專利名稱：高溫管件徑向變形傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫管件徑向變形傳感裝置，屬于結(jié)構(gòu)與材料變形測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高溫高壓管道廣泛應(yīng)用于火電廠、石化廠、核電廠等工廠，其安全可靠性是整個生 產(chǎn)系統(tǒng)長周期運(yùn)行的重要保障。對于在高溫、高壓下長期運(yùn)行的部件，蠕變是引起其失 效的主要因素，對管道進(jìn)行蠕變測量，進(jìn)而對管道進(jìn)行壽命評估及安全監(jiān)督，既可以避 免安全運(yùn)行的重大隱患，又能做到有計(jì)劃地安排檢修和準(zhǔn)備備品，充分發(fā)揮現(xiàn)役材料的 剩余壽命，明顯減少非計(jì)劃停車，為工廠帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
以前對超期服役管道的蠕變檢測主要采用定期對管道的蠕變程度進(jìn)行人工測量，或 者從蒸汽管道上割取一典型管段進(jìn)行高溫蠕變或持久強(qiáng)度等鑒定試驗(yàn)，由此推斷管道的 剩余壽命。這種方法具有需要人工測量記錄，精度不高并且工作量大、費(fèi)用高、試驗(yàn)周 期長等明顯缺點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)對高溫高壓管道蠕變變形的長期在線監(jiān)測的核心元件是傳感器。 已有的用于常規(guī)變形測量的傳感裝置較多，比如自夾式引伸計(jì)91220430. 3、 一種石英玻 璃高溫位移傳感器200410100478.8等，但是這些裝置一般僅適合短時的監(jiān)測和實(shí)驗(yàn)室 應(yīng)用，用于圓柱形構(gòu)件徑向變形的監(jiān)測時，安裝比較困難。主蒸汽管道防爆破在線監(jiān)測 報(bào)警裝置(92243585.5)和高溫應(yīng)變片(200520022877.7)可以滿足周向變形的監(jiān)測， 但是這些裝置受工作環(huán)境的影響較大，報(bào)警裝置的圍帶對其材料要求很苛刻，成本太高， 而直接高溫應(yīng)變片測量技術(shù)難以滿足長期在線監(jiān)測的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高溫徑向變形在線測量傳感裝置，測量元件 的蠕脹情況。該傳感裝置安裝方便，使用壽命長，測量精度高，具有很高的工程應(yīng)用價 值。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種高溫管件徑向變形傳感裝置，由夾緊裝置及安裝在夾緊裝置上的定位裝置、穩(wěn) 定裝置、測量裝置構(gòu)成，其特征在于，所述的夾緊裝置由夾具5和夾具13連接而成； 有一個定位裝置設(shè)置在夾具5的正中部并壓緊被測元件18;所述的穩(wěn)定裝置由穩(wěn)定桿
15和彈簧16構(gòu)成，兩根可沿被測元件18的徑向方向伸縮的穩(wěn)定桿15，對稱安裝在夾件18的軸向垂直，穩(wěn)定桿15借助彈簧16壓緊被測元件18;在所 述的測量裝置中，測量探針7正對著支撐棒4安裝在夾具13上，測量探針7的一端借 助彈簧17頂緊被測元件18，另一端伸出夾具13并與細(xì)牙螺栓8緊密接觸相連， 一個外 殼10安裝在夾具13上，兩個帶有應(yīng)變計(jì)12的彈性元件11固定在外殼里，彈性元件11 的兩個自由端接觸細(xì)牙螺栓8，并與套裝在細(xì)牙螺栓8上的調(diào)零片9的水平面緊密貼合， 兩個應(yīng)變計(jì)12與測試終端19相連接。
