一种测量爆破阀管端载荷的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种测量爆破阀管端载荷的装置及方法，涉及爆破阀领域。该装置包括千斤顶、称重传感器、数据采集系统和四个应变片：第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片；该方法包括以下步骤：将装置与爆破阀组装，通过千斤顶调整的爆破阀高度，记录爆破阀不同高度时，称重传感器的载荷与应变片的应变值；进而利用最小二乘法计算得到载荷与应变值之间的线性关系公式。当爆破阀爆破时，将应变片的应变值代入线性关系公式中即可得到爆破阀爆破时对两端管道竖直方向的冲击力。本发明能够测量爆破阀爆破时对两端管道竖直方向的冲击力，从而给爆破阀两端管道提供重要的设计依据。
【专利说明】一种测量爆破阀管端载荷的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及爆破阀领域，具体涉及一种测量爆破阀管端载荷的装置及方法。
【背景技术】
[0002]核电站是利用核裂变或核聚变反应所释放的能量产生电能的发电厂。第三代核电站的安全性和经济性都明显优于第二代核电站，由于安全是核电发展的前提，因此第三代核电站将会在未来呈广泛应用的趋势。
[0003]爆破阀是第三代核电站安全应急系统中必不可少的设备。爆破阀需要保证在核电站发生事故时正常开启。爆破阀是采用火药驱动，爆破阀的阀门开启时，会对爆破阀两端的管道产生很大冲击。目前，人们研制爆破阀时，因为爆破阀是采用悬空布置，所以人们无法测量出爆破阀爆破时对两端管道竖直方向的冲击力，因此，现有的爆破阀无法给爆破阀两端的管道提供重要的设计依据。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种测量爆破阀管端载荷的装置及方法，本发明能够测量爆破阀爆破时对两端管道竖直方向的冲击力，从而给爆破阀两端管道提供重要的设计依据。
[0005]为达到以上目的，本发明采取的技术方案是:一种测量爆破阀管端载荷的装置，包括千斤顶、称重传感器、数据采集系统和4个应变片:第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片；
[0006]所述测量爆破阀管端载荷的装置测量爆破阀管端载荷时，将待测试爆破阀的一端通过第一连接件固定，另一端通过第二连接件固定；将第一应变片、第二应变片相对贴于第一连接件的外侧壁，第一应变片、第二应变片与爆破阀的距离均为100?300mm ;将第三应变片贴于第二连接件与第一应变片对应之处，将第四应变片贴于第二连接件与第二应变片对应之处；将称重传感器放置于爆破阀的下方，将千斤顶放置于称重传感器与爆破阀之间，千斤顶的顶部与爆破阀接触、且不受力；将第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片和称重传感器均与数据采集系统连接；
[0007]通过千斤顶调整爆破阀的高度，每次调整爆破阀的高度均不同，调整次数为10次以上，调整高度范围小于20mm ;每次调整千斤顶的高度后，均通过数据采集系统记录称重传感器的载荷、第一应变片的应变值、第二应变片的应变值、第三应变片的应变值和第四应变片的应变值；
[0008]根据所有记录的称重传感器的载荷、第一应变片的应变值、第二应变片的应变值、第三应变片的应变值和第四应变片的应变值，利用最小二乘法计算得到称重传感器的载荷与应变值之间的线性关系公式:L = m.x+b，其中L为称重传感器的载荷，X为应变值，m和b均为最小二乘法的常数；
[0009]根据所有记录的第一应变片的应变值和称重传感器的载荷值，利用最小二乘法计算得到第一应变片的应变值与称重传感器载荷值的相关系数Rl ；
[0010]根据所有记录的第二应变片的应变值和称重传感器的载荷值，利用最小二乘法计算得到第二应变片的应变值与称重传感器载荷值的相关系数R2 ；
[0011]根据所有记录的第三应变片的应变值和称重传感器的载荷值，利用最小二乘法计算得到第三应变片的应变值与称重传感器载荷值的相关系数R3 ；
