CN113588108A - 一种高温高压多点式测温装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温高压多点式测温装置，包括测温探针和底座两部分；所述测温探针包括至少两根铠装热电偶、上层密封螺帽、连接螺母、下层密封螺帽、探针管、两个定位销、紧压垫和两个热电偶密封垫；所述底座包括固定螺帽、紧压螺母、固定座、固定环、底座紧压垫和探针密封圈。本发明装置结构紧凑，从上到下尺寸一致，占用空间小，可实现对于狭小空间内的多点测温需求；本发明中设置了多重密封，密封方式为挤压密封，因此松开后可多次调节测温探针或单个铠装热电偶的插入深度，即测点位置调节方便；另外，热电偶测温头直接与被测介质接触，温度响应灵敏；铠装热电偶分别固定互不接触，避免了现有技术中互相接触造成的测量误差。
Description
技术领域
本发明专利属于机械装置技术领域，涉及一种高温高压多点式测温装置。
背景技术
高温高压流体在工业锅炉及核能系统中应用广泛，流体的温度、压力等工作参数对系统安全及能量转换效率有显著影响。常规的测温方法只有一个测温元件，只能测量某一个点的温度，而对一些具有温度梯度的场景，需要安装多个测温装置，占用空间大，布置困难。另外，对于一些空间狭小且测温需求密集的场所，安装多只热电偶易干扰流场，进而造成较大的测量误差，成为实际工程中的技术难题。现有的多点测温技术多为非接触式测量，例如红外、激光、超声等，但这种测量方式无法测量流体内部温度。常规的流体多点测温方法是将一束长短不同的热电偶捆绑插入流体内不同深度，对高温高压流体进行测温时，对热电偶束及每根热电偶密封方式提出较大挑战。
中国专利，专利号ZL 200620033539.8“多点测温铠装热电偶”其特征为把多只热电偶封装在一个保护套内，沿保护套长度方向梯度布置，再把保护套整体插入测温介质中。由于感温点并未与测温介质直接接触，热量需通过导热的方式传递给保护套，进而传递给感温点，对一些温度变化速度较快的场景，测温灵敏度不高，且测点位置一旦固定便不可调节，某一测点故障时不可单独更换。
中国专利，专利授权号CN 209706971 U“一种用于高温高压腐蚀环境下流体内多点测温的装置”其特征为竖直插入的主套管上横向伸出数根较细的支套管，测温热电偶布置在支套管内，通过补偿导线从主套管中引出，铠装热电偶探头与支管之间通过焊接达到密封效果。但该装置安装困难，且单个热电偶故障时无法单独更换。
中国专利，专利授权号CN 210036985 U“柔性多点测温热电偶”其特征为多根柔性热电偶分别通过上连接管、下连接管和法兰插入测温介质中，插入深度不一，上连接管侧壁设置有密封浆料的灌浆口。但在测量高温高压流体介质时，密封无法满足要求；热电偶互相接触，没有单独固定，影响测温精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温高压多点式测温装置，以解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，
一种高温高压多点式测温装置，包括测温探针和底座两部分；
所述测温探针包括至少两根铠装热电偶、上层密封螺帽、连接螺母、下层密封螺帽、探针管、两个定位销、紧压垫和两个热电偶密封垫；其中，所述上层密封螺帽、下层密封螺帽分别与连接螺母的上部和下部相连接；上层密封螺帽上端的内端面与连接螺母之间由上到下安装紧压垫和一个热电偶密封垫，所述下层密封螺帽和连接螺母之间由下到上安装探针管的上段和一个热电偶密封垫；所述连接螺母与紧压垫和探针管之间分别通过一个定位销周向定位；所述上层密封螺帽、紧压垫、一个热电偶密封垫、连接螺母、另一个热电偶密封垫、探针管和下层密封螺帽由上到下形成贯通的空腔，其中穿过铠装热电偶；
所述底座包括固定螺帽、紧压螺母、固定座、固定环、底座紧压垫和探针密封圈；其中，所述固定螺帽套装在紧压螺母的上段外部，所述固定环安装在固定螺帽上端的内端面和紧压螺母之间；所述紧压螺母下段套装在固定座的上段外部，底座紧压垫、探针密封圈由上到下依次安装在固定座的上端内部，且底座紧压垫的上端面与紧压螺母下段内部的上端面接触；所述固定螺帽、固定环、紧压螺母、底座紧压垫和固定座由上到下形成贯通的空腔，其中穿过探针管。
