外弯矩作用下管道法兰应力监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一套法兰测试系统，具体涉及一种外弯矩作用下管道法兰应力监测系统。
【背景技术】
[0002]法兰连接是石油化工设备中常用的连接方式，因其具有易于拆卸安装的优点，广泛应用于石化、核电、冶金、制药等行业的压力容器及管道中。随着经济发展与能源供应的矛盾日益突出，炼油及化工技术迅速发展，管道法兰在各种炼化装置中普遍应用。在生产、施工中，法兰可能发生偏转、翘曲、蠕变、裂纹扩展等变化，法兰各部分应力变化复杂；在有外弯矩作用时，法兰各部分应力特征也会有很大变化，偏转、翘曲、裂纹可能加剧泄漏。法兰泄漏是石油化工等企业发生重大事故的主要原因之一。因此，我们有必要设计一种外弯矩作用下管道法兰应力监测系统对法兰上复杂的应力进行监测，以保证管道连接的安全性。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种外弯矩作用下管道法兰应力监测系统，所述测试系统应用于外弯矩作用下的法兰，实时监测法兰外壁应力的分布，能准确监测法兰应力，保证生产、施工的顺利进行。
[0004]本实用新型是这样实现的:一种外弯矩作用下管道法兰应力监测系统，它包括左管道、右管道，以及连接左管道和右管道的法兰，所述法兰采用垫片进行密封，左管道、右管道、法兰形成法兰待测空腔；
[0005]所述左管道通过阀门与泵连接，所述右管道与盲板焊接；所述法兰待测空腔内设有温度传感器、压力传感器；
[0006]所述系统还包括外弯矩加载机构和应力测试机构，所述外弯矩加载机构包括液压加载装置，所述液压加载装置向左、右管道施加力，与支座共同作用，在法兰连接处的管道上形成外力矩，力矩大小可自由调节，所述应力测试机构包括应变片，应变片通过排线与应变仪和计算机连接。
[0007]所述应变片分布在左管道圆筒段、右管道圆筒段、法兰锥颈段和法兰盘外壁上，且沿周向均匀分布。
[0008]本外弯矩作用下管道法兰应力监测系统中，法兰待测空腔的左端设置有一台泵，在泵的输出管线上有一个阀门，输出管线直接与左管道接通，用泵将介质输送到法兰待测空腔内，并在法兰待测空腔内设置压力传感器和温度传感器，该温度传感器监测法兰待测空腔内介质的温度，该压力传感器测量法兰待测空腔内的压力；管道的下方设置有支撑支架(支座)，管道上方设置有排气阀；法兰采用螺栓进行连接，并用垫片进行密封。
[0009]所述外弯矩加载机构主要由液晶控制面板、液压加载装置、加载支架和加载臂构成；所述液压加载装置可以由液晶控制面板来控制，根据测试的需要来进行合理的加载，即可以提供从零加载到量程内任意想要的载荷值。加载支架与液压加载装置的伸出杆焊接为一体。所述液压加载装置可提供量程内任意大小的力，所述加载支架上设有加载臂，加载臂可在加载支架上左右移动，与管道下的支座共同作用，提供不同类型、大小的弯矩(加载臂可以在弯矩加载支架上左右移动至支座的内外侧，加载不同类型的弯矩。)。所述加载臂与左管道、右管道接触。
[0010]所述法兰应力测试机构主要包括应变片、应变仪，所述应变片均匀分布在管道圆筒段、法兰锥颈段和法兰盘外壁上，且沿周向均匀分布；所述应变片的电信号变化由排线传送到应变仪和计算机中。
[0011]本外弯矩作用下高温管道法兰测试系统主要由管道法兰连接机构(管道法兰连接机构由泵、管道、法兰、盲板等组成)、外弯矩加载机构和应力测试机构组成，泵在法兰待测空腔内制造高压环境，温度、压力传感器来测量法兰待测空腔的温度、压力。所述外弯矩加载机构在法兰两端的管道(左管道、右管道)上施加液压加载装置量程内的任意力，该力结合管道下方的支座形成弯矩，控制力的大小即控制弯矩的大小。
