CN116429208B - 一种高温、高压密封补偿型导波雷达液位计测量组件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子测量领域，具体涉及一种高温、高压密封补偿型导波雷达液位计测量组件。包括仪表隔离罩，所述的仪表隔热罩下部安装有上部密封结构，上部密封结构与中部密封结构之间安装有散热段，中部密封结构的下段安装有下部密封结构，中部密封结构外套装有壳体，壳体外部连接有法兰，壳体的下部连接有导向筒，导向筒内设有补偿结构和支撑件。本发明的有益效果在于：本发明采用多层密封设计和严密性验证设计。所述测量组件采用新型蒸汽补偿装置，该装置能显著减少测量工况中冷凝水、蒸汽极化效果的干扰，并通过优化蒸汽补偿装置的尺寸，减少干扰的放大影响。
Description
技术领域
本发明属于电子测量领域，具体涉及一种高温、高压密封补偿型导波雷达液位计测量组件。
背景技术
导波雷达液位计是一种新兴的液位仪表，以时域反射原理（TDR）为基础，是非接触式雷达和导波天线相结合的产物，该仪表将电磁波信号发射到导波体上，以导波体作为信号的传输介质，当遇到不同密度的物质（或不同介电常数的物质）时，雷达液位计的部分信号被反射形成回波并沿相同路径返回到信号发射装置（接受天线），根据发射信号和回波信号的时差，来计算液位高度。导波雷达液位仪表不受测量环境、测量介质等因素影响，在工业测量领域被广泛应用。
核电厂二回路需要经历负压工况、高温、高压饱和蒸汽工况、功率变化工况，传统液位计（如差压液位计、浮筒式液位计等）无法实现全工况准确测量。二回路关键设备（如高压加热器、汽水分离再热器）处在高温、高压饱和蒸汽工况中，且工况频繁变化，温度、压力、介质密度相应变化。传统液位计如差压液位计、浮筒式液位计由于自身的测量原理导致热态测量偏差较大，需要输入当前压力、温度进行热态补偿，且需要定期校准，大大增加维护工作量，此外差压液位计无法工作在负压中测量液位。
高温、高压密封补偿型导波雷达液位计是基于导波雷达原理和密封蒸汽补偿技术的新兴高端工业自动化液位仪表。二回路高温、高压饱和蒸汽环境下，蒸汽和水的介电常数都会发生变化，特别是蒸汽极化效应，传播介质的介电常数变化会直接影响电磁波速度，如不采取参比蒸汽补偿技术，会直接造成较大的测量偏差，蒸汽补偿实质是对电磁波速度的补偿。例如在300℃、10MPa的环境下，水的相对介电常数会由78.5降低到18，蒸汽的相对介电常数由1.0升高到1.5，蒸汽的介电常数增大会减慢电磁波在波导杆中的传播速度，如果不采取对气相介电常数的补偿措施，可能导致最高20%的测量误差。
由于仪表设计原因，现有测量组件在实际应用中存在泄漏故障，蒸汽补偿不稳定故障。泄漏故障是指测量组件高温密封失效，导致测量环境的介质与测量组件密封结构发生热老化、热腐蚀、渗透、微振等机理而泄漏，导致仪表失效。蒸汽补偿不稳定故障是指测量组件蒸汽补偿结构设计不合理，容易受到外部环境的干扰而导致测量值失真。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温、高压密封补偿型导波雷达液位计测量组件，能够解决现有高温、高压型导波雷达液位计测量组件在实际应用中存在的泄漏故障、蒸汽补偿不稳定等故障。
本发明的技术方案如下：一种高温、高压密封补偿型导波雷达液位计测量组件，包括仪表隔离罩，所述的仪表隔离罩下部安装有上部密封结构，上部密封结构与中部密封结构之间安装有散热段，中部密封结构的下段安装有下部密封结构，中部密封结构外套装有外壳，外壳外部连接有法兰，外壳的下部连接有导向筒，导向筒内设有补偿结构和支撑件。
所述的上部密封结构包括压紧螺母和密封环，压紧螺母设在仪表隔离罩内，压紧螺母的中间具有通孔，导波芯杆的上部穿过压紧螺母的通孔，压紧螺母下部连接有散热段，散热段与仪表隔离罩连接，散热段中间具有通孔结构，通孔内安装有中部密封结构。
所述的中部密封结构包括第一绝热密封件，第一绝热密封件的中间套装有导波芯杆，密封环包括内、外层密封环，内层密封环安装在第一绝热密封件顶端内侧，外层密封环安装在第一绝热密封件顶端外侧。
所述的下部密封结构包括第一石墨垫片、第二石墨垫片和第二绝热密封件。
所述的散热段的下部套装在外壳内，散热段的底部与第二绝热密封件相接触，第二绝热密封件中间开有通孔并具有内、外层密封结构，外层密封结构为第二石墨垫片安装在第二绝热密封件、散热段、外壳之间，第一石墨垫片安装在第二绝热密封件与第一绝热密封件之间。