进一步的，所述上层密封螺帽与所述下层密封螺帽结构相同，其设有内螺纹，一端开敞，另一端开有小孔。
进一步的，所述连接螺母包括从上到下的上部、中部和下部，其中，所述上部和下部上下对称，结构和尺寸均相同，它们的内径均大于中部的内径；在上部的上端和下部的下端的内壁上均设有第一定位销卡槽，中部为螺母主体；所述上部内从下到上放置热电偶密封垫和紧压垫，紧压垫高于上部上端，所述定位销安装在上部的第一定位销卡槽中，上层密封螺帽螺纹连接在上部上端；所述下部内从上到下放置热电偶密封垫和探针管，所述定位销安装在下部的第一定位销卡槽中，下层密封螺帽螺纹连接在下部的下端。
进一步的，所述紧压垫为带有底板的圆筒，在其外壁设置第二定位销卡槽，所述第二定位销卡槽与第一定位销卡槽位置对应形成空腔；在紧压垫底板上设有多个热电偶通道，个数与铠装热电偶的个数相同。
进一步的，所述热电偶密封垫为圆柱，柱体内设置多个铠装热电偶通道，个数与铠装热电偶的个数相同。
进一步的，所述探针管为空心筒，包括从上到下的上段、中段和下段，其中，所述上段的外径大于中段和下段，其外壁设有第三定位销卡槽，所述第三定位销卡槽与第一定位销卡槽位置对应形成空腔；所述上段顶部与一个热电偶密封垫接触，二者同时放入连接螺母的下部内；所述中段的外径略小于下层密封螺帽的小孔直径，下层密封螺帽带有小孔的一端朝下套进探针管，并与连接螺母的下部螺接；所述下段内部设有多个铠装热电偶通道，其个数与铠装热电偶的个数相同。
进一步的，所述底座紧压垫为顶部带有环形边的空筒，其内径略大于探针管中段的外径；所述底座紧压垫的底部端面与探针密封圈接触，顶部端面与紧压螺母接触。
进一步的，所述固定座包括中空的固定座上段和固定座下段，其中，固定座上段内径大于固定座下段，且略大于底座紧压垫的外径，其外径小于固定座下段；固定座上段设有外螺纹，其内部从下到上依次放置探针密封圈和底座紧压垫；固定座下段的内径略大于探针管中段的外径。
进一步的，所述紧压螺母包括中空的紧压螺母上段和紧压螺母下段，其中，所述紧压螺母上段中间为探针管的通道，紧压螺母上段设有外螺纹，固定螺帽带有小孔一端向上螺接在紧压螺母上段；所述固定螺帽与紧压螺母上段之间设有固定环；所述紧压螺母下段内径略大于固定座上段的外径，其通过螺纹与固定座上段连接，紧压螺母下段顶部与底座紧压垫顶部接触。
进一步的，所述紧压螺母上段上端内部设置锥度，所述固定环放置在锥度上；固定环上端带有环形边，下端为由多个弧形瓣片围成的球面，且相邻的弧形瓣片之间有空隙；所有的弧形瓣片与紧压螺母顶部的锥度相接触。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
1、本发明装置结构紧凑，从上到下尺寸一致，占用空间小，可实现对于狭小空间内的多点测温需求；
2、本发明装置中设置了多重密封，密封方式为挤压密封，因此松开后可多次调节测温探针或单个铠装热电偶的插入深度，即测点位置调节方便；
3、单个热电偶故障时可单独更换，设备利用率高，方便维护；
4、热电偶测温头直接与被测介质接触，温度响应灵敏；
5、铠装热电偶分别固定互不接触，避免了现有技术中互相接触造成的测量误差；
6、本发明装置不仅局限于高温高压流体温度的测量，也可用于非高温高压流体。
附图说明
图1是测温探针示意图；
图2是底座示意图；
图3是本发明的整体装配结构图；
图4是上层密封螺帽、下层密封螺帽或固定螺帽的示意图；
图5是连接螺母示意图；
图6是紧压垫示意图；
图7是热电偶密封垫示意图；
图8是探针管示意图；
图9是固定座示意图；
图10是底座紧压垫示意图；
图11是紧压螺母示意图；
图12是固定环示意图。
图中，1.上层密封螺帽，2.连接螺母，3.下层密封螺帽，4.探针管，5.定位销，6.紧压垫，7.热电偶密封垫，8.固定螺帽，9.紧压螺母，10.固定座，11.固定环，12.底座紧压垫，13.探针密封圈；
201.上部，202.中部，203.下部，204.第一定位销卡槽；