[0012]本实用新型利用泵或空气压缩机为管道法兰连接机构提供高压环境，可以做多组压力情况下的测试，以确保测试结果准确。本实用新型适用于液体介质和气体介质。本实用新型可以准确测量法兰连接在高压条件承受外弯矩作用下的管道圆筒段、锥颈段和法兰盘外壁上的应力，实时监测不同压力条件下的法兰上的应力水平。本实用新型应用于外弯矩作用下的法兰，能实时监测法兰外壁应力的分布，判断是否有内部裂纹以及裂纹扩展情况。本实用新型应力测定准确，对科研和工程皆具有较强的指导意义。
【附图说明】
[0013]图1为本外弯矩作用下管道法兰应力监测系统的结构示意图。
[0014]图2为图1中D的放大图。
[0015]图中:1_泵、2-阀门、3-左管道、4-排线、5-螺栓、6-垫片、7-法兰、8-排气阀、9-盲板、10-底流口阀门、11-支座、12-温度传感器、13-压力传感器、14-计算机、15-应变仪、16-应变片、17-液晶控制面板、18-加载支架、19-液压加载装置、20-加载臂、21-右管道。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
[0017]如图1、图2所示，一种外弯矩作用下管道法兰应力监测系统，它包括左管道3、右管道21，以及连接左管道3和右管道21的法兰7，所述法兰7通过螺栓5进行连接，并采用垫片6进行密封，左管道3、右管道21、法兰7形成法兰待测空腔，所述右管道21上设有底流口阀门10和排气阀门8 ；
[0018]所述左管道3通过阀门2与泵I连接，所述右管道21与盲板9焊接；所述法兰待测空腔内设有温度传感器12、压力传感器13，该温度传感器12监测法兰待测空腔内介质的温度，该压力传感器13测量法兰待测空腔内的压力；
[0019]所述系统还包括外弯矩加载机构和应力测试机构，所述外弯矩加载机构包括通过液晶控制面板17控制的液压加载装置19，所述液压加载装置19的伸出杆与加载支架18连接为一体，所述加载支架18上设有加载臂20，所述液压加载装置19可提供量程内任意大小的力，所述加载臂20与左管道3、右管道21接触，加载臂20可在加载支架18上左右移动，与管道下的支座11共同作用，提供不同类型、不同大小的弯矩；所述应力测试机构包括应变片16、计算机14和应变仪15，所述应变片16如图2均匀分布在左管道圆筒段、右管道圆筒段、法兰锥颈段和法兰盘外壁上，且沿周向均匀分布，且所述应变片16通过排线4与应变仪15和计算机14连接。
[0020]为了保证测量的准确性，所述左管道3和右管道21下设有支座11。
[0021]所述加载臂20可以在加载支架18上左右移动至支座11的内外侧，加载不同类型的弯矩。所述加载臂20对称或不对称，可提供不同类型的弯矩。
[0022]所述泵I用于将介质(液体或气体)输送到法兰待测空腔中，在法兰待测空腔中形成高压环境，法兰待测空腔的管道上设置有排气阀8，向法兰待测空腔内充入介质时用于排气；在法兰待测空腔中设置有温度传感器12和压力传感器13，实时监测法兰待测空腔中介质的温度、压力。盲板9焊接在右管道21末端，其密封效果好。
[0023]在法兰待测空腔的管道的上方固定有一液压加载装置19，液压加载装置19通过与其伸出杆焊接在一起的加载支架I8对法兰两端的管道(左管道、右管道)施加弯矩，液压加载装置19可由其自带的液晶控制面板17进行控制，施加任意量程内的载荷；所述加载支架18上设有加载臂20，所述加载臂20与左管道3、右管道21接触；加载臂20能在加载支架18上左右移动，加载臂20与管道下的支座11 (左支座、右支座)共同作用，提供不同类型的弯矩。
