CN116227152A - 一种管状物变形检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种管状物变形检测方法，包括：(1)建立管状物的有限元分析模型；(2)施加载荷、约束，模拟实际工况，计算得到理论变形量数据及变形分布数据；(3)根据理论变形分布数据，确定对管状物进行变形检测测点；(4)在所述实际工况下，对变形检测测点的变形量进行测量，得到测量数据；(5)对比所述理论变形量数据和所述测量数据，进行误差分析，若误差小于等于误差限值，则确定所述理论变形量数据作为最终变形量。本发明结合了实验测量验证和有限元分析两种方法，可实现高温和/或高压等严苛工况条件下的管状物变形检测，且具有准确度高等优点。

Description

一种管状物变形检测方法

技术领域

本发明涉及变形检测技术领域，具体涉及一种管状物变形检测方法。

背景技术

目前，管道内径变化检测的主要方法有通径检测器法、管内摄像法、以及超声波测距法，其中：通径检测器法虽然在实际工程中使用较多，但检测分辨率不高；管内摄像法的成本高，不适合大规模推广；超声波测距法虽然具有检测分辨率高、不需要与管壁接触等优点，但是，需要使用耦合剂，不适用高温工况下的管道变形检测。并且，上述这些方法均不太适合在特定高温和/或高压工况等严苛工况条件下的管道变形检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种管状物变形检测方法，结合了实验测量验证和有限元分析两种方法，可实现高温和/或高压等严苛工况条件下的管状物变形检测，且具有准确度高等优点。

本发明提供一种管状物变形检测方法，其技术方案如下：

一种管状物变形检测方法，包括：

(1)建立管状物的有限元分析模型；

(2)施加载荷、约束，模拟实际工况，计算得到理论变形量数据及变形分布数据；

(3)根据理论变形分布数据，确定对管状物进行变形检测测点；

(4)在所述实际工况下，对变形检测测点的变形量进行测量，得到测量数据；

(5)对比所述理论变形量数据和所述测量数据，进行误差分析，若误差小于等于误差限值，则确定所述理论变形量数据作为最终变形量。

优选的是，本方法还包括：

若所述误差大于误差限值，则进行模型修正，重新进行步骤(3)至步骤(5)，直至所述误差小于等于所述误差限值。

优选的是，所述载荷、约束具体为温度和/或压力。

优选的是，当所述载荷、约束为温度时，所述步骤(4)在所述实际工况下，对变形检测测点的变形量进行测量，得到测量数据，具体包括：

将管状物注满水后密封；

将管状物内的水加热至所述实际工况下的温度，并用千分测微计对所述变形检测测点的变形量进行测量，维持所述温度，直至千分测微计的读数不变时记录千分测微计读数，得到所述测量数据。

优选的是，当所述载荷、约束为压力时，所述步骤(4)在所述实际工况下，对变形检测测点的变形量进行测量，得到测量数据，具体包括：

将管状物内注满水后密封；

向管状物内充压，直至达到所述实际工况下的压力，并用千分测微计对所述变形检测测点的变形量进行测量，维持所述压力，直至千分测微计的读数不变时记录千分测微计读数，得到所述测量数据。

优选的是，当所述载荷、约束为温度和压力时，所述步骤(4)在所述实际工况下，对变形检测测点的变形量进行测量，得到测量数据，具体包括：

将管状物内注满水后密封；

将管状物内的水加热至所述实际工况下的温度，并维持所述温度；

再向管状物内充压，直至达到所述实际工况下的压力，并用千分测微计对所述变形检测测点的变形量进行测量，维持所述压力，直至千分测微计的读数不变时记录千分测微计读数，得到所述测量数据。

优选的是，所述温度为150-240℃，所述压力为5-12.2MPa。

优选的是，所述有限元分析模型采用ANSYS软件完成。

本发明的管状物变形检测方法，结合了实验测量验证和有限元分析两种方法，可以实现高温和/或高压等严苛工况条件下的变形检测，并且，具有准确度高、操作简单、耗时少、设备成本低、安全可靠等优点，不会对管状物本身造成损伤。