401.上段，402.中段，403.下段，404.第三定位销卡槽；
601.第二定位销卡槽,602.热电偶通道；
1001.固定座上段，1002.固定座下段；
1101.环形边，1102.弧形瓣片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本专利进行详细说明。
在本实施例中，本发明提供的高温高压多点式测温装置，包括测温探针和底座两部分，分别见图1、图2。
所述测温探针向下插入所述底座后为本发明装置的最终装配效果，见图3。
所述测温探针包括至少两根铠装热电偶、上层密封螺帽1、连接螺母2、下层密封螺帽3、探针管4、两个定位销5、紧压垫6和两个热电偶密封垫7。其中，上层密封螺帽1、下层密封螺帽3分别与连接螺母2的上部和下部相连接；上层密封螺帽1上端的内端面与连接螺母2之间由上到下安装紧压垫6和一个热电偶密封垫7，下层密封螺帽3和连接螺母2之间由下到上安装探针管4的上段和一个热电偶密封垫7；优选的，连接螺母2与紧压垫6和探针管4之间分别通过一个定位销5周向定位。上层密封螺帽1、紧压垫6、一个热电偶密封垫7、连接螺母2、另一个热电偶密封垫7、探针管4和下层密封螺帽3由上到下形成贯通的空腔，其中穿过铠装热电偶。
上述技术方案中，上层密封螺帽1、下层密封螺帽3分别形成上、下密封，通过上层密封螺帽1、下层密封螺帽3内分别设置的热电偶密封垫7与紧压垫6、探针管4上段的配合，加强了两端的密封效果；定位销的周向定位使得测温探针的装配拧紧过程中避免紧压垫6和探针管4周向转动，进而防止热电偶被绞成一股，甚至被绞断。
测温探针中的各部件设计如下：
所述上层密封螺帽1与所述下层密封螺帽3结构相同，见图4，其设有内螺纹，一端开敞，另一端开有小孔，小孔用以穿过铠装热电偶或探针管。
所述连接螺母2的结构见图5，包括从上到下的上部201、中部202和下部203，其中，上部201和下部203上下对称，结构和尺寸均相同，它们的内径均大于中部203的内径；在上部201的上端和下部203的下端的内壁上均设有第一定位销卡槽204，中部202为螺母主体。上部201内从下到上放置热电偶密封垫7和紧压垫6，紧压垫6高于上部201上端，定位销5安装在上部201的第一定位销卡槽204中，上层密封螺帽1螺纹连接在上部201上端。当拧紧上层密封螺帽1时，紧压垫6受力，从而挤压热电偶密封垫7，使其变形抱紧铠装热电偶，从而达到铠装热电偶的上层密封效果，此处设置定位销5的目的是对紧压垫6进行周向定位，防止在拧紧上层密封螺帽1过程中带动紧压垫6转动而使热电偶绞为一股甚至绞断；下部203内从上到下放置热电偶密封垫7和探针管4，定位销5安装在下部203的第一定位销卡槽204中，该定位销5的目的是对探针管4进行周向定位，下层密封螺帽3螺纹连接在下部203的下端。
所述紧压垫6为带有底板的圆筒，其结构见图6。在其外壁设置第二定位销卡槽601，第二定位销卡槽601与第一定位销卡槽204位置对应形成空腔，该空腔内可用于安装一个定位销5。在紧压垫6底板上设有多个热电偶通道602，其个数与热电偶个数相同，直径略大于铠装热电偶直径，用以确定各个铠装热电偶的相对位置，使它们之间互不接触，避免测量误差。
所述热电偶密封垫7为圆柱，结构见图7，柱体内设置多个铠装热电偶通道，其个数与铠装热电偶的个数相同，其材质根据需求可为石墨、聚四氟乙烯或铜等。
所述探针管4为空心筒，结构见图8，包括从上到下的上段401、中段402和下段403，其中，上段401的外径大于中段和下段，其外壁设有第三定位销卡槽404，第三定位销卡槽404与第一定位销卡槽204位置对应形成空腔，该空腔内可用于安装一个定位销5；上段401顶部与一个热电偶密封垫7接触，二者同时放入连接螺母2的下部203内；中段402为探针管4的主体部分，中段402的外径略小于下层密封螺帽3的小孔直径，下层密封螺帽3带有小孔的一端朝下套进探针管4，并与连接螺母2的下部203螺接。当拧紧下层密封螺帽3时，上段401受到挤压，其作用类似于放置在上部201内的紧压垫6，进而压紧下部203内的热电偶密封垫7，使其变形抱紧铠装热电偶，从而达到对铠装热电偶的下层密封效果；下段403内部设有多个铠装热电偶通道，其个数与铠装热电偶的个数相同，用于固定每根铠装热电偶的位置，使它们之间互不接触，避免测量误差。