所述的第二绝热密封件具有冷凝水导流结构，采用倒锥形结构。
所述的外壳的外部套装有法兰，导向筒位于法兰下方，导向筒与外壳连接。
所述的导向筒的筒壁沿同一垂直方向等距离分布着联通孔，导向筒内部自上而下等距离设置支撑件，末端支撑件设置在导向筒的端部。
所述的导波芯杆中间设置有补偿结构，补偿结构的直径比导波芯杆大，导波芯杆的上部插入密封件、第一绝热密封件、压紧螺母中，导波芯杆中段连接有补偿结构，下部插入测量介质中。
所述的散热段上开有密封试验测试孔。
本发明的有益效果在于：本发明采用多层密封设计和严密性验证设计。所述测量组件采用新型蒸汽补偿结构，该装置能显著减少测量工况中冷凝水、蒸汽极化效果的干扰，并通过优化蒸汽补偿结构的尺寸，减少干扰的放大影响。在高温、高压的汽液两相环境中，这种耐高温、高压密封绝热结构能确保测量组件不会泄漏导致仪表不可用，也不会造成仪表绝热、散热性能差，导致仪表处理器热老化。该测量组件能适用于核电厂二回路的高压加热器、低压加热器、凝汽器、汽水分离再热器疏水的液位测量，且能够在回路各个工况（负压、常压、高压的高、低温环境）及工况变化为机组提供准确的液位测量数据。
附图说明
图1为本发明所提供的一种高温、高压密封补偿型导波雷达液位计测量组件结构示意图；
图2为图1中A部放大图；
图3为图1中B部放大图；
图4为图1中C-C向视图；
图5为图1中D-D向视图。
图中：1仪表隔离罩，2压紧螺母，3 螺母，4密封环，5散热段，6第一绝热密封件，7a第一石墨垫片，7b第一石墨垫片，8第二绝热密封件，9外壳，10导波芯杆，11法兰，12导向筒，13补偿结构，14支撑件，15末端支撑件，16密封试验测试孔。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-5所示，一种高温、高压密封补偿型导波雷达液位计测量组件，包括仪表隔离罩1，压紧螺母2，螺母3，密封环4，散热段5，第一绝热密封件6，石墨垫片，第二绝热密封件8，外壳9，导波芯杆10，法兰11，导向筒12，补偿结构13，支撑件14，末端支撑件15和密封试验测试孔16。
其中，仪表隔离罩1设在在装置顶部为仪表处理器提供安装位置，并降低仪表处理器的热辐射，测量组件包括上部密封结构、中部密封结构、下部密封结构。
仪表隔离罩1下部安装有上部密封结构，上部密封结构与中部密封结构之间安装有散热段5，中部密封结构的下段安装有下部密封结构，中部密封结构外套装有外壳9，外壳9外部连接有法兰11，外壳9的下部连接有导向筒12，导向筒12内安装有补偿结构13，支撑件14，末端支撑件15。
所述的上部密封结构包括压紧螺母2，螺母3和密封环4，压紧螺母2设在仪表隔离罩1内，压紧螺母2的中间具有通孔，导波芯杆10的上部穿过压紧螺母2的通孔，并通过设置在压紧螺母顶端的螺母3连接在一起，螺母3与压紧螺母之间设置有O型密封圈，在压紧螺母2作用为压紧、并密封测量组件（导波芯杆10），压紧螺母2下部通过螺纹连接有散热段5，散热段5与仪表隔离罩1连接，散热段5外部具有环形的翅片，散热段5中间具有通孔结构，通孔内安装有中部密封结构，中部密封结构包括第一绝热密封件6，第一绝热密封件6包括一组标准的环型绝热密封件，其材料具较好的耐高温、高压性能，热膨胀系数小，采用氧化铝、氧化锆、氧化镁陶瓷或高分子材料，上述材料均具有较好耐高温、密封性好的特点，能够长期承受500℃以上的高温。第一绝热密封件6的中间套装有导波芯杆10；如图2所示，密封环4分为内、外层O型密封环，内层密封环安装在第一绝热密封件6顶端内侧，用于密封绝热密封陶瓷与导波芯杆10间泄漏渗水，外层密封环安装在第一绝热密封件顶端外侧，用于密封第一绝热密封件6与散热段5之间泄漏渗水。密封环4材料选用PEEK密封。
下部密封结构包括第一石墨垫片7a、第二石墨垫片7b和第二绝热密封件8。散热段5的下部套装在外壳9内，散热段5的底部与第二绝热密封件8相接触，第二绝热密封件8中间开有通孔并具有内、外层密封结构，外层密封结构为第二石墨垫片7b采用L型石墨环形填料安装在第二绝热密封件8、散热段5、外壳9之间，外壳9与散热段5连接处设有焊接密封，焊接方式采用堆焊。第一石墨垫片7a安装在第二绝热密封件8与第一绝热密封件6之间；导波芯杆10穿过第二绝热密封件8中间通孔并采用一体化浇筑成形，减少装配间隙，对导波芯杆10进行密封；第二绝热密封件8具有冷凝水导流结构，由于采用倒锥形设计，冷凝水形成后无法堆积而顺着导波芯杆10下流，避免冷凝水对液位测量的干扰，从而性能仪表值严重漂移。