[0012]根据所有记录的第四应变片的应变值和称重传感器的载荷值，利用最小二乘法计算得到第四应变片的应变值与称重传感器载荷值的相关系数R4 ；
[0013]将相关系数Rl、R2、R3和R4进行比较，选取与最接近I的相关系数对应的应变片作为爆破阀测量应变片；
[0014]拆除爆破阀底部的千斤顶和称重传感器，将爆破阀点火驱动，爆破阀爆破时，通过数据采集系统记录爆破阀测量应变片的爆破应变值；将爆破应变值代入公式L = m -x+b的X中，计算得到L值；将L值作为爆破阀爆破时对两端管道竖直方向的冲击力。
[0015]在上述技术方案的基础上，所述测量爆破阀管端载荷的装置还包括第一管道、第二管道，所述第一连接件采用第一管道，所述第二连接件采用第二管道。
[0016]在上述技术方案的基础上，所述千斤顶采用液压扁平千斤顶，其型号QB45/30。
[0017]在上述技术方案的基础上，所述传感器采用轮辐式称重传感器。
[0018]在上述技术方案的基础上，应变片采用为电阻应变片。
[0019]一种基于上述装置的测量爆破阀管端载荷的方法，包括以下步骤:
[0020]A、将待测试爆破阀的一端通过第一连接件固定，另一端通过第二连接件固定；将第一应变片、第二应变片相对贴于第一连接件的外侧壁，第一应变片、第二应变片与爆破阀的距离均为100?300mm ;将第三应变片贴于第二连接件与第一应变片对应之处，将第四应变片贴于第二连接件与第二应变片对应之处；将称重传感器放置于爆破阀的下方，将千斤顶放置于称重传感器与爆破阀之间，千斤顶的顶部与爆破阀接触、且不受力；将第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片和称重传感器均与数据采集系统连接；
[0021]B、通过千斤顶调整爆破阀的高度，每次调整爆破阀的高度均不同，调整次数为10次以上，调整高度范围小于20mm ;每次调整千斤顶的高度后，均通过数据采集系统记录称重传感器的载荷、第一应变片的应变值、第二应变片的应变值、第三应变片的应变值和第四应变片的应变值；
[0022]C、根据所有记录的称重传感器的载荷、第一应变片的应变值、第二应变片的应变值、第三应变片的应变值和第四应变片的应变值，利用最小二乘法计算得到称重传感器的载荷与应变值之间的线性关系公式:L = m *x+b，其中L为称重传感器的载荷，X为应变值，m和b均为最小二乘法的常数；
[0023]D、根据所有记录的第一应变片的应变值和称重传感器的载荷值，利用最小二乘法计算得到第一应变片的应变值与称重传感器载荷值的相关系数Rl ；
[0024]根据所有记录的第二应变片的应变值和称重传感器的载荷值，利用最小二乘法计算得到第二应变片的应变值与称重传感器载荷值的相关系数R2 ；
[0025]根据所有记录的第三应变片的应变值和称重传感器的载荷值，利用最小二乘法计算得到第三应变片的应变值与称重传感器载荷值的相关系数R3 ；
[0026]根据所有记录的第四应变片的应变值和称重传感器的载荷值，利用最小二乘法计算得到第四应变片的应变值与称重传感器载荷值的相关系数R4 ；
[0027]将相关系数Rl、R2、R3和R4进行比较，选取与最接近I的相关系数对应的应变片作为爆破阀测量应变片；
[0028]E、拆除爆破阀底部的千斤顶和称重传感器，将爆破阀点火驱动，爆破阀爆破时，通过数据采集系统记录爆破阀测量应变片的爆破应变值；将爆破应变值代入公式L = m.x+b的X中，计算得到L值；将L值作为爆破阀爆破时对两端管道竖直方向的冲击力。
[0029]在上述技术方案的基础上，步骤A中第一应变片、第二应变片与爆破阀的距离均为 200mm。
[0030]在上述技术方案的基础上，步骤B中所述通过千斤顶调整爆破阀的高度，每次调整爆破阀的高度均不同包括以下步骤:按照依次增高的顺序，通过千斤顶调整爆破阀的高度。
[0031]在上述技术方案的基础上，步骤B中所述调整次数为10次，所述调整高度范围为15mm。