附图说明

图1为本发明实施例中的管状物变形检测方法的流程图；

图2为本发明实施例中的超声流量计的结构示意图；

图3为本发明实施例中的测量装置的结构示意图；

图4为本发明实施例中的测量装置的安装示意图；

图5为本发明实施例中的指示棒及千分测微计的安装示意图。

图中：1-温度传感器；2-加热棒；3-进水管；4-套筒；5-支撑架；6-千分测微计；7-指示棒；8-管状物；9-换能器；91-前管段；92-后管段；10-法兰盖；11-出水管；12-千分测微计支座；

13-套环；14-紧定螺钉；15-螺栓及螺母；16-高压水泵；17-压力传感器；18-终端设备；19-信号变送器。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示，本实施例公开一种管状物变形检测方法，包括：

(1)根据管状物的参数进行有限元分析，建立管状物的有限元分析模型。

具体来说，有限元分析采用ANSYS1软件完成，优选采用ANSYS18.0软件，有限元分析模型的整体结构全部根据管状物实体按1:1比例分析建模，分析应用稳态热分析和静力学分析模块耦合，并划分网格，网格划分根据实际情况进行选择。管状物可以是管道(比如，水管、油管等)，也可以是如超声流量计这种具有类似管道结构的其他设备。以管状物为超声流量计为例，整体模型可以是包括5987898个节点，4150441个单元，并对网格进行了无关性验证。有限元分析的条件应与实际工况保持一致，以确保有限元分析结果的准确性。

(2)根据所需进行变形检测工况的实际工况参数，对有限元分析模型施加载荷、约束，以模拟实际工况，进行有限元仿真，提取模型在上述模拟实际工况条件下的应变和变形量数据并记录，得到理论变形量数据及变形分布数据，即得到变形云图。

具体来说，实际工况参数可以是温度、压力等参数，即施加的载荷、约束可以是温度、压力等等，其中，温度优选为150-240℃高温，更优选的为226℃高温，压力优选为5-12.2MPa高压，更优选的是7.8MPa高压。

(3)根据理论变形分布数据，经过有限元分析确定对管状物进行变形检测测点，即确定测量仪器布置的位置。

具体来说，变形点检测测点优选选用变形量相对较大的一个或几个位置，具体根据实际情况进行选择。以管状物为超声流量计为例，如图2所示,超声流量计的结构包括换能器9、以及处于换能器9两端的前管段91和后管段92，根据有限元分析的结果可以在前管段91、后管段92分别设置一处变形检测测点，在换能器9自身的管道和声道分别设置两处变形检测测点。

(4)在所述实际工况参数条件下，对变形检测测点的变形量进行测量，得到测量数据，即记录变形数据。

具体来说，测量数据主要包括管状物的内径变形量及其他相关位置(比如，超声流量计中的换能器)的声道参数变化量等等。测量可采用以下测量装置，如图3、图4所示，其包括指示棒7、千分测微计6、以及辅助器件，辅助器件用于对管状物8施加载荷、约束，以模拟实际工况使管状物变形；指示棒7的一端固设于管状物8的外壁上，千分测微计6设于指示棒7的另一端，千分测微计6的探头与指示棒7接触，指示棒7在管状物8变形时发生偏转，根据指示棒7偏转时接触千分测微计探头使千分测微计6显示的读数，测量得到管状物8的变形量。

更具体来说，如图5所示，指示棒7通过套环13固设于管状物8的外壁上。指示棒7设为两个一组，两个指示棒7分别处于套环13的相对侧，每个指示棒7的外侧分别设有一个千分测微计6。千分测微计探头与测点处测量棒7接触，当对超声流量计加温加压时，超声流量计的表体变形量可通过测点两侧千分测微计6实现实时检测。

套环13优选为金属套环，通过螺栓及螺母15箍在管状物8外，在实际操作中，通常选用相对比较容易发生变形或变形量较大的一个或几个位置设置指示棒7。指示棒7优选为圆柱棒，其通过紧定螺钉14方式固定在套环13上。指示棒7优选设为两个一组，两个指示棒7分别处于套环13的相对侧，每个指示棒7的外侧分别设有一个千分测微计6。