所述底座包括固定螺帽8、紧压螺母9、固定座10、固定环11、底座紧压垫12和探针密封圈13。其中，固定螺帽8套装在紧压螺母9的上段外部，固定环11安装在固定螺帽8上端的内端面和紧压螺母9之间；紧压螺母9下段套装在固定座10的上段外部，底座紧压垫12、探针密封圈13由上到下依次安装在固定座10的上端内部，且底座紧压垫12的上端面与紧压螺母9下段内部的上端面接触；固定螺帽8、固定环11、紧压螺母9、底座紧压垫12和固定座10由上到下形成贯通的空腔，其中穿过探针管4。
上述底座的设计方案中，紧压螺母9、底座紧压垫12、探针密封圈13、固定座10形成对探针管4的密封；固定螺帽8、固定环11、紧压螺母9形成对探针管4上下位置的固定。
底座中的各部件设计如下：
所述固定螺帽8的结构与上层密封螺帽1、下层密封螺帽3相同，见图4。
所述底座紧压垫12为顶部带有环形边的空筒，其结构见图10。其内径略大于探针管4中段402的外径。底座紧压垫12的底部端面与探针密封圈13接触，顶部端面与紧压螺母9接触。
所述固定座10的结构见图9，包括中空的固定座上段1001和固定座下段1002，其中，固定座上段1001内径大于固定座下段1002，且略大于底座紧压垫12的外径，其外径小于固定座下段1002。固定座上段1001设有外螺纹，其内部从下到上依次放置探针密封圈13和底座紧压垫12。固定座下段1002的内径略大于探针管4中段402的外径，其底部可以焊接在待测温的压力容器或管道的表面，从而将本发明的装置整体固定在压力容器或管道的表面。
所述探针密封圈13为圆环，其外径略小于固定座上段1001的内径，内径略大于探针管4中段402的外径，材质根据需求可以为石墨、聚四氟乙烯或铜等。
所述紧压螺母9的结构见图11，包括中空的紧压螺母上段901和紧压螺母下段902，其中，紧压螺母上段901中间为探针管4的通道，紧压螺母上段901设有外螺纹，固定螺帽8带有小孔一端向上螺接在紧压螺母9上段901。固定螺帽8与紧压螺母上段901之间设有固定环11。紧压螺母下段902内径略大于固定座10上段1001的外径，其通过螺纹与固定座上段1001连接，紧压螺母下段902顶部与底座紧压垫12顶部接触，当拧紧紧压螺母下段902螺纹时，底座紧压垫12受到挤压，向下压紧探针密封圈13，使其变形抱死探针管4，从而达到密封效果。
优选的，紧压螺母上段901上端内部设置锥度903，固定环11放置在锥度903上。所述固定环11的结构见图12，其中，固定环11上端带有环形边1101，下端为由8个弧形瓣片1102(优选金属材质)围成的球面，且相邻的弧形瓣片之间有空隙。所有的弧形瓣片1102与紧压螺母9顶部的锥度903相接触。固定环的环形边1101上方为固定螺帽8，固定环11中间为探针管4的通道，当拧紧固定螺帽8时，固定环11向下受力，在锥度903的作用下，金属瓣片1102向内变形收紧，从而起到固定探针管4的作用。
本发明的安装过程如下：
首先在压力容器或管道上打孔，把固定座10焊接在该表面，依次安装底座的其他零部件，包括探针密封圈13、底座紧压垫12、紧压螺母9、固定环11和固定螺帽8，此时固定螺帽8与紧压螺母9、紧压螺母9与固定座10之间均未拧紧。其次，把铠装热电偶安装进测温探针，根据测温需求热电偶头部伸出不同长度，同时拧紧上层密封螺帽1和下层密封螺帽3，以实现对铠装热电偶的固定及密封。最后，把装配好铠装热电偶的测温探针整体插入底座一定深度，先拧紧紧压螺母9以密封探针管4以及初步固定测温探针，再拧紧固定螺帽8进一步固定测温探针,整体装配完毕。
Claims (10)
1.一种高温高压多点式测温装置，其特征在于，包括测温探针和底座两部分；