上述技術(shù)方案中，所說的定位裝置可以這樣構(gòu)成的定位塊3通過連接螺栓1安裝 在夾具5上，設(shè)置在定位塊3上的支撐棒4，由安裝在夾具5正中間的調(diào)整螺釘2壓緊 在被測元件18上。
上述技術(shù)方案中，所說的夾緊裝置和被測元件之間填充保溫材料。
上述技術(shù)方案中，兩根穩(wěn)定桿15與測量探針7的總長度大于保溫材料的厚度，小 于被測元件直徑的0.5倍。
上述技術(shù)方案中，所說的兩根穩(wěn)定桿15的頂端可以為光滑平面，測量探針7頂緊 被測元件18的一端為錐形。
上述技術(shù)方案中，所說的兩根穩(wěn)定桿15套裝于軸承14內(nèi)安裝在所述的夾具5上，
軸承14采用摩擦系數(shù)小的自潤滑材料，優(yōu)選聚四氟乙烯。
上述技術(shù)方案中，由夾具5和夾具13通過緊固螺栓6相連接。
有益效果
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
1、 本發(fā)明能夠在高溫環(huán)境下對管件進(jìn)行在線監(jiān)測，被測元件的表面溫度可達(dá)iioo 。C，且測量精度高，具有很高的線性度和分辨率，測試結(jié)果準(zhǔn)確、可靠、可重復(fù)；
2、 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便穩(wěn)定，避免了被測元件振動對測量結(jié)果的影響；
3、 由于傳感部件與被測元件之間填充保溫材料，測量探針采用導(dǎo)熱系數(shù)小的材料 制作，改善了傳感部件的工作環(huán)境，延長了傳感裝置的使用壽命，具有較高的工程應(yīng)用 價值。
4、 本發(fā)明充分考慮了被測元件變形時測點(diǎn)的安裝，避免長期運(yùn)行的被測元件表面 氧化皮影響測量效果。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖l中l(wèi)連接螺栓、2調(diào)整螺釘、3固定塊、4支撐棒、5夾具、6緊固螺栓、7測量探 針、8細(xì)牙螺栓、9調(diào)零片、IO外殼、ll彈性元件、12應(yīng)變計(jì)、13夾具、14軸承、15
4穩(wěn)定桿、16彈簧、17探針彈簧、18被測元件、19測試終端。 圖2為穩(wěn)定桿的結(jié)構(gòu)原理圖，其中，15 —穩(wěn)定桿。
圖3為高溫管件徑向變形傳感裝置試驗(yàn)測量結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果比較圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述-
傳感裝置的夾具、連接螺栓l、調(diào)整螺釘2、固定塊3、緊固螺栓6、細(xì)牙螺栓8、 調(diào)零片9、外殼IO均采用不銹鋼材料，支撐棒4、測量探針7和穩(wěn)定桿15均采用耐高 溫、低導(dǎo)熱系數(shù)、低熱脹系數(shù)的石英材料，彈性元件ll選用不銹鋼片制作，軸承14選 用摩擦系數(shù)小的自潤滑材料，彈簧16、探針彈簧17選擇耐高溫金屬材料。測量探針7 和穩(wěn)定桿15的最小長度取決于所測試元件使用保溫層的厚度，其最大長度小于被測元 件直徑的0. 5倍。定位裝置的總長度根據(jù)穩(wěn)定桿的長度確定。
