CN103868443B - 法兰密封面张开量的测量装置 - Google Patents

Abstract

法兰密封面张开量的测量装置，包括两个磁性座，两个磁性座分别吸附在承压容器上密封连接的两个法兰的安装孔的内壁面上，固定支架、顶推支架分别装在两个磁性座上，短弹簧片及长弹簧片的一端固定装在固定支架上，两个弹簧片的另一端悬置，且均沿法兰的径向延伸，两个弹簧片固定端的两侧均设有一个应变片，短弹簧片上的两个应变片及长弹簧片上的两个应变片均为半桥连接；顶推支架上设有两个轴向顶推脚，所述两个顶推脚中的一个与短弹簧片的悬置端抵接，所述两个顶推脚中的另一个与长弹簧片的悬置端抵接，所述四个应变片的连接导线经水密接插件引出。本发明能够在承压容器内高压水环境中对法兰密封面的张开量进行测量。

Description

法兰密封面张开量的测量装置

技术领域

本发明涉及法兰密封测量技术领域，具体涉及在承压容器内高压水环境条件中测量法兰密封面张开量的装置。

背景技术

高压法兰密封是承压容器常用的密封形式，通常采用具有自密封作用的O形橡胶圈安装在法兰密封面的沟槽内，由于预密封作用O形圈与法兰密封面及密封面上的沟槽底面紧密接触，承压容器内的水介质通过法兰密封面间隙进入沟槽时只能对O形密封圈的一个侧面起作用，当承压容器内的压力增大时，把O形密封圈推向沟槽另一侧面，从而将O型密封圈挤压成D形，并把压力传递给法兰接触面，如此进一步提高了密封效果。然而，O形密封圈的自密封能力是有限的，由于法兰密封面之间存在间隙，当承压容器内压力过高时，法兰密封面在轴向载荷的作用下会产生张开变形，使得密封面间隙增加，可能会出现O形密封圈的“胶料挤出”现象，由此导致密封失效，因此，在承压容器的密封结构设计时，尤其是对于超高压容器或大尺寸的承压容器的密封结构设计，必须知悉在设计压力时法兰密封面的最大张开量，并以此为主要依据设计密封圈和沟槽的结构形式及尺寸，从而保证承压容器的可靠密封。

目前，承压容器的法兰密封面张开量的分析主要是采用有限元分析软件在确定的结构尺寸和设计压力下进行模拟计算，得到法兰密封面张开量的理论值，并将其作为后续密封结构设计的尺寸依据，然而由于缺少在承压容器内高压水环境中对法兰密封面实际张开量进行测量的装置，因而无法对理论计算值进行实际测试验证。现有技术中鲜少有法兰密封面张开量的测量技术，中国专利ZL201110462716.X公开了“一种法兰密封面的测量装置”，其主要应用于法兰生产制造过程中由于焊接及热处理工艺造成的法兰密封面变形的测量，其无法适用于在承压容器内高压水下环境中对法兰密封面张开量的测量，又如中国专利ZL20132011942.3公开的“一种风力发电机组塔筒法兰开口检测装置”，其虽然是通过应变片应变测量从而检测塔筒法兰开口量，并与最大理论值进行比较从而实时监测法兰开口情况，但是其在法兰连接面的外侧设置应变片，而且测量的是法兰径向应变，同样无法适用于在承压容器内高压水下环境中对法兰密封面张开量的测量。

发明内容

本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种法兰密封面张开量的测量装置，其能够在承压容器内高压水环境中对法兰密封面的张开量进行测量，且结构简单，操作方便。

本发明的技术方案如下：

法兰密封面张开量的测量装置，包括磁性座一及磁性座二，所述两个磁性座依靠其磁性分别吸附在承压容器的法兰一、法兰二上的安装孔的内壁面上，法兰一与法兰二密封连接；固定支架与磁性座一固接，短弹簧片及长弹簧片的一端固定装在固定支架上，短弹簧片及长弹簧片的另一端悬置，且均沿所述两个法兰的径向延伸，短弹簧片固定端及长弹簧片固定端的两侧均设有一个应变片，短弹簧片上的两个应变片及长弹簧片上的两个应变片均为半桥连接，且短弹簧片上的两个应变片及长弹簧片上的两个应变片沿所述两个法兰的轴向粘贴；顶推支架固定装在磁性座二上，顶推支架上设有沿所述两个法兰轴向凸出的两个顶推脚，所述两个顶推脚中的一个与短弹簧片的悬置端抵接，所述两个顶推脚中的另一个与长弹簧片的悬置端抵接，所述四个应变片的连接导线经水密接插件引出。