更具体来说，如图3、图4所示，辅助器件包括法兰盖10、进水管3、出水管11、以及根据施加的载荷、约束的不同而设置的加热机构和/或加压机构，法兰盖10设于管状物8的管口上，用于对管状物密封；进水管3与管状物8的内部连通，用于向管状物内部注水，进水管3上设有进水阀；出水管11与管状物8的内部连通，并优选与进水管3分别处于管状物的不同端，用于排出管状物内部的水及在注水之前排出管状物内部的空气，出水管11上设有出水阀；加热机构与管状物8相连，用于对管状物内部的水进行加热，即施加温度载荷，如图4所示，加热机构具体可以包括加热棒2和温度传感器1，加热棒2、温度传感器1均穿过法兰盖10伸入到管状物8的内部以检测温度；加压机构与管状物8相连，用于向管状物内部充压，即施加压力载荷，如图4所示，加压机构具体可以包括高压水泵16、压力传感器17，高压水泵16设于进水管3上，压力传感器17设于出水管11上，并处于出水阀的上游，以检测管状物内部的压力。在实际操作中，可以设置多个温度传感器1和压力传感器17，分别从管状物的不同位置处检测温度和压力，以确保达到所需的温度、压力。

更具体来说，如图4所示，辅助器件还可以包括终端设备18，终端设备18可以是计算机，也可以是具有相同或相似功能的其他设备，加热机构中的温度传感器1和加压机构中的压力传感器17分别通过信号变送器19与计算机相连，温度传感器1和压力传感器17分别将其检测到的温度信号/压力信号通过对应的信号变送器19传输给计算机，计算机接收并显示检测到的温度值和压力值，实现在线监测。

更具体来说，如图3、图4所示，辅助器件还包括套筒4，套筒4包裹在管状物8的外部，用于保温。

更具体来说，如图3、图5所示，本装置还包括支撑架5、千分测微计支座12，如图4所示，支撑架5用于支撑管状物8，千分测微计支座12设于管状物8的径向上的两侧，千分测微计6设于千分测微计支座12上。

下面以温度和/压力为载荷、约束为例，对测量过程进行详述，具体如下：

当载荷、约束为温度时，所述步骤(4)在所述实际工况下，对变形检测测点的变形量进行测量，得到测量数据，具体包括：

首先，根据步骤(3)确定的变形检测测点，布置上述变形测量装置，将千分测微计6数值归零，启动高压水泵16，通过进水管向管状物8内部供水，并打开出水管11上的出水阀，将管状物8内的空气排出后关闭，直至将管状物8注满水后密封，关闭高压水泵16；然后，将通过加热棒2将管状物8内的水加热至所述实际工况下的温度(如240℃高温)，并用千分测微计6对所述变形检测测点的变形量进行测量，维持所述温度，直至千分测微计6的读数不变时记录千分测微计读数，得到在高温条件下的测量数据。

当所述载荷、约束为压力时，所述步骤(4)在所述实际工况下，对变形检测测点的变形量进行测量，得到测量数据，具体包括：

首先，根据步骤(3)确定的变形检测测点，布置上述变形测量测装置(即图1中所示的搭建测量装置)，将千分测微计6数值归零，启动高压水泵16，通过进水管3向管状物8内部供水，并打开出水管11上的出水阀，将管状物8内的空气排出后关闭，直至将管状物8内注满水后密封；然后，通过高压水泵16继续供水以向管状物内充压，直至达到所述实际工况下的压力(如，

12MPa高压)，并用千分测微计6对所述变形检测测点的变形量5进行测量，维持所述压力，直至千分测微计6的读数不变时记录千分测微计读数，得到在高压条件下的测量数据。

当所述载荷、约束为温度和压力时，所述步骤(4)在所述实际工况下，对变形检测测点的变形量进行测量，得到测量数据，具体包括：

0首先，根据步骤(3)确定的变形检测测点，布置上述变形测量装置，将千分测微计6数值归零，启动高压水泵16，通过进水管3向管状物8内部供水，并打开出水管11上的出水阀，将管状物8内的空气排出后关闭，直至将管状物8内注满水后密封，

