CN111895917B - 一种耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法 - Google Patents

一种耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法，具体包括如下步骤：安装变形量测量装置：沿着补偿器径向上下左右4个方位依次布置安装一组变形量测量装置；安装数据采集装置：安装光栅尺和光栅尺读数头；检测补偿器变形量：同时采集补偿器上下左右4个方位的位移量；计算位移量：通过光栅尺和光栅尺读数头采集获得轴杆相对于套筒杆的位移量；判定补偿器的状态：通过位移量的采集，判定补偿器的补偿状态处于拉伸状态或是压缩状态或是挠性变形状态的任意一种状态。本发明的检测方法可以确定耐高焓气体介质补偿器的变形量大小，具有实时判定耐高焓气体介质补偿器所处的应力状态和是否过载的功能。

Description

一种耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法
技术领域
本发明属于航空航天地面试验设备技术领域，具体涉及纯净空气风洞技术领域中一种耐高焓气体介质的补偿器的变形量的检测方法。
背景技术
纯净空气风洞作为高超声速技术研究中必不可少的地面试验设备，其具备与真实飞行环境差别小的试验流动参数、能够使试验数据较为准确的反映真实的飞行状态性能、而且对高焓介质无污染等优点。其主要实现方式是将蓄热体加热到所需要的1800K高温，再通过通入空气介质和蓄热体进行对流换热来后，再通过加速器产生所需要的高焓气体进行试验。
建造高超声速纯净空气风洞的关键问题之一是解决在纯净空气风洞设备安装和实验运行时，由于装配公差以及蓄热器和高温管道的热变形会引起耐高焓气体介质补偿器进行变形补偿，受补偿器设计使用寿命的影响，其补偿变形量的大小直接影响试验设备及试验人员安全，因此如何对耐高焓气体介质补偿器的变形量进行实时检测，也是提高风洞设备运行的安全可靠性成为亟需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法。
本发明采取的技术方案为：
一种耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法，具体包括如下步骤：
(1)安装变形量测量装置：沿着补偿器径向上下左右4个方位依次布置安装一组变形量测量装置，每个变形量测量装置均设置有相互适配且构成直线运动副的轴杆和套筒杆；
(2)安装数据采集装置：将光栅尺固定安装在轴杆上，光栅尺读数头固定安装在套筒杆上，轴杆相对于套筒杆直线运动形成位移量；
(3)检测补偿器变形量：轴杆相对于套筒杆的位移量为耐高焓气体介质补偿器变形量，耐高焓气体介质补偿器变形后，同时采集补偿器上下左右4个方位的位移量；
(4)计算位移量：光栅尺和光栅尺读数头相对直线运动进行数据采集，通过光栅尺和光栅尺读数头采集获得轴杆相对于套筒杆的位移量；
(5)判定补偿器的状态：通过位移量的采集，判定补偿器的补偿状态处于拉伸状态或是压缩状态或是挠性变形状态的任意一种状态。
进一步的，所述一组变形量测量装置包括上方位变形量测量装置、下方位变形量测量装置、左侧变形量测量装置和右侧变形量测量装置，其结构完全相同，且沿着补偿器径向间隔90度上下左右依次布置安装。
进一步的，所述变形量测量装置包括轴杆端球铰支架、轴杆端球铰、轴杆、直线轴承、套筒杆、套筒杆端球铰、套筒杆端球铰支架、光栅尺、光栅尺读数头；
所述轴杆端球铰支架与轴杆端球铰通过螺母连接；轴杆端球铰与轴杆通过螺纹连接；套筒杆端球铰与套筒杆端球铰支架通过螺母连接；套筒杆端球铰与套筒杆通过螺纹连接；轴杆与套筒杆通过直线轴承形成直线运动副；光栅尺固定安装在轴杆上；光栅尺读数头固定安装在套筒杆上。
进一步的，所述变形量测量装置的轴杆端球铰通过轴杆端球铰支架与耐高焓气体介质补偿器直段总体固定连接；变形量测量装置的套筒杆端球铰通过套筒杆端球铰支架与耐高焓气体介质补偿器变径段总体固定连接。
更进一步的，当耐高焓气体介质补偿器变形时，变形量测量装置的轴杆端球铰相对于套筒杆端球铰沿中心线发生位移，此位移等于轴杆相对于套筒杆通过直线轴承的产生的位移。