外壳9的外部通过焊接的方式套装有法兰，导向筒12位于法兰11下方，导向筒12与外壳9采用承接焊。
导向筒12的筒壁沿同一垂直方向等距离（每隔40cm）分布着联通孔，主要用来排气和测量介质等液位联通。导向筒12内部自上而下等距离（60cm）分布着支撑件14，支撑件14采用耐高温陶瓷材料，如氧化铝、氧化锆、氧化镁陶瓷或高分子材料，如图4所示，支撑件14形状呈流线型结构；如图5所示，末端支撑件15设置在导向筒的端部采用不锈钢材料，防止支撑件14破碎后落入测量介质。
补偿结构13是设置在导波芯杆10上，补偿结构13的直径比导波芯杆10要大1cm，设置在稳定蒸汽流场，且增长蒸汽补偿段，当高频电磁波到达蒸汽补偿结构的起点时，记录时间t1，当高频电磁波到达蒸汽补偿结构的终点时，记录时间t2，而蒸汽补偿结构长度H固定，根据H/（t2-t1）可得到蒸汽环境的波速，从而补偿实际液位。导波芯杆10的上部插入第二绝热密封件8、第一绝热密封件6、压紧螺母2中，导波芯杆10中段连接有补偿结构13，下部插入测量介质中。
所述的散热段5上开有密封试验测试孔16。密封试验测试孔16是测量组件组装后采用16MPa氮气进行压力测试，如能稳压，则说明具有较好的密封性能，并采用堆焊密封。
本发明的优点如下：
本测量组件具有上、中、下部三层、多种形式密封结构设计，下部采用了倒锥形密封结构、石墨垫片密封、堆焊密封；中部密封结构第一绝热密封件具有较好的密封、减压效果；上部密封结构（O型密封圈和压紧螺母2）能够实现最终的密封。为验证了探测器长期的密封性能，设置了氮气密封测试通道，当密封测试合格后，将密封通道焊死。
将补偿结构的起点与终点全部设置在稳定、不易凝露的区域，即该装置设置在导向筒顶部往下400~500mm的位置，该位置蒸汽流场稳定，且不受蒸汽联通管的影响。补偿结构进行了适当延长，蒸汽补偿段根据测量量程进行了适应性延长，至少达到400-1300mm长度，减少补偿误差放大倍数。
独有的凝露水导流。第二绝热密封件8采用了倒锥形结构，凝露水无法堆积能及时顺着导波杆芯线流下，具有凝露水及时疏导功能，避免凝露水对仪表测量的影响。
Claims (6)
1.一种高温、高压密封补偿型导波雷达液位计测量组件，其特征在于：包括仪表隔离罩，所述的仪表隔离罩下部安装有上部密封结构，上部密封结构与中部密封结构之间安装有散热段，中部密封结构的下段安装有下部密封结构，中部密封结构外套装有外壳，外壳外部连接有法兰，外壳的下部连接有导向筒，导向筒内设有补偿结构和支撑件；
所述的上部密封结构包括压紧螺母和密封环，压紧螺母设在仪表隔离罩内，压紧螺母的中间具有通孔，导波芯杆的上部穿过压紧螺母的通孔，压紧螺母下部连接有散热段，散热段与仪表隔离罩连接，散热段中间具有通孔结构，通孔内安装有中部密封结构；
所述的中部密封结构包括第一绝热密封件，第一绝热密封件的中间套装有导波芯杆，密封环包括内、外层密封环，内层密封环安装在第一绝热密封件顶端内侧，外层密封环安装在第一绝热密封件顶端外侧；
所述的下部密封结构包括第一石墨垫片、第二石墨垫片和第二绝热密封件；
所述的散热段的下部套装在外壳内，散热段的底部与第二绝热密封件相接触，第二绝热密封件中间开有通孔并具有内、外层密封结构，外层密封结构为第二石墨垫片安装在第二绝热密封件、散热段、外壳之间，第一石墨垫片安装在第二绝热密封件与第一绝热密封件之间。
2.如权利要求1所述的一种高温、高压密封补偿型导波雷达液位计测量组件，其特征在于：所述的第二绝热密封件具有冷凝水导流结构，采用倒锥形结构。
3.如权利要求1所述的一种高温、高压密封补偿型导波雷达液位计测量组件，其特征在于：所述的外壳的外部套装有法兰，导向筒位于法兰下方，导向筒与外壳连接。
4.如权利要求1所述的一种高温、高压密封补偿型导波雷达液位计测量组件，其特征在于：所述的导向筒的筒壁沿同一垂直方向等距离分布着联通孔，导向筒内部自上而下等距离设置支撑件，末端支撑件设置在导向筒的端部。
5.如权利要求1所述的一种高温、高压密封补偿型导波雷达液位计测量组件，其特征在于：所述的导波芯杆中间设置有补偿结构，补偿结构的直径比导波芯杆大，导波芯杆的上部插入密封件、第一绝热密封件、压紧螺母中，导波芯杆中段连接有补偿结构，下部插入测量介质中。
6.如权利要求1所述的一种高温、高压密封补偿型导波雷达液位计测量组件，其特征在于：所述的散热段上开有密封试验测试孔。
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