[0032]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0033]本发明在爆破阀点火驱动之前，能够通过千斤顶调整的爆破阀高度，记录爆破阀不同高度时，称重传感器的载荷与应变片的应变值；进而利用最小二乘法计算得到载荷与应变值之间的线性关系公式。当爆破阀爆破时，将应变片的应变值代入线性关系公式中即可得到爆破阀爆破时对两端管道竖直方向的冲击力。因此，本发明能够测量爆破阀爆破时对两端管道竖直方向的冲击力，从而给爆破阀两端管道提供重要的设计依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为本发明实施例中测量爆破阀管端载荷的装置测量爆破阀时的结构示意图；
[0035]图2为本发明实施例中测量爆破阀管端载荷的装置测量爆破阀爆破时的结构示意图。
[0036]图中:1-数据采集系统，2-第一管道，3-第一应变片，4-第三应变片，5-第二管道，6-第二应变片，7-第四应变片，8-爆破阀，9-千斤顶，10-称重传感器。
【具体实施方式】
[0037]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0038]参见图1所示，本发明实施例提供的测量爆破阀管端载荷的装置，包括第一管道
2、第二管道5、千斤顶9、称重传感器10、数据采集系统I和4个应变片:第一应变片3、第二应变片6、第三应变片4和第四应变片7。本实施例中的千斤顶9采用液压扁平千斤顶，其型号QB45/30 ;称重传感器10米用轮福式称重传感器；第一应变片3、第二应变片6、第三应变片4和第四应变片7均采用为电阻应变片；数据采集系统I采用美国NI数据采集系统。
[0039]本发明实施例提供的基于上述装置的测量爆破阀管端载荷的方法，包括以下步骤:
[0040]S1:将待测试爆破阀8的一端通过第一连接件固定，另一端通过第二连接件固定。
[0041]实际测量爆破阀8管端载荷时，第一连接件和第二连接件可直接选用爆破阀8两端已有的连接管道；本实施例中模拟测量爆破阀8管端载荷时，第一连接件可选用第一管道2，第二连接件可选用第二管道5。
[0042]S2:将第一应变片3、第二应变片6相对贴于第一管道2的外侧壁，第一应变片3、第二应变片6与爆破阀8的距离均为100?300mm(本实施例中为200mm);将第三应变片4贴于第二管道5与第一应变片3对应之处，将第四应变片7贴于第二管道5与第二应变片6对应之处。
[0043]S3:将称重传感器10放置于爆破阀8的下方，将千斤顶9放置于称重传感器10与爆破阀8之间；千斤顶9的顶部与爆破阀8接触、且不受力。
[0044]S4:将第一应变片3、第二应变片6、第三应变片4、第四应变片7和称重传感器10均通过电缆与数据采集系统I连接。
[0045]S5:按照依次增高的顺序，通过千斤顶9调整爆破阀8的高度，调整次数为10次以上(本实施例中的调整次数为10次)，调整高度范围小于20mm(本实施例中的高度范围为15mm)。参见表I所示，每次调整千斤顶9的高度后，均通过数据采集系统I记录称重传感器10的载荷L、第一应变片3的应变值xl、第二应变片6的应变值x2、第三应变片4的应变值x3和第四应变片7的应变值x4。
[0046]千斤顶高度不同时的载荷和应变值的统计表
[0047]
称重传感器载荷I第一应变片I第二应变片I第三应变片I第四应变片
L1Xl1x21x3:x4:
L2x22x22x32x42
L10xl10x210x310x410
[0048]S6:根据所有记录的载荷L (LI?L10)、应变值xl (Xl1?xl1(l)、应变值x2 ?x210)、应变值x3 (x3i?x31(l)和应变值χ4 ?χ41(ι),利用最小二乘法计算得到载荷L与应变值X之间的线性关系公式:L = m.x+b，其中m和b均为最小二乘法的常数。
[0049]S7:根据所有记录的第一应变片3的应变值和称重传感器10的载荷值，利用最小二乘法计算得到第一应变片3的应变值与称重传感器10载荷值的相关系数Rl。
[0050]根据所有记录的第二应变片6的应变值和称重传感器10的载荷值，利用最小二乘法计算得到第二应变片6的应变值与称重传感器10载荷值的相关系数R2。