进一步的，所述变形量测量装置安装于耐高焓气体介质补偿器，具体包括：直段总体、变径段总体、上方位变形量测量装置、下方位变形量测量装置、左侧变形量测量装置，右侧变形量测量装置、耐高温波纹管；所述直段总体和变径段总体通过耐高温波纹管焊接在一起，通过柔性变形实现补偿；所述上方位变形量测量装置、下方位变形量测量装置、左侧变形量测量装置，右侧变形量测量装置分别均布布置在耐高焓气体介质补偿器的径向；变形量测量装置两端和直段总体和变径段总体刚性的固定连接在一起；随着耐高温波纹管的变形产生相应位移量；所述耐高温波纹管的中部向上延申设置有横波段，耐高温波纹管的左侧波纹管和右侧波纹管通过单个横波段连接，单个横波段在轴向设置为一个纵波，在其两侧壁的径向分别设置有多个横波，通过横波段增加径向位移，通过多个横波增大左侧波纹管和右侧波纹管的相对角位移。
更进一步的，通过安装在轴杆上的光栅尺和安装在光栅尺套筒杆上的光栅尺读数头采集获得4个方位的位移量，判定耐高焓气体介质补偿器是否处于正常的工作补偿范围内。
本发明的有益效果为：
本发明中通过对上方位变形量测量装置、下方位变形量测量装置、左侧变形量测量装置，右侧变形量测量装置的位移量实时采集可以确定耐高焓气体介质补偿器变形量，更为具体的是，可以实现耐高焓气体介质补偿器在轴向的拉伸变形和压缩变形量的检测，通过变形量的检测可以判定耐高焓气体介质补偿器所处的工作状态，以及判定其是否工作在正常的变形量设计范围内，为实验设备安全运行提供依据，避免因过载造成设备损坏和其它人身安全。
本发明实施例提供的耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法，可以确定耐高焓气体介质补偿器的变形量大小，判定其所处的工作状态，避免因过载造成破坏，具有实时判定耐高焓气体介质补偿器所处的应力状态和是否过载的功能。
本发明中的变形量测量装置安装于耐高焓气体介质补偿器，可承受水冷变径段相对于水冷直段几十吨的大载荷气动负载；可避免在试验或者安装过程中，因超过补偿器的轴向有效补偿量，而导致等焊缝失效，进而可避免密封失效造成安全事故。通过横波段增加径向位移，通过多个横波增大左侧波纹管和右侧波纹管的相对角位移，进而增大整个膨胀节在径向的位移，介质进入横波段后因内径高度的增加而降速，可提高波纹管补偿器的使用寿命1倍以上，同时具有较大的轴向、横向及角向的补偿功能，承压能力增强，大大提高了膨胀节的设计参数和安全性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的未增设横波段的耐高焓气体介质补偿器的变形量测量装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的变形量测量装置的位移采集结构示意图。
图3为本发明实施例提供的增设横波段的耐高焓气体介质补偿器的结构示意图；
图4为本发明图3中的侧视图；
图5为本发明实施例提供的增设横波段的变形量测量装置的位移采集结构示意图。
图6为图5中的局部放大图。
其中，1、直段总体；2、变径段总体；3、上方位变形量测量装置；4、下方位变形量测量装置；5、左侧变形量测量装置；6、右侧左侧变形量测量装置；7、耐高温波纹管；8、轴杆端球铰支架；9、轴杆端球铰；10、轴杆；11、直线轴承；12、套筒杆；13、套筒杆端球铰；14、套筒杆端球铰支架；15、光栅尺；16、光栅尺读数头；17、横波段；18、横波。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。
一种耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法，具体包括如下步骤：
(1)安装变形量测量装置：沿着补偿器径向上下左右4个方位依次布置安装一组变形量测量装置，每个变形量测量装置均设置有相互适配且构成直线运动副的轴杆10和套筒杆12；
(2)安装数据采集装置：将光栅尺15固定安装在轴杆10上，光栅尺读数头16固定安装在套筒杆12上，轴杆10相对于套筒杆12直线运动形成位移量；
(3)检测补偿器变形量：轴杆10相对于套筒杆12的位移量为耐高焓气体介质补偿器变形量，耐高焓气体介质补偿器变形后，同时采集补偿器上下左右4个方位的位移量；
(4)计算位移量：光栅尺15和光栅尺读数头16相对直线运动进行数据采集，通过光栅尺15和光栅尺读数头16采集获得轴杆10相对于套筒杆12的位移量；
(5)判定补偿器的状态：通过位移量的采集，判定补偿器的补偿状态处于拉伸状态或是压缩状态或是挠性变形状态的任意一种状态。
本发明实施例提供的耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法，具有实时判定耐高焓气体介质补偿器所处的应力状态和是否过载的功能。