[0024]如图2所示，沿法兰盘、锥颈、左管道和右管道的外壁均匀贴有应变片16，且应变片16沿周向均匀分布，应变片16上电信号的变化通过导线(排线4)传递到应变仪15，应变片16测量法兰上各个部位的应力，并实时在应变仪15和计算机14中显示应变、应力及其随时间的变化规律。
[0025]温度传感器12、压力传感器13可将信号输送至计算机14中进行显示，也可输送至单片机中进行显示。
[0026]本实用新型的工作工程:
[0027](I)外弯矩作用下管道法兰应力监测系统工作前，计算机14开机待用，应变仪15开机预热，检查阀门2、排气阀8、底流口阀门10开关状态；
[0028](2)外弯矩作用下管道法兰应力监测系统工作时，泵I将介质充入法兰待测空腔，通过压力传感器13显示法兰待测空腔内压力，将压力调节到待测压力；凭借温度传感器12显示法兰待测空腔内温度，在此工况下，保压足够长的时间，通过应变仪15和计算机14共同监测法兰上的应力变化。
【主权项】
1.一种外弯矩作用下管道法兰应力监测系统，它包括左管道、右管道，以及连接左管道和右管道的法兰，所述法兰采用垫片进行密封，左管道、右管道、法兰形成法兰待测空腔，其特征在于: 所述左管道通过阀门与泵连接，所述右管道与盲板焊接；所述法兰待测空腔内设有温度传感器、压力传感器； 所述系统还包括外弯矩加载机构和应力测试机构，所述外弯矩加载机构包括液压加载装置，所述液压加载装置向左管道和右管道施加力，与支座共同作用，在法兰连接处的管道上形成外力矩，力矩大小能自由调节；所述应力测试机构包括应变片，应变片通过排线与应变仪和计算机连接。
2.如权利要求1所述的外弯矩作用下管道法兰应力监测系统，其特征在于:所述应变片沿左管道圆筒段、右管道圆筒段、法兰锥颈段和法兰盘外壁周向均匀分布。
3.如权利要求1所述的外弯矩作用下管道法兰应力监测系统，其特征在于:所述液压加载装置的伸出杆与加载支架焊接为一体，所述液压加载装置能提供量程内任意大小的力，所述加载支架上设有加载臂，所述加载臂与左管道、右管道接触。
4.如权利要求1或3所述的外弯矩作用下管道法兰应力监测系统，其特征在于:所述液压加载装置通过液晶控制面板控制。
5.如权利要求3所述的外弯矩作用下管道法兰应力监测系统，其特征在于:所述加载臂能在加载支架上左右移动，且该加载臂与左右管道上的支座共同作用，提供不同类型、大小的弯矩。
6.如权利要求1所述的外弯矩作用下管道法兰应力监测系统，其特征在于:所述右管道上设有排气阀和底流口阀门。
【专利摘要】本实用新型公开了一种外弯矩作用下管道法兰应力监测系统，它包括左管道、右管道，以及连接左管道和右管道的法兰，所述法兰采用垫片进行密封，左管道、右管道、法兰形成法兰待测空腔；左管道通过阀门与泵连接，右管道与盲板焊接；法兰待测空腔内设有温度传感器、压力传感器；所述系统还包括外弯矩加载机构和应力测试机构，所述应力测试机构包括应变片，应变片通过排线与应变仪和计算机连接。本实用新型应用于外弯矩作用下的法兰，能实时监测法兰外壁应力的分布；且应力测定准确，对科研和工程皆具有较强的指导意义。
【IPC分类】G01L5-00
【公开号】CN204314001
【申请号】CN201420731033
【发明人】王明伍, 喻九阳, 周欢, 郑小涛, 林纬, 徐建民, 刘昊
【申请人】武汉工程大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年11月28日