关闭高压水泵16；然后，将通过加热棒2将管状物8内的水加热5至所述实际工况下的温度(如230℃高温)，并维持所述温度；

再然后，通过高压水泵16继续供水以向管状物内充压，直至达到所述实际工况下的压力(如，11MPa高压)，并用千分测微计6对所述变形检测测点的变形量进行测量，维持所述压力，直至千分测微计6的读数不变时记录千分测微计读数，得到高温高压0条件下的测量数据，测量数据具体包括内径变形量、以及相关位置的声道参数变化量等等。

(5)对比所述理论变形量数据和所述测量数据，进行误差分析，若误差小于等于预设的误差限值，则确定所述理论变形量数据作为最终变形量，即结合了实验测量验证，结果更准确、可5靠。

在一些实施方式中，本方法还包括：若所述误差大于误差限值，则进行模型修正，即重新建立高温高压工况下管状物变形有限元分析模型，并提取相应的有限元仿真结果，重新确定理论变形量数据及变形分布数据，然后重新进行步骤(3)至步骤(5)，0直至重新确定的理论变形量数据和所述测量数据的误差小于等于误差限值后，确定此时的理论变形量数据为最终的变形量。

本实施例中，误差限值可以预设为5％，即认为误差小于等于5％时计算得到的实际变形量准确、可靠。当然，误差限值还可以是根据实际情况确定的其他值，而不限于5％，这里不再赘述。

本实施的管状物变形检测方法，结合了实验测量验证和有限元分析两种方法，可以实现高温和/或高压等严苛工况条件下的变形检测，并且，具有准确度高、操作简单、耗时少、设备成本低、安全可靠等优点，不会对管状物本身造成损伤。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种管状物变形检测方法，包括：

(1)建立管状物的有限元分析模型；

(2)施加载荷、约束，模拟实际工况，计算得到理论变形量数据及变形分布数据；

(3)根据理论变形分布数据，确定对管状物进行变形检测测点；

(4)在所述实际工况下，对变形检测测点的变形量进行测量，得到测量数据；

(5)对比所述理论变形量数据和所述测量数据，进行误差分析，若误差小于等于误差限值，则确定所述理论变形量数据作为最终变形量。

2.根据权利要求1所述的管状物变形检测方法，其特征在于，还包括：若所述误差大于误差限值，则进行模型修正，重新进行步骤(3)至步骤(5)，直至所述误差小于等于所述误差限值。

3.根据权利要求1或2所述的管状物变形检测方法，其特征在于，所述载荷、约束具体为温度和/或压力。

4.根据权利要求3所述的管状物变形检测方法，其特征在于，当所述载荷、约束为温度时，所述步骤(4)在所述实际工况下，对变形检测测点的变形量进行测量，得到测量数据，具体包括：

将管状物注满水后密封；

将管状物内的水加热至所述实际工况下的温度，并用千分测微计对所述变形检测测点的变形量进行测量，维持所述温度，直至千分测微计的读数不变时记录千分测微计读数，得到所述测量数据。

5.根据权利要求3所述的管状物变形检测方法，其特征在于，当所述载荷、约束为压力时，所述步骤(4)在所述实际工况下，对变形检测测点的变形量进行测量，得到测量数据，具体包括：

将管状物内注满水后密封；

向管状物内充压，直至达到所述实际工况下的压力，并用千分测微计对所述变形检测测点的变形量进行测量，维持所述压力，直至千分测微计的读数不变时记录千分测微计读数，得到所述测量数据。

6.根据权利要求3所述的管状物变形检测方法，其特征在于，当所述载荷、约束为温度和压力时，所述步骤(4)在所述实际工况下，对变形检测测点的变形量进行测量，得到测量数据，具体包括：

将管状物内注满水后密封；

将管状物内的水加热至所述实际工况下的温度，并维持所述温度；

再向管状物内充压，直至达到所述实际工况下的压力，并用千分测微计对所述变形检测测点的变形量进行测量，维持所述压力，直至千分测微计的读数不变时记录千分测微计读数，得到所述测量数据。

7.根据权利要求3所述的管状物变形检测方法，其特征在于，所述温度为150-240℃，所述压力为5-12.2MPa。

8.根据权利要求2所述的管状物变形检测方法，其特征在于，所述有限元分析模型采用ANSYS软件完成。

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