[0051]根据所有记录的第三应变片4的应变值和称重传感器10的载荷值，利用最小二乘法计算得到第三应变片4的应变值与称重传感器10载荷值的相关系数R3。
[0052]根据所有记录的第四应变片7的应变值和称重传感器10的载荷值，利用最小二乘法计算得到第四应变片7的应变值与称重传感器10载荷值的相关系数R4。
[0053]S8:将相关系数Rl、R2、R3和R4进行比较，选取与最接近I的相关系数对应的应变片作为爆破阀测量应变片。
[0054]S9:拆除爆破阀8底部的千斤顶9和称重传感器10，将爆破阀8点火驱动，爆破阀8爆破时，通过数据采集系统I记录爆破阀测量应变片的爆破应变值；将爆破应变值代入公式L = m.x+b的X中，计算得到L值；将L值作为爆破阀爆破时对两端管道竖直方向的冲击力。
[0055]本发明不局限于上述实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种测量爆破阀管端载荷的装置，其特征在于:包括千斤顶(9)、称重传感器(10)、数据采集系统(I)和4个应变片:第一应变片(3)、第二应变片￠)、第三应变片(4)和第四应变片⑵； 所述测量爆破阀管端载荷的装置测量爆破阀管端载荷时，将待测试爆破阀(8)的一端通过第一连接件固定，另一端通过第二连接件固定；将第一应变片(3)、第二应变片(6)相对贴于第一连接件的外侧壁，第一应变片(3)、第二应变片(6)与爆破阀(8)的距离均为100?300mm ;将第三应变片(4)贴于第二连接件与第一应变片(3)对应之处，将第四应变片(7)贴于第二连接件与第二应变片(6)对应之处；将称重传感器(10)放置于爆破阀(8)的下方，将千斤顶(9)放置于称重传感器(10)与爆破阀(8)之间，千斤顶(9)的顶部与爆破阀(8)接触、且不受力；将第一应变片(3)、第二应变片￠)、第三应变片(4)、第四应变片(7)和称重传感器(10)均与数据采集系统(I)连接； 通过千斤顶(9)调整爆破阀(8)的高度，每次调整爆破阀(8)的高度均不同，调整次数为10次以上，调整高度范围小于20mm ;每次调整千斤顶(9)的高度后，均通过数据采集系统⑴记录称重传感器(10)的载荷、第一应变片(3)的应变值、第二应变片(6)的应变值、第三应变片(4)的应变值和第四应变片(7)的应变值； 根据所有记录的称重传感器(10)的载荷、第一应变片(3)的应变值、第二应变片(6)的应变值、第三应变片(4)的应变值和第四应变片(7)的应变值，利用最小二乘法计算得到称重传感器(10)的载荷与应变值之间的线性关系公式:L = m.x+b，其中L为称重传感器(10)的载荷，X为应变值，m和b均为最小二乘法的常数； 根据所有记录的第一应变片(3)的应变值和称重传感器(10)的载荷值，利用最小二乘法计算得到第一应变片(3)的应变值与称重传感器(10)载荷值的相关系数Rl ； 根据所有记录的第二应变片(6)的应变值和称重传感器(10)的载荷值，利用最小二乘法计算得到第二应变片￠)的应变值与称重传感器(10)载荷值的相关系数R2 ； 根据所有记录的第三应变片(4)的应变值和称重传感器(10)的载荷值，利用最小二乘法计算得到第三应变片(4)的应变值与称重传感器(10)载荷值的相关系数R3 ； 根据所有记录的第四应变片⑵的应变值和称重传感器(10)的载荷值，利用最小二乘法计算得到第四应变片(7)的应变值与称重传感器(10)载荷值的相关系数R4; 将相关系数R1、R2、R3和R4进行比较，选取与最接近I的相关系数对应的应变片作为爆破阀测量应变片； 拆除爆破阀(8)底部的千斤顶(9)和称重传感器(10)，将爆破阀(8)点火驱动，爆破阀(8)爆破时，通过数据采集系统(I)记录爆破阀测量应变片的爆破应变值；将爆破应变值代入公式L = m.x+b的X中，计算得到L值；将L值作为爆破阀爆破时对两端管道竖直方向的冲击力。
2.如权利要求1所述的测量爆破阀管端载荷的装置，其特征在于:所述测量爆破阀管端载荷的装置还包括第一管道(2)、第二管道(5)，所述第一连接件采用第一管道(2)，所述第二连接件采用第二管道(5)。
