CN113048318A - 一种在线监测位移的波纹管补偿器及在线监测位移的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及波纹管补偿器与智能监测结合技术领域，具体涉及一种在线监测位移的波纹管补偿器及在线监测位移的方法，波纹管补偿器的左端接管外壁沿周向固定至少两个传感器位置调节支座，右端接管外壁沿周向固定至少一个传感器位置调节支座，左端接管和右端接管上分别有一个传感器位置调节支座对齐安装，左端接管上有一个传感器位置调节支座与同侧对齐安装的传感器位置调节支座沿周向错开一定角度安装，在每个传感器位置调节支座上分别设置一个激光位移传感器，对应每个激光位移传感器的激光发射方向，分别配置安装定位板。本发明能够实时监测从管网安装完成后系统试压到长期工作状态下波纹管补偿器的位移变化。

Description

一种在线监测位移的波纹管补偿器及在线监测位移的方法

技术领域

本发明涉及波纹管补偿器与智能监测结合技术领域，具体涉及一种在线监测位移的波纹管补偿器及在线监测位移的方法。

背景技术

复式波纹管补偿器广泛的应用于管路的设计中，既能够补偿管道的轴向位移，同时可以补偿管道的横向位移。依据《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》及《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》，传统的机械设备与网络技术的结合已成为一种趋势，即“物联网”技术。

位移作为波纹管补偿器一项重要的特征参数，具有信息化提取的必要性。对于位移参数的监控不仅可以判断波纹管补偿器的稳定性，同时可以监测补偿器的运行状态。此外位移数据与补偿器疲劳之间的大数据分析以及数学建模关系对波纹管补偿器的剩余疲劳寿命的预测与风险评估具有重要意义。复式波纹管补偿器包含补偿器使用中的轴向位移以及横向位移，针对这两种位移数据的获取提出一种在线位移监测的方法。目前波纹补偿器位移传感技术多基于间接测量数据，通过复杂运算得出位移值。由于计算过程存在较多变化参数，其不确定性将导致误差的增加，因此需寻求一种较为简单方式直接获取波纹管补偿器位移值。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种在线监测位移的波纹管补偿器及在线监测位移的方法，实时监测从管网安装完成后系统试压到长期工作状态下波纹管补偿器的位移变化。

本发明是这样实现的，提供一种在线监测位移的波纹管补偿器，包括右端接管、波纹管、左端接管、激光位移传感器、传感器位置调节支座和定位板，右端接管和左端接管分别连接在波纹管的两侧，左端接管外壁沿周向固定至少两个传感器位置调节支座，右端接管外壁沿周向固定至少一个传感器位置调节支座，左端接管和右端接管上分别有一个传感器位置调节支座对齐安装，左端接管上有一个传感器位置调节支座与同侧对齐安装的传感器位置调节支座沿周向错开一定角度安装，在每个传感器位置调节支座上分别设置一个激光位移传感器，对应每个激光位移传感器的激光发射方向，分别配置安装定位板。

优选地，所述波纹管补偿器为复式波纹管补偿器，还包括中间接管，所述波纹管至少设有2个，相邻波纹管之间通过中间接管连接，所述右端接管连接在最右侧的波纹管的右侧，所述左端接管连接在最左端的波纹管的左侧。

进一步优选，所述传感器位置调节支座包括双头螺柱、旋转台、高度调整螺柱和高度调整螺套，高度调整螺套固定在所述右端接管或左端接管上，高度调整螺柱螺纹安装在高度调整螺套内，旋转台固定连接在高度调整螺柱的上端，双头螺柱的两端分别与旋转台的两侧螺纹连接，所述激光位移传感器固定在双头螺柱的中部。

进一步优选，在所述高度调整螺柱上，螺纹连接有高度限位螺母，并且在高度调整螺柱的上段，垂直固定手柄，在所述双头螺柱的中部，固定设置传感器固定板，所述激光位移传感器通过卡扣固定在传感器固定板上，双头螺柱位于所述旋转台外侧的部分上螺纹连接水平限位螺母。

进一步优选，所述传感器位置调节支座设有3个，在3个传感器位置调节支座上分别设置一个所述激光位移传感器，所述定位板包括定位板Ⅰ、定位板Ⅱ和定位板Ⅲ，定位板Ⅰ的位置设置在所述右端接管上的激光位移传感器激光发射方向上，定位板Ⅱ设置在所述左端接管上、与右端接管上的激光位移传感器对齐的激光位移传感器的激光发射方向上，定位板Ⅲ设置在与同侧对齐设置的激光位移传感器沿周向错开一定角度的激光位移传感器的激光发射方向上。