裝配時，根據(jù)圖1將定位塊用連接螺栓1安裝在夾具5上，調(diào)整螺釘2安裝在夾具 5的中間，調(diào)整螺釘2將定位塊壓緊在被測元件上。兩根穩(wěn)定桿15對稱地安裝在夾具5 的兩端，彈簧16將穩(wěn)定桿15壓緊在被測元件上。穩(wěn)定桿15和夾具5之間安裝軸承14， 以便減小穩(wěn)定桿15運(yùn)動時與夾具5之間的摩擦力，穩(wěn)定桿15伸出夾具5。測量探針7 正對著調(diào)整螺釘2安裝在夾具13上，借助于探針彈簧17頂緊被測元件，伸出夾具13 的一端用高溫膠粘貼在細(xì)牙螺栓8上。細(xì)牙螺栓8上套裝調(diào)零片9。外殼安裝在夾具13 上，彈性元件ll固定在外殼里，彈性元件ll的自由端頂住調(diào)零片9。應(yīng)變計(jì)12安裝在 彈性元件ll上，兩只應(yīng)變計(jì)12測量時相互參考。安裝傳感裝置時，先將調(diào)零片9旋轉(zhuǎn) 到靠近測量探針7處，以免損壞應(yīng)變計(jì)12。調(diào)整螺釘2、穩(wěn)定桿15、調(diào)零片9可沿著徑 向伸縮，不但方便傳感裝置安裝在被測元件上，而且滿足該傳感裝置對不同元件的測量。 最后將夾具5和夾具13通過緊固螺栓6連接，在夾具與被測元件之間填充保溫材料。
定位塊由支撐棒4和用來固定支撐棒4的固定塊3構(gòu)成，滿足傳感裝置的定位；穩(wěn) 定桿15形狀見圖2，頂端光滑，可相對被測元件中心線無摩擦地小位移移動；測量探針 7頂端為錐形。定位塊、穩(wěn)定桿15和測量探針7頂端的設(shè)計(jì)充分考慮了被測元件變形測 點(diǎn)的安裝，避免長期運(yùn)行的被測元件表面氧化皮影響測量。傳感裝置夾持在被測元件上， 定位塊、穩(wěn)定桿15、測量探針7為傳感裝置構(gòu)成四點(diǎn)接觸，安裝方便，夾持牢固，克服 了被測元件18振動對測量的影響。
圓柱形被測元件發(fā)生蠕脹時，定位裝置與被測元件的接觸點(diǎn)不變；穩(wěn)定桿15受擠 壓，由于夾具剛度大于彈簧16剛度，彈簧16收縮變形，穩(wěn)定桿15向外移動，夾具帶動穩(wěn)定桿15相對于管道中心線向上移動，由于穩(wěn)定桿15接觸頭較長，仍然能夠保證與 被測元件良好地接觸。測量探針7向下移動，應(yīng)變計(jì)12反映被測元件直徑方向的變形。
實(shí)施例
模擬某石化廠的主蒸汽管道的工藝條件，使用該高溫管件徑向變形傳感裝置進(jìn)行了
試驗(yàn)。被測主蒸汽管道主要參數(shù)為材料是10CrMo910，壓力是10Mpa，溫度540 °C， 規(guī)格是0 273mmX28mm，保溫層厚度200mm。試驗(yàn)中所使用的樣機(jī)主要結(jié)構(gòu)尺寸是 夾具寬26mm厚10mm，測量探針7長度為250 mm，穩(wěn)定桿15長度為230 mm;軸承 14材料為聚四氟乙烯，長度為20mm，內(nèi)直徑10mm，外直徑16mm。
根據(jù)上述參數(shù)組裝好高溫管件徑向變形傳感裝置，打開管道的保溫層，將其固定在 管道上。將應(yīng)變計(jì)測試終端19的信號輸出導(dǎo)線、數(shù)據(jù)采集模塊和電腦連接好，調(diào)整調(diào) 零片到適當(dāng)?shù)奈恢?，在?shù)據(jù)采集系統(tǒng)中對初始位移清零，測量前的準(zhǔn)備工作就緒。
高溫管件徑向變形傳感裝置在線監(jiān)測為期1年。
實(shí)施結(jié)果
本發(fā)明明顯監(jiān)測到了啟動過程中被測的主蒸汽管管道脹粗時直徑的變化，監(jiān)測到了 蠕變引起的直徑變化；試驗(yàn)在線監(jiān)測結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果比較如附圖3所示，從附圖3 可以看出，本發(fā)明的高溫管件徑向變形傳感裝置精度達(dá)到±0.001 mm，分辨率達(dá)到 0.001 mm，比較結(jié)果表明本發(fā)明的傳感裝置滿足了測量主蒸汽管道在線監(jiān)測的要求。