如图3、图4所示，具体包括：直段总体1、变径段总体2、上方位变形量测量装置3、下方位变形量测量装置4、左侧变形量测量装置5，右侧变形量测量装置6、耐高温波纹管7；
如图3-图6所示，所述变形量测量装置安装于耐高焓气体介质补偿器，具体包括：直段总体1、变径段总体2、上方位变形量测量装置3、下方位变形量测量装置4、左侧变形量测量装置5，右侧变形量测量装置6、耐高温波纹管7；所述直段总体1和变径段总体2通过耐高温波纹管7焊接在一起，通过柔性变形实现补偿；所述上方位变形量测量装置3、下方位变形量测量装置4、左侧变形量测量装置5，右侧变形量测量装置6分别均布布置在耐高焓气体介质补偿器的径向；变形量测量装置两端和直段总体1和变径段总体2刚性的固定连接在一起；随着耐高温波纹管7的变形产生相应位移量；所述耐高温波纹管7的中部向上延申设置有横波段17，耐高温波纹管7的左侧波纹管和右侧波纹管通过单个横波段17连接，单个横波段17在轴向设置为一个纵波，横波段17的轴向尺寸比波纹管长，即横波段17的纵向高度设置值大于两端波纹管7的纵向高度，且二者接近2倍的高度差，通过横波段17的设置可以增加介质径向位移；单个横波段17的两侧壁的径向分别设置有多个横波18，通过横波段17增加径向位移，通过多个横波18增大左侧波纹管和右侧波纹管的相对角位移，介质进入横波段17后因内径高度的增加而降速，从而减小介质对波纹管7内壁的碰撞，可提高波纹管补偿器的使用寿命1倍以上，同时具有较大的轴向、横向及角向的补偿功能，进而增大整个膨胀节在径向的位移，大大提高了膨胀节的设计参数和安全性。
具体的是，所述上方位变形量测量装置3、下方位变形量测量装置4、左侧变形量测量装置5、右侧变形量测量装置6的轴杆端球铰9通过轴杆端球铰支架8与耐高焓气体介质补偿器直段总体1固定连接；另一端的套筒杆端球铰13通过套筒杆端球铰支架14与耐高焓气体介质补偿器变径段总体2固定连接。
通过对上方位变形量测量装置3、下方位变形量测量装置4、左侧变形量测量装置5，右侧变形量测量装置6位移量的实时采集可以确定耐高焓气体介质补偿器变形量，进而确定耐高焓气体介质补偿器所处的实时工作状态进行判定，避免因过载造成设备损坏和其它人身安全。
具体地，参照图1和图2，变形量测量装置由轴杆端球铰支架8、轴杆端球铰9、轴杆10、套筒杆端球铰13、套筒杆端球铰支架14、套筒杆12、直线轴承11、光栅尺15、光栅尺读数头16等部分构成。
变形量测量装置轴杆端球铰支架8与轴杆端球铰9通过螺母固定连接在一起；轴杆端球铰9与轴杆10通过螺纹固定连接在一起；套筒杆端球铰13与套筒杆端球铰支架14通过螺母固定连接在一起；套筒杆端球铰13与套筒杆12通过螺纹固定连接在一起；轴杆10与套筒杆12通过直线轴承11形成直线运动副；光栅尺15固定安装在轴杆10上；光栅尺读数头16固定安装在套筒杆12上。当耐高焓气体介质补偿器变形时，可使变形量测量装置的轴杆端球铰9相对于套筒杆端球铰13沿中心线发生位移；此位移等于轴杆10相对于套筒杆12通过直线轴承11的产生的位移，且可以通过安装在轴杆10上的光栅尺15和安装在光栅尺套筒杆12上的读数头16采集获得。
在一个可能的实施方式中，变形量测量装置可随着耐高焓气体介质补偿器直段总体1和变径段总体2的相对位置变动产生位移；此位移就是变形量测量装置的轴杆10相对于套筒杆12通过直线轴承11的产生的位移。
具体地，参照图3、图4，耐高焓气体介质补偿器变形后，可同时采集4个方位的位移量，即同时采集上方位变形量测量装置3、下方位变形量测量装置4、左侧变形量测量装置5，右侧变形量测量装置6的4个方位的位移数据，可以确定耐高焓气体介质补偿器的变形量大小，判定其所处的工作状态，避免因过载造成破坏。
可选地，当采集到的上方位变形量测量装置3、下方位变形量测量装置4、左侧变形量测量装置5，右侧变形量测量装置6的位移量都增大、数值相等且在工作需要变形范围内时，耐高焓气体介质补偿器处于拉伸状态。
可选地，当采集到的上方位变形量测量装置3、下方位变形量测量装置4、左侧变形量测量装置5，右侧变形量测量装置6的位移量都减小、数值相等且在工作需要变形范围内时，耐高焓气体介质补偿器处于压缩状态。