进一步优选，所述左端接管上的两个所述激光位移传感器沿周向错开90°。

进一步优选，所述激光位移传感器为无线激光位移传感器。

本发明还提供一种利用上述的在线监测位移的波纹管补偿器进行位移监测的方法，包括如下步骤：

1)根据现场波纹管补偿器补偿轴向与横向位移方向，确定所述传感器位置调节支座以及所述激光位移传感器的安装位置，通过调节传感器位置调节支座，从而使激光传感器的激光射线不与所述波纹管干涉，保证波纹管补偿器上测量横向位移的两台激光位移传感器的射线方向与波纹管补偿器补偿管道横向位移方向相同，波纹管补偿器上测量轴向位移的一台激光位移传感器的射线方向与波纹管补偿器补偿管道轴向位移方向相同；

2)分别调试、校零每台激光位移传感器，调试完毕后安装定位板：用于测量轴向位移的所述定位板Ⅲ与所述右端接管外壁固定连接或安装在就近固定设备或可靠固定建筑设施上，位置在波纹管两米范围内，定位板Ⅲ板面与激光位移传感器射线方向垂直，读取初始位移示数X3；

3)所述定位板Ⅰ、所述定位板Ⅱ保持水平，位置在波纹管两米范围内，就近设置在固定设备或可靠固定建筑设施上，定位板板面与对应的激光位移传感器射线方向垂直，分别读取初始位移示数X1、X2；

4)工作状态时，波纹管补偿器开始补偿位移，包含轴向位移以及横向位移，激光位移传感器示数出现变化，分别读取示数：X1′、X2′、X3′；

其中：补偿器轴向位移ΔX3＝X3-X3′，负号表示波纹管拉伸，正号表示压缩；

补偿器右端面横向位移ΔX1＝X1-X1′；

补偿器左端面横向位移ΔX2＝X2-X2′；

补偿器横向位移ΔX4＝X1-X1′+X2-X2′，负号表示横向位移方向与该处激光位移传感器射线方向相反，正号表示横向位移方向与该处激光位移传感器射线方向相同；

5)由于波纹管补偿器的波纹管类似于弹簧，具有弯曲属性，在特殊工况下可能出现局部的角位移现象，因此一旦出现激光位移传感器位移示数大于设计位移或剧变，即:

{ΔX|ΔX1，ΔX2，ΔX3}>设计位移

此时，说明激光位移传感器射线与定位板可能发生倾斜或射线已偏离定位板，需现场调节相应的传感器位置调节支座使射线与定位板保持垂直。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

采用激光传感器测量波纹管补偿器位移，实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗干扰能力强。测量位移方法较为简单，避免复杂运算，能够较快的得出补偿器轴向以及横向位移值。传感器位置调节支座的设计方便激光射线方向的动态调节，以适应现场波纹管补偿器位移工况，得出较为准确的位移数值。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为实施例1中复式波纹管补偿器位移在线测量示意图；

图2为实施例1中复式波纹管补偿器侧视结构图；

图3为传感器位置调节支座的剖视结构图；

图4为传感器位置调节支座的侧视结构图；

图5为实施例2中复式波纹管补偿器位移在线测量示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1、

参考图1、图2，本实施例提供一种在线监测位移的复式波纹管补偿器，包括右端接管1、2个波纹管2、中间接管3、左端接管4、3个激光位移传感器5、3个传感器位置调节支座7和3个定位板，2个波纹管2之间通过中间接管3连接，右端接管1连接在右侧的波纹管2的右侧，左端接管4连接在左端的波纹管2的左侧，左端接管4外壁沿周向固定至少两个传感器位置调节支座7，右端接管1外壁沿周向固定至少一个传感器位置调节支座7，左端接管4和右端接管1上分别有一个传感器位置调节支座7对齐安装，左端接管4上有一个传感器位置调节支座7与同侧对齐安装的传感器位置调节支座7沿周向错开90°安装，在每个传感器位置调节支座7上分别设置一个激光位移传感器5，对应每个激光位移传感器5的激光发射方向，分别配置安装定位板。定位板包括定位板Ⅰ6、定位板Ⅱ8和定位板Ⅲ9，定位板Ⅰ6的位置设置在所述右端接管1上的激光位移传感器5激光发射方向上，定位板Ⅱ8设置在所述左端接管4上、与右端接管1上的激光位移传感器5对齐的激光位移传感器5的激光发射方向上，定位板Ⅲ9设置在与同侧对齐设置的激光位移传感器5沿周向错开90°的激光位移传感器5的激光发射方向上，在本实施例中，定位板Ⅲ9设置在右端接管1外壁上。