并 且本發(fā)明在試驗(yàn)過程中無任何誤動作，沒有發(fā)生失真現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1、一種高溫管件徑向變形傳感裝置，由夾緊裝置及安裝在夾緊裝置上的定位裝置、穩(wěn)定裝置、測量裝置構(gòu)成，其特征在于，所述的夾緊裝置由夾具(5)和夾具(13)連接而成；有一個定位裝置設(shè)置在夾具(5)的正中部并壓緊被測元件(18)；所述的穩(wěn)定裝置由穩(wěn)定桿(15)和彈簧(16)構(gòu)成，兩根可沿被測元件(18)的徑向方向伸縮的穩(wěn)定桿(15)，對稱安裝在夾具(5)兩端并與被測元件(18)的軸向垂直，穩(wěn)定桿(15)借助彈簧(16)壓緊被測元件(18)；在所述的測量裝置中，測量探針(7)正對著支撐棒(4)安裝在夾具(13)上，測量探針(7)的一端借助探針彈簧(17)頂緊被測元件(18)，另一端伸出夾具(13)并與細(xì)牙螺栓(8)緊密接觸相連，一個外殼(10)安裝在夾具(13)上，兩個帶有應(yīng)變計(jì)(12)的彈性元件(11)固定在外殼里，彈性元件(11)的兩個自由端接觸細(xì)牙螺栓(8)，并與套裝在細(xì)牙螺栓(8)上的調(diào)零片(9)的水平面緊密貼合，兩個應(yīng)變計(jì)(12)與測試終端(19)相連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的高溫管件徑向變形傳感裝置，其特征在于，所說的 定位裝置為定位塊(3)通過連接螺栓(1)安裝在夾具(5)上，設(shè)置在定位 塊(3)上的支撐棒(4)，由安裝在夾具(5)正中間的調(diào)整螺釘(2)壓緊在被 測元件(18)上。
3、 如權(quán)利要求1所述的高溫管件徑向變形傳感裝置，其特征在于，所說的 夾緊裝置和被測元件(18)之間填充保溫材料。
4、 如權(quán)利要求3所述的高溫管件徑向變形傳感裝置，其特征在于，所述的 兩根穩(wěn)定桿(15)與測量探針(7)的總長度大于保溫材料的厚度，小于被測元 件(18)直徑的0.5倍。
5、 如權(quán)利要求1或4所述的高溫管件徑向變形傳感裝置，其特征在于，所 說的兩根穩(wěn)定桿(15)的頂端為光滑平面，測量探針(7)頂緊被測元件(18) 的一端為錐形。
6、 如權(quán)利要求1所述的高溫管件徑向變形傳感裝置，其特征在于，所說的 兩根穩(wěn)定桿(15)套裝于軸承(14)內(nèi)安裝在所述的夾具(5)上，軸承(14) 采用摩擦系數(shù)小的自潤滑材料。
7、 如權(quán)利要求6所述的高溫管件徑向變形傳感裝置，其特征在于，所說的 軸承(14)釆用聚四氟乙烯。
全文摘要
本發(fā)明為一種高溫管件徑向變形傳感裝置，由夾具5和夾具13構(gòu)成夾緊裝置；定位裝置設(shè)置在夾具5正中部并壓緊被測元件18；穩(wěn)定桿15對稱安裝在夾具5兩端與被測元件軸向垂直，并借助彈簧16壓緊被測元件而構(gòu)成穩(wěn)定裝置；測量裝置中的測量探針7正對著支撐棒4安裝在夾具13上，測量探針的一端借助探針彈簧17頂緊被測元件，另一端與細(xì)牙螺栓8緊密接觸，帶有應(yīng)變計(jì)的兩個彈性元件11的自由端接觸細(xì)牙螺栓8，并與調(diào)零片9的水平面緊密貼合，應(yīng)變計(jì)12與測試終端19相連接。本發(fā)明安裝方便，使用溫度可達(dá)1100℃，測試結(jié)果準(zhǔn)確、可重復(fù)。適用于各種金屬或非金屬材料圓柱形管件及試件徑向變形的測量。
文檔編號G01B5/30GK101451813SQ20081020446
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者涂善東, 王衛(wèi)澤, 王正東, 賈九紅, 軒福貞 申請人:華東理工大學(xué)