3.如权利要求1所述的测量爆破阀管端载荷的装置，其特征在于:所述千斤顶(9)采用液压扁平千斤顶，其型号QB45/30。
4.如权利要求1所述的测量爆破阀管端载荷的装置，其特征在于:所述称重传感器(10)采用轮辐式称重传感器。
5.如权利要求1所述的测量爆破阀管端载荷的装置，其特征在于:所述第一应变片(3)、第二应变片(6)、第三应变片(4)和第四应变片(7)均采用为电阻应变片。
6.一种基于权利要求1至5任一项所述装置的测量爆破阀管端载荷的方法，其特征在于:包括以下步骤: A、将待测试爆破阀(8)的一端通过第一连接件固定，另一端通过第二连接件固定；将第一应变片(3)、第二应变片(6)相对贴于第一连接件的外侧壁，第一应变片(3)、第二应变片(6)与爆破阀(8)的距离均为100?300mm ;将第三应变片(4)贴于第二连接件与第一应变片(3)对应之处，将第四应变片(7)贴于第二连接件与第二应变片(6)对应之处；将称重传感器(10)放置于爆破阀⑶的下方，将千斤顶(9)放置于称重传感器(10)与爆破阀(8)之间，千斤顶(9)的顶部与爆破阀(8)接触、且不受力；将第一应变片(3)、第二应变片(6)、第三应变片(4)、第四应变片(7)和称重传感器(10)均与数据采集系统(I)连接； B、通过千斤顶(9)调整爆破阀(8)的高度，每次调整爆破阀(8)的高度均不同，调整次数为10次以上，调整高度范围小于20mm;每次调整千斤顶(9)的高度后，均通过数据采集系统(I)记录称重传感器(10)的载荷、第一应变片(3)的应变值、第二应变片￠)的应变值、第三应变片(4)的应变值和第四应变片(7)的应变值； C、根据所有记录的称重传感器(10)的载荷、第一应变片(3)的应变值、第二应变片(6)的应变值、第三应变片(4)的应变值和第四应变片(7)的应变值，利用最小二乘法计算得到称重传感器(10)的载荷与应变值之间的线性关系公式:L = m.x+b，其中L为称重传感器(10)的载荷，X为应变值，m和b均为最小二乘法的常数； D、根据所有记录的第一应变片(3)的应变值和称重传感器(10)的载荷值，利用最小二乘法计算得到第一应变片(3)的应变值与称重传感器(10)载荷值的相关系数Rl ； 根据所有记录的第二应变片(6)的应变值和称重传感器(10)的载荷值，利用最小二乘法计算得到第二应变片￠)的应变值与称重传感器(10)载荷值的相关系数R2 ； 根据所有记录的第三应变片(4)的应变值和称重传感器(10)的载荷值，利用最小二乘法计算得到第三应变片(4)的应变值与称重传感器(10)载荷值的相关系数R3 ； 根据所有记录的第四应变片⑵的应变值和称重传感器(10)的载荷值，利用最小二乘法计算得到第四应变片(7)的应变值与称重传感器(10)载荷值的相关系数R4; 将相关系数R1、R2、R3和R4进行比较，选取与最接近I的相关系数对应的应变片作为爆破阀测量应变片； E、拆除爆破阀(8)底部的千斤顶(9)和称重传感器(10)，将爆破阀(8)点火驱动，爆破阀(8)爆破时，通过数据采集系统(I)记录爆破阀测量应变片的爆破应变值；将爆破应变值代入公式L = m.x+b的X中，计算得到L值；将L值作为爆破阀爆破时对两端管道竖直方向的冲击力。
7.如权利要求6所述的测量爆破阀管端载荷的方法，其特征在于:步骤A中第一应变片(3)、第二应变片(6)与爆破阀⑶的距离均为200mm。
8.如权利要求6所述的测量爆破阀管端载荷的方法，其特征在于:步骤B中所述通过千斤顶(9)调整爆破阀(8)的高度，每次调整爆破阀(8)的高度均不同包括以下步骤:按照依次增高的顺序，通过千斤顶(9)调整爆破阀(8)的高度。
9.如权利要求6至8任一项所述的测量爆破阀管端载荷的方法，其特征在于:步骤B中所述调整次数为10次，所述调整高度范围为15mm。
【文档编号】G01L5/14GK104132765SQ201410339969
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】李兢, 周文兴, 顾浩杰, 徐汝钦, 余雷旭, 王垒, 陈哲雨, 李凯, 黄清, 吴豪 申请人:中船重工特种设备有限责任公司