所述测温探针包括至少两根铠装热电偶、上层密封螺帽、连接螺母、下层密封螺帽、探针管、两个定位销、紧压垫和两个热电偶密封垫；其中，所述上层密封螺帽、下层密封螺帽分别与连接螺母的上部和下部相连接；上层密封螺帽上端的内端面与连接螺母之间由上到下安装紧压垫和一个热电偶密封垫，所述下层密封螺帽和连接螺母之间由下到上安装探针管的上段和一个热电偶密封垫；所述连接螺母与紧压垫和探针管之间分别通过一个定位销周向定位；所述上层密封螺帽、紧压垫、一个热电偶密封垫、连接螺母、另一个热电偶密封垫、探针管和下层密封螺帽由上到下形成贯通的空腔，其中穿过铠装热电偶；
所述底座包括固定螺帽、紧压螺母、固定座、固定环、底座紧压垫和探针密封圈；其中，所述固定螺帽套装在紧压螺母的上段外部，所述固定环安装在固定螺帽上端的内端面和紧压螺母之间；所述紧压螺母下段套装在固定座的上段外部，底座紧压垫、探针密封圈由上到下依次安装在固定座的上端内部，且底座紧压垫的上端面与紧压螺母下段内部的上端面接触；所述固定螺帽、固定环、紧压螺母、底座紧压垫和固定座由上到下形成贯通的空腔，其中穿过探针管。
2.如权利要求1所述的高温高压多点式测温装置，其特征在于，所述上层密封螺帽与所述下层密封螺帽结构相同，其设有内螺纹，一端开敞，另一端开有小孔。
3.如权利要求1所述的高温高压多点式测温装置，其特征在于，所述连接螺母包括从上到下的上部、中部和下部，其中，所述上部和下部上下对称，结构和尺寸均相同，它们的内径均大于中部的内径；在上部的上端和下部的下端的内壁上均设有第一定位销卡槽，中部为螺母主体；所述上部内从下到上放置热电偶密封垫和紧压垫，紧压垫高于上部上端，所述定位销安装在上部的第一定位销卡槽中，上层密封螺帽螺纹连接在上部上端；所述下部内从上到下放置热电偶密封垫和探针管，所述定位销安装在下部的第一定位销卡槽中，下层密封螺帽螺纹连接在下部的下端。
4.如权利要求1所述的高温高压多点式测温装置，其特征在于，所述紧压垫为带有底板的圆筒，在其外壁设置第二定位销卡槽，所述第二定位销卡槽与第一定位销卡槽位置对应形成空腔；在紧压垫底板上设有多个热电偶通道，个数与铠装热电偶的个数相同。
5.如权利要求1所述的高温高压多点式测温装置，其特征在于，所述热电偶密封垫为圆柱，柱体内设置多个铠装热电偶通道，个数与铠装热电偶的个数相同。
6.如权利要求1所述的高温高压多点式测温装置，其特征在于，所述探针管为空心筒，包括从上到下的上段、中段和下段，其中，所述上段的外径大于中段和下段，其外壁设有第三定位销卡槽，所述第三定位销卡槽与第一定位销卡槽位置对应形成空腔；所述上段顶部与一个热电偶密封垫接触，二者同时放入连接螺母的下部内；所述中段的外径略小于下层密封螺帽的小孔直径，下层密封螺帽带有小孔的一端朝下套进探针管，并与连接螺母的下部螺接；所述下段内部设有多个铠装热电偶通道，其个数与铠装热电偶的个数相同。
7.如权利要求1所述的高温高压多点式测温装置，其特征在于，所述底座紧压垫为顶部带有环形边的空筒，其内径略大于探针管中段的外径；所述底座紧压垫的底部端面与探针密封圈接触，顶部端面与紧压螺母接触。
8.如权利要求1所述的高温高压多点式测温装置，其特征在于，所述固定座包括中空的固定座上段和固定座下段，其中，固定座上段内径大于固定座下段，且略大于底座紧压垫的外径，其外径小于固定座下段；固定座上段设有外螺纹，其内部从下到上依次放置探针密封圈和底座紧压垫；固定座下段的内径略大于探针管中段的外径。
9.如权利要求1所述的高温高压多点式测温装置，其特征在于，所述紧压螺母包括中空的紧压螺母上段和紧压螺母下段，其中，所述紧压螺母上段中间为探针管的通道，紧压螺母上段设有外螺纹，固定螺帽带有小孔一端向上螺接在紧压螺母上段；所述固定螺帽与紧压螺母上段之间设有固定环；所述紧压螺母下段内径略大于固定座上段的外径，其通过螺纹与固定座上段连接，紧压螺母下段顶部与底座紧压垫顶部接触。
10.如权利要求1所述的高温高压多点式测温装置，其特征在于，所述紧压螺母上段上端内部设置锥度，所述固定环放置在锥度上；固定环上端带有环形边，下端为由多个弧形瓣片围成的球面，且相邻的弧形瓣片之间有空隙；所有的弧形瓣片与紧压螺母顶部的锥度相接触。
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