吊杆为方钢，四片所述电阻应变片分设在所述方钢的四个侧面上，式(9)中所述吊杆的截面积为S＝a²，其中，a为所述吊杆截面的边长。

采用以上技术方案后，本发明与现有技术相比具有如下优点：采用本发明的方法可以实现非人工现场检查的方式，远程实时监测并记录每一个管道支吊架的运行状态；当管道支吊架出现异常或失效时，能够预先确定功能位置发出警报；利用多通道实时同步采集系统，可以监测所有管道支吊架的载荷变化情况并将数据累计以“载荷-时间”曲线的形式显示，通过设备自带软件进行数据分析，评估管道支吊架异常或失效原因。

附图说明

附图1为本发明在某一管道支吊架上设置电阻应变片的结构示意图；

附图2为附图1中吊杆上设置电阻应变片的局部放大图；

附图3为吊杆上设置电阻应变片的安装位置示意图；

附图4为本发明中四片电阻应变片构成的惠斯通电桥电路的结构示意图；

附图5为本发明某一具体实施例得到的载荷-时间曲线；

附图6为本发明某一具体实施例测得的三个管道支吊架的载荷-时间曲线；

附图7为本发明某一具体实施例得到的载荷离差度曲线。

其中，

1、管道支吊架；101、吊杆；102、电阻应变片。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

一种在役管道支吊架的载荷监测及预警方法，包括如下步骤：

(1)参见附图1至附图3所示，在管道支吊架1的吊杆101上沿同一环周均匀间隔贴设四片电阻应变片102，四片电阻应变片102均与应变测试仪电连接，电阻应变片102的阻值均相等且四片电阻应变片102组成惠斯通电桥电路，惠斯通电桥参见附图4所示。本发明在吊杆101的同一环周均匀间隔设置四片电阻应变片102，可以降低吊杆101受温度以及弯曲所造成的对监测结果的影响。

本发明的基本原理为利用电阻应变片102测定吊杆101表面的线应变，再根据应力应变关系确定吊杆101表面应力状态。当吊杆101上的载荷变化时，吊杆101发生变形，四片电阻应变片102均相应的随吊杆101发生变形，因而其电阻值发生相应变化。通过电阻应变仪将此电阻变化转换成电压的变化，再换算成应变值或者输出与此应变成正比的电压的信号，由记录仪进行记录，就可得到所测定的应变或应力，最后通过计算机软件平台换算后即可得到管道支吊架1的载荷。

其具体计算过程如下：

R₁＝R₂＝R₃＝R₄(2)

其中：

R₁、R₂、R₃、R₄为四片电阻应变片102按顺次排列时其各自的电阻值；

ΔR₁、ΔR₂、ΔR₃、ΔR₄为电阻的变化量；

ε₁、ε₂、ε₃、ε₄为四片电阻应变片102的应变；

U为惠斯通电桥电路的电压；

ΔU为电压的变化量；

K_S为应变率；

由上述式(1)至式(6)可得式(7)：

根据式(7)、式(8)和式(9)得到吊杆101的载荷：

F＝σ×S (9)

其中：

σ为应力；

E为吊杆101的弹性模量；

F为吊杆101承受的载荷；

S为吊杆101的截面积。

管道支吊架1的吊杆101优选为圆钢或方钢。当吊杆101为圆杆时，四片电阻应变片102沿同一圆周每间隔90°设置，上式(9)中吊杆101的截面积为其中，D为吊杆101的直径。当吊杆101为方钢时，四片电阻应变片102分设在方钢的四个侧面上，式(9)中吊杆101的截面积为S＝a²，其中，a为吊杆101截面的边长。

(2)进行管道支吊架1载荷实时测量，监测载荷变化情况并捕捉载荷峰值。通过计算管道支吊架1载荷的允许范围，在测量分析软件中设置预警值，当测量结果超出预警值±5％时发出警报。

(3)在计算机软件平台上显示管道支吊架1的载荷—时间曲线，当载荷—时间曲线的斜率发生突变，即初步判断为非正常工况。如果斜率呈现连续波形，进一步判断为阀门排汽或调节阀动作等；如果斜率呈现单个波形，进一步判断为水锤、汽锤或启停泵等。当管道支吊架1发生非正常工况的次数或频率超过预设值，对管道支吊架1进行排查以进行提前预防。

参见附图5为某一具体实施例得到的载荷-时间曲线，初始时进行调零操作使吊杆101的载荷调为零，之后进行正常加载服役。参见附图6为正常服役过程中所测得的三个管道支吊架1的载荷-时间曲线。

特别的，如果管道支吊架1为恒力支吊架，则进一步对其进行恒力支吊架载荷离差度试验。恒力支吊架载荷离差度试验包括如下步骤：

(S 1)调整吊杆101上的花篮螺丝，当吊杆101平衡后，测得某一时间间隔内的最大载荷为F₂，最小载荷为F₁，计算该时间段内的离差度

(S2)继续调整吊杆101上的花篮螺丝，当吊杆101平衡后，测得某一时间间隔内的最大载荷为F₂'，最小载荷为F₁'，计算该时间段内的离差度

(S3)重复上述步骤，测得多个离差度值，比较离差度值之间的偏差度。

参见附图7为某一具体实施例得到的载荷离差度曲线，其中呈波浪形波动的位置对应为调整花篮螺丝的过程，其余位置为相应时间段内测得的所有离差度值的连接线。

为实现整个管道系统中管道支吊架1的载荷监控，将管道系统中所有的管道支吊架1均按步骤(1)的方式设置电阻应变片102且所有的管道支吊架1上的电阻应变片102均与应变测试仪电连接，实现应变测试仪中的测试数据与每一个管道支吊架1的对应。