可选地，当采集到的上方位变形量测量装置3和左侧变形量测量装置5的位移量数值都减小且在工作需要变形范围内，同时下方位变形量测量装置4和右侧变形量测量装置6的位移量数值都增大且在工作需要变形范围内时，或者处于以上所描述相反状态时，耐高焓气体介质补偿器处于挠性变形状态；通过变形量的大小可计算出挠性变形量的大小。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)安装变形量测量装置：沿着补偿器径向上下左右4个方位依次布置安装一组变形量测量装置，每个变形量测量装置均设置有相互适配且构成直线运动副的轴杆和套筒杆；
(2)安装数据采集装置：将光栅尺固定安装在轴杆上，光栅尺读数头固定安装在套筒杆上，轴杆相对于套筒杆直线运动形成位移量；
(3)检测补偿器变形量：轴杆相对于套筒杆的位移量为耐高焓气体介质补偿器变形量，耐高焓气体介质补偿器变形后，同时采集补偿器上下左右4个方位的位移量；
(4)计算位移量：光栅尺和光栅尺读数头相对直线运动进行数据采集，通过光栅尺和光栅尺读数头采集获得轴杆相对于套筒杆的位移量；
(5)判定补偿器的状态：通过位移量的采集，判定补偿器的补偿状态处于拉伸状态或是压缩状态或是挠性变形状态的任意一种状态；
所述变形量测量装置包括轴杆端球铰支架、轴杆端球铰、轴杆、直线轴承、套筒杆、套筒杆端球铰、套筒杆端球铰支架、光栅尺、光栅尺读数头；
所述轴杆端球铰支架与轴杆端球铰通过螺母连接；轴杆端球铰与轴杆通过螺纹连接；套筒杆端球铰与套筒杆端球铰支架通过螺母连接；套筒杆端球铰与套筒杆通过螺纹连接；轴杆与套筒杆通过直线轴承形成直线运动副；光栅尺固定安装在轴杆上；光栅尺读数头固定安装在套筒杆上。
2.根据权利要求1所述一种耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法，其特征在于，所述一组变形量测量装置包括上方位变形量测量装置、下方位变形量测量装置、左侧变形量测量装置和右侧变形量测量装置，其结构完全相同，且沿着补偿器径向间隔90度上下左右依次布置安装。
3.根据权利要求1所述一种耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法，其特征在于，所述变形量测量装置的轴杆端球铰通过轴杆端球铰支架与耐高焓气体介质补偿器直段总体固定连接；变形量测量装置的套筒杆端球铰通过套筒杆端球铰支架与耐高焓气体介质补偿器变径段总体固定连接。
4.根据权利要求3所述一种耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法，其特征在于，当耐高焓气体介质补偿器变形时，变形量测量装置的轴杆端球铰相对于套筒杆端球铰沿中心线发生位移，此位移等于轴杆相对于套筒杆通过直线轴承的产生的位移。
5.根据权利要求2所述一种耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法，其特征在于，所述变形量测量装置安装于耐高焓气体介质补偿器，具体包括：直段总体、变径段总体、一组变形量测量装置、耐高温波纹管；所述直段总体和变径段总体通过耐高温波纹管焊接在一起，通过柔性变形实现补偿；变形量测量装置两端和直段总体和变径段总体刚性的固定连接在一起；随着耐高温波纹管的变形产生相应位移量；所述耐高温波纹管的左侧波纹管和右侧波纹管通过单个横波段连接，单个横波段在轴向设置为一个纵波，在其两侧壁的径向分别设置有多个横波。
6.根据权利要求1所述一种耐高焓气体介质补偿器变形量的检测方法，其特征在于，通过安装在轴杆上的光栅尺和安装在光栅尺套筒杆上的光栅尺读数头采集获得4个方位的位移量，判定耐高焓气体介质补偿器是否处于正常的工作补偿范围内。
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Effect of the size of the sheet with sheared protrusions on the deformed shape after springback;Chang-Whan Lee等;《Materials & Design》;20160405;第95卷;第348-357页 *
可膨胀波纹管水力膨胀力学特性研究;郭强等;《探矿工程(岩土钻掘工程)》;20191231;第46卷(第12期);第50-55页 *
波纹管自调式制冷器常见故障分析;郭祥祥等;《低温与超导》;20191231;第47卷(第4期);第19-23页 *

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