参考图3和图4，为了方便调整激光位移传感器5的激光发射方向，作为技术方案的改进，所述传感器位置调节支座7包括双头螺柱701、旋转台702、高度调整螺柱704和高度调整螺套705，高度调整螺套705固定在所述右端接管1或左端接管4上，高度调整螺柱704螺纹安装在高度调整螺套705内，旋转台702固定连接在高度调整螺柱704的上端，双头螺柱701的两端分别与旋转台702的两侧螺纹连接，所述激光位移传感器5固定在双头螺柱701的中部。

调整高度时，转动高度调整螺柱704，高度调整螺柱704在高度调整螺套705内旋转及上下移动，实现激光位移传感器5X方向上的竖直移动和转动，调整水平方向时，通过转动双头螺柱701，完成激光位移传感器5在Y方向上的转动和平移。

具体的，为了限定高度，在所述高度调整螺柱704上，螺纹连接有高度限位螺母706，为了方便转动高度调整螺柱704，在高度调整螺柱704的上段，垂直固定手柄707，为了方便安装传感器固定板703，在所述双头螺柱701的中部，固定设置传感器固定板703，所述激光位移传感器5通过卡扣固定在传感器固定板703上，为了限定水平位置，双头螺柱701位于所述旋转台702外侧的部分上螺纹连接水平限位螺母708。

激光位移传感器5为无线激光位移传感器，可优选ShinePoin的无线激光测距传感器(型号：SW-430M-232)，减少现场布线，操作简便，实时的将位移数据传递显示终端，通过收集位移差数据，实时监测复式波纹管补偿器的轴向位移与横向位移变化，正负号则反应位移方向。

利用本实施例提供的在线监测位移的波纹管补偿器进行位移监测的方法，包括如下步骤：

1)根据现场波纹管补偿器补偿轴向与横向位移方向，确定所述传感器位置调节支座7以及所述激光位移传感器5的安装位置，通过调节传感器位置调节支座7，从而使激光传感器5的激光射线不与所述波纹管2干涉，保证波纹管补偿器上测量横向位移的两台激光位移传感器5的射线方向与波纹管补偿器补偿管道横向位移方向相同，波纹管补偿器上测量轴向位移的一台激光位移传感器5的射线方向与波纹管补偿器补偿管道轴向位移方向相同；

2)分别调试、校零每台激光位移传感器5，调试完毕后安装定位板：用于测量轴向位移的所述定位板Ⅲ9与所述右端接管1外壁固定连接或安装在就近固定设备或可靠固定建筑设施上，位置在波纹管2两米范围内，定位板Ⅲ9板面与激光位移传感器5射线方向垂直，读取初始位移示数X3；

3)所述定位板Ⅰ6、所述定位板Ⅱ8保持水平，位置在波纹管2两米范围内，就近设置在固定设备或可靠固定建筑设施上，定位板板面与对应的激光位移传感器5射线方向垂直，分别读取初始位移示数X1、X2；

4)工作状态时，波纹管补偿器开始补偿位移，包含轴向位移以及横向位移，激光位移传感器5示数出现变化，分别读取示数：X1′、X2′、X3′；

其中：补偿器轴向位移ΔX3＝X3-X3′，负号表示波纹管拉伸，正号表示压缩；

补偿器右端面横向位移ΔX1＝X1-X1′；

补偿器左端面横向位移ΔX2＝X2-X2′；

补偿器横向位移ΔX4＝X1-X1′+X2-X2′，负号表示横向位移方向与该处激光位移传感器5射线方向相反，正号表示横向位移方向与该处激光位移传感器5射线方向相同；

5)由于波纹管补偿器的波纹管类似于弹簧，具有弯曲属性，在特殊工况下可能出现局部的角位移现象，因此一旦出现激光位移传感器5位移示数大于设计位移或剧变，即:

{ΔX|ΔX1，ΔX2，ΔX3}>设计位移

此时，说明激光位移传感器5射线与定位板可能发生倾斜或射线已偏离定位板，需现场调节相应的传感器位置调节支座7使射线与定位板保持垂直。

实施例2、

参考图5，本实施例提供一种在线监测位移的复式波纹管补偿器，与实施例1的区别在于，复式波纹管补偿器包括4个激光位移传感器5、4个传感器位置调节支座7，还包括定位板Ⅳ10，以定位板Ⅳ10不方便安装在右接管1外壁，且保持与波纹管距离不大于2米的情况下位移监测方法。具体的，利用上述位移在线监测复式波纹管补偿器进行位移监测的方法包括如下步骤：

1)首先进行复式波纹管补偿器的安装位置调整，根据现场补偿器补偿轴向与横向位移方向，通过传感器位置调节支座7调节，激光射线应不与波纹管2干涉，应保证补偿器上测量横向位移的两台激光位移传感器5射线方向与补偿器补偿管道横向位移方向相同，补偿器上测量轴向位移的两台激光位移传感器5射线方向与补偿器补偿管道轴向位移方向相同；

2)分别调试、校零每台激光位移传感器5，调试完毕后安装定位板，将定位板Ⅲ9、定位板Ⅳ10安装在就近固定设备或可靠固定建筑设施，位置应在波纹管2两米范围内。定位板板面与传感器射线方向垂直。分别读取初始位移示数X3，X5。

3)定位板Ⅰ6、定位板Ⅱ8应尽量保持水平，位置应在波纹管2两米范围内，若该范围内不方便布置定位板，需就近固定设备或可靠固定建筑设施设置附属支撑结构固定定位板，定位板板面与传感器射线方向垂直，分别读取初始位移示数X1、X2；

4)管道运行状态时，复式波纹管补偿器开始补偿位移，包含轴向位移以及横向位移，激光传感器示数各自出现变化，分别读取示数：X1′、X2′、X3′、X5′。

其中：补偿器左端面轴向位移ΔX3＝X3-X3′；

补偿器右端面轴向位移ΔX5＝X5-X5′；

补偿器轴向位移ΔX6＝X3-X3′+X5-X5′负号表示波纹管拉伸，正号表示压缩。

补偿器左端面横向位移ΔX1＝X1-X1′；

补偿器右端面横向位移ΔX2＝X2-X2′；

补偿器横向位移ΔX4＝X1-X1′+X2-X2′负号表示横向位移方向与该处激光传感器射线方向相反，正号表示横向位移方向与该处激光传感器射线方向相同。

5)实时监测每台激光传感器示数。因此一旦但出现传感器位移示数大于设计位移或剧变开始报警，即:

{ΔX|ΔX1，ΔX2，ΔX3，ΔX5}>设计位移

说明传感器射线与定位板可能发生倾斜不在保持垂直状态，或射线已偏离定位板，需现场检查并调节相应的传感器位置调节支座使射线与定位板尽量保持垂直。

上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种在线监测位移的波纹管补偿器，其特征在于，包括右端接管(1)、波纹管(2)、左端接管(4)、激光位移传感器(5)、传感器位置调节支座(7)和定位板，右端接管(1)和左端接管(4)分别连接在波纹管(2)的两侧，左端接管(4)外壁沿周向固定至少两个传感器位置调节支座(7)，右端接管(1)外壁沿周向固定至少一个传感器位置调节支座(7)，左端接管(4)和右端接管(1)上分别有一个传感器位置调节支座(7)对齐安装，左端接管(4)上有一个传感器位置调节支座(7)与同侧对齐安装的传感器位置调节支座(7)沿周向错开一定角度安装，在每个传感器位置调节支座(7)上分别设置一个激光位移传感器(5)，对应每个激光位移传感器(5)的激光发射方向，分别配置安装定位板。

2.根据权利要求1所述的在线监测位移的波纹管补偿器，其特征在于，所述波纹管补偿器为复式波纹管补偿器，还包括中间接管(3)，所述波纹管(2)至少设有2个，相邻波纹管(2)之间通过中间接管(3)连接，所述右端接管(1)连接在最右侧的波纹管(2)的右侧，所述左端接管(4)连接在最左端的波纹管(2)的左侧。

3.根据权利要求1所述的在线监测位移的波纹管补偿器，其特征在于，所述传感器位置调节支座(7)包括双头螺柱(701)、旋转台(702)、高度调整螺柱(704)和高度调整螺套(705)，高度调整螺套(705)固定在所述右端接管(1)或左端接管(4)上，高度调整螺柱(704)螺纹安装在高度调整螺套(705)内，旋转台(702)固定连接在高度调整螺柱(704)的上端，双头螺柱(701)的两端分别与旋转台(702)的两侧螺纹连接，所述激光位移传感器(5)固定在双头螺柱(701)的中部。