本发明的监测及预警方法无需人员耗时进行现场检查，少量人员远程监控即可；基于电测技术无损的特点，监测过程中不会破坏管道支吊架1的功能，可在役检查，不影响管道支吊架1的工作状态；无论机组是在停机或者运行状态，无需拆除管道支吊架1，即可进行管道支吊架1性能试验；本发明同一吊杆101上设置的四个电阻应变片102安装在吊杆101的同一水平高度，且均匀间隔排布，可消除由于吊杆101弯曲与温差产生的测试误差；本发明的动态信号测试分析系统具有很高的采样频率，并具备极强的抗干扰能力，可以准确捕捉到由于机组功率变化或者水锤引起的突发或偶发工况引起的管道支吊架1载荷变化情况；本发明多通道实时同步采集，可以同步记录各通道的载荷变化情况并将数据累计以载荷—时间曲线的形式显示，其中的曲线拟合功能可便于准确捕捉载荷峰值出现时间以及监测载荷变化情况；本发明将电测技术、动态信号测试系统与计算机联结进行数据采集与处理，易于实现数字化、自动化及无线电遥监测，并且，系统的超大容量硬盘可帮助系统进行长期不间断测试。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种在役管道支吊架的载荷监测及预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在管道支吊架的吊杆上沿同一环周均匀间隔贴设四片电阻应变片，四片所述电阻应变片均与应变测试仪电连接，所述电阻应变片的阻值均相等且四片所述电阻应变片组成惠斯通电桥电路，当所述吊杆上的载荷变化，四片所述电阻应变片均相应的随所述吊杆发生形变且其电阻值发生变化，则有：

R₁＝R₂＝R₃＝R₄ (2)

其中：

R₁、R₂、R₃、R₄为四片所述电阻应变片顺次排列时其各自的电阻值；

ΔR₁、ΔR₂、ΔR₃、ΔR₄为电阻的变化量；

ε₁、ε₂、ε₃、ε₄为四片所述电阻应变片的应变；

U为惠斯通电桥电路的电压；

ΔU为电压的变化量；

K_S为应变率；

由上述式(1)至式(6)可得式(7)：

根据式(7)、式(8)和式(9)得到所述吊杆的载荷：

F＝σ×S (9)

其中：

σ为应力；

E为所述吊杆的弹性模量；

F为所述吊杆承受的载荷；

S为所述吊杆的截面积；

(2)进行所述管道支吊架载荷实时测量，监测载荷变化情况并捕捉载荷峰值，同时将实时测得的F值与预设预警值进行比较，当测量值超出预警值±5％时发出警报；

(3)当所述管道支吊架的载荷—时间曲线的斜率发生突变，即初步判断为非正常工况。

2.根据权利要求1所述的在役管道支吊架的载荷监测及预警方法，其特征在于：步骤(3)中，当所述管道支吊架的载荷—时间曲线的斜率发生突变时，如果斜率呈现连续波形，进一步判断为阀门排汽或调节阀动作；如果斜率呈现单个波形，进一步判断为水锤、汽锤或启停泵。

3.根据权利要求2所述的在役管道支吊架的载荷监测及预警方法，其特征在于：当所述管道支吊架发生所述非正常工况的次数或频率超过预设值，对所述管道支吊架进行排查。

4.根据权利要求1所述的在役管道支吊架的载荷监测及预警方法，其特征在于：将管道系统中所有的所述管道支吊架均按步骤(1)的方式设置所述电阻应变片且所有的所述管道支吊架上的所述电阻应变片均与所述应变测试仪电连接。

5.根据权利要求1所述的在役管道支吊架的载荷监测及预警方法，其特征在于：当所述管道支吊架为恒力支吊架时，对其进行恒力支吊架载荷离差度试验。

6.根据权利要求5所述的在役管道支吊架的载荷监测及预警方法，其特征在于：所述恒力支吊架载荷离差度试验包括如下步骤：

(S1)调整所述吊杆上的花篮螺丝，当所述吊杆平衡后，测得某一时间间隔内的最大载荷为F₂，最小载荷为F₁，计算该时间段内的离差度

(S2)继续调整所述吊杆上的所述花篮螺丝，当所述吊杆平衡后，测得某一时间间隔内的最大载荷为F₂'，最小载荷为F₁'，计算该时间段内的离差度

(S3)重复上述步骤，测得多个离差度值，比较所述离差度值之间的偏差度。

7.根据权利要求1所述的在役管道支吊架的载荷监测及预警方法，其特征在于：所述管道支吊架的所述吊杆为圆钢，四片所述电阻应变片沿同一圆周每间隔90°设置，式(9)中所述吊杆的截面积为其中，D为所述吊杆的直径。

8.根据权利要求1所述的在役管道支吊架的载荷监测及预警方法，其特征在于：所述管道支吊架的所述吊杆为方钢，四片所述电阻应变片分设在所述方钢的四个侧面上，式(9)中所述吊杆的截面积为S＝a²，其中，a为所述吊杆截面的边长。