4.根据权利要求3所述的在线监测位移的波纹管补偿器，其特征在于，在所述高度调整螺柱(704)上，螺纹连接有高度限位螺母(706)，并且在高度调整螺柱(704)的上段，垂直固定手柄(707)，在所述双头螺柱(701)的中部，固定设置传感器固定板(703)，所述激光位移传感器(5)通过卡扣()固定在传感器固定板(703)上，双头螺柱(701)位于所述旋转台(702)外侧的部分上螺纹连接水平限位螺母(708)。

5.根据权利要求1所述的在线监测位移的波纹管补偿器，其特征在于，所述传感器位置调节支座(7)设有3个，在3个传感器位置调节支座(7)上分别设置一个所述激光位移传感器(5)，所述定位板包括定位板Ⅰ(6)、定位板Ⅱ(8)和定位板Ⅲ(9)，定位板Ⅰ(6)的位置设置在所述右端接管(1)上的激光位移传感器(5)激光发射方向上，定位板Ⅱ(8)设置在所述左端接管(4)上、与右端接管(1)上的激光位移传感器(5)对齐的激光位移传感器(5)的激光发射方向上，定位板Ⅲ(9)设置在与同侧对齐设置的激光位移传感器(5)沿周向错开一定角度的激光位移传感器(5)的激光发射方向上。

6.根据权利要求5所述的在线监测位移的波纹管补偿器，其特征在于，所述左端接管(4)上的两个所述激光位移传感器(5)沿周向错开90°。

7.根据权利要求1所述的在线监测位移的波纹管补偿器，其特征在于，所述激光位移传感器(5)为无线激光位移传感器。

8.一种利用权利要求5所述的在线监测位移的波纹管补偿器进行位移监测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据现场波纹管补偿器补偿轴向与横向位移方向，确定所述传感器位置调节支座(7)以及所述激光位移传感器(5)的安装位置，通过调节传感器位置调节支座(7)，从而使激光传感器(5)的激光射线不与所述波纹管(2)干涉，保证波纹管补偿器上测量横向位移的两台激光位移传感器(5)的射线方向与波纹管补偿器补偿管道横向位移方向相同，波纹管补偿器上测量轴向位移的一台激光位移传感器(5)的射线方向与波纹管补偿器补偿管道轴向位移方向相同；

2)分别调试、校零每台激光位移传感器(5)，调试完毕后安装定位板：用于测量轴向位移的所述定位板Ⅲ(9)与所述右端接管(1)外壁固定连接或安装在就近固定设备或可靠固定建筑设施上，位置在波纹管(2)两米范围内，定位板Ⅲ(9)板面与激光位移传感器(5)射线方向垂直，读取初始位移示数X3；

3)所述定位板Ⅰ(6)、所述定位板Ⅱ(8)保持水平，位置在波纹管(2)两米范围内，就近设置在固定设备或可靠固定建筑设施上，定位板板面与对应的激光位移传感器(5)射线方向垂直，分别读取初始位移示数X1、X2；

4)工作状态时，波纹管补偿器开始补偿位移，包含轴向位移以及横向位移，激光位移传感器(5)示数出现变化，分别读取示数：X1′、X2′、X3′；

其中：补偿器轴向位移ΔX3＝X3-X3′，负号表示波纹管拉伸，正号表示压缩；

补偿器右端面横向位移ΔX1＝X1-X1′；

补偿器左端面横向位移ΔX2＝X2-X2′；

补偿器横向位移ΔX4＝X1-X1′+X2-X2′，负号表示横向位移方向与该处激光位移传感器(5)射线方向相反，正号表示横向位移方向与该处激光位移传感器(5)射线方向相同；

5)由于波纹管补偿器的波纹管类似于弹簧，具有弯曲属性，在特殊工况下可能出现局部的角位移现象，因此一旦出现激光位移传感器(5)位移示数大于设计位移或剧变，即:

{ΔX|ΔX1，ΔX2，ΔX3}>设计位移

此时，说明激光位移传感器(5)射线与定位板可能发生倾斜或射线已偏离定位板，需现场调节相应的传感器位置调节支座(7)使射线与定位板保持垂直。

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