其进一步技术方案为：

所述固定支架带有直角结构，固定支架通过所述直角结构紧贴在磁性座一上，且所述直角结构的轴向板与磁性座一固接，短弹簧片及长弹簧片的一端均与所述直角结构的径向板的同一端固接。

所述顶推支架带有直角结构，顶推支架通过所述直角结构紧贴在磁性座二上，且所述直角结构的轴向板与磁性座二固接，两个顶推脚设在所述直角结构的径向板上。

本发明的技术效果：

本发明通过将所述弹簧片设置成预弯曲变形的悬臂形式，通过测量在承压容器内高压水介质的轴向载荷的作用下所述弹簧片的应变变化量，并根据悬臂梁的应变和挠度之间的函数关系，即能够实现在承压容器内高压水环境中对法兰密封面的实际张开量的实时测量；本发明通过一长一短两个弹簧片的设置，不仅能够测量法兰密封面在试验压力下沿法兰轴向的实际张开量，而且能够测量法兰密封面的张开角度。利用本发明获得的实际测量值不仅能够对有限元方法计算出的理论值进行测试验证，而且能够为法兰密封结构的结构形式和尺寸提供更为精确的设计依据。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图。

图2为本发明所述固定支架的侧视图。

图3为本发明所述顶推支架的侧视图。

其中：1、磁性座一；2、磁性座二；3、法兰一；4、法兰二；5、固定支架；6、短弹簧片；7、长弹簧片；8、应变片；9、顶推支架；91、顶推脚；10、连接导线；11、水密接插件；12、O型密封圈；13、应变仪。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

见图1，本发明包括磁性座一1及磁性座二2，所述两个磁性座依靠其磁性分别吸附在承压容器的法兰一3、法兰二4上的安装孔的内壁面上，具体地，法兰一3、法兰二4分别为承压容器的筒体法兰、筒帽法兰，法兰一3与法兰二4之间通过O型密封圈12形成端面密封连接；固定支架5与磁性座一1固接，短弹簧片6及长弹簧片7的一端固定装在固定支架5上，短弹簧片6及长弹簧片7的另一端悬置，且短弹簧片6及长弹簧片7的悬置端均沿所述两个法兰的径向延伸，短弹簧片6固定端及长弹簧片7固定端的两侧均设有一个应变片8，短弹簧片6上的两个应变片8及长弹簧片7上的两个应变片8均为半桥连接，且短弹簧片6上的两个应变片8及长弹簧片7上的两个应变片8沿所述两个法兰的轴向粘贴；顶推支架9固定装在磁性座二2上，顶推支架9上设有沿所述两个法兰轴向凸出的两个顶推脚91，两个顶推脚91中的一个与短弹簧片6的悬置端抵接，两个顶推脚91中的另一个与长弹簧片7的悬置端抵接，四个应变片8的连接导线10经水密接插件11引出至外部动态应变仪13，水密接插件11设在所述两个法兰的任一法兰上。

具体地，见图1、图2，所述固定支架5带有直角结构，固定支架5通过所述直角结构紧贴在磁性座一1上，且所述直角结构的轴向板与磁性座一1通过固定螺栓固接，短弹簧片6及长弹簧片7的一端均与所述直角结构的径向板的同一端通过固定螺栓固接；见图1、图3，所述顶推支架9带有直角结构，顶推支架9通过所述直角结构紧贴在磁性座二2上，且所述直角结构的轴向板与磁性座二2通过固定螺栓固接，两个顶推脚91设在所述直角结构的径向板上。所谓“轴向”、“径向”，分别指所述两个法兰的轴向、径向。而且，为了可微调固定支架5在磁性座一1上的装配位置、顶推支架9在磁性座二2上的装配位置，固定支架5所述直角结构的轴向板、顶推支架9所述直角结构的轴向板上均设有与固定螺栓配合的腰形孔。

本发明的测量过程如下：

见图1，初始安装时通过磁性座一1和磁性座二2的轴向间距的设定，使顶推支架9的两个顶推脚91分别顶推短弹簧片6和长弹簧片7的悬置端，利用顶推脚91的顶推力确保两个弹簧片产生一定的预弯曲（在弹簧片的线弹性范围内弯曲），在承压容器内水压力逐渐增加的过程中，由于轴向载荷的作用，承压容器的法兰密封面逐渐张开，磁性座一1与磁性座二2之间的距离随着法兰密封面的张开而增加，从而使得固定支架5与顶推支架9之间的距离逐渐增加，短弹簧片5与长弹簧片6的弯曲变形则逐渐减小，应用外部动态应变仪13和计算机控制***采集所述两个弹簧片固定端的应变输出，根据悬臂梁的应变——挠度关系函数，利用所述两个弹簧片固定端的应变输出数据，即可以得到承压容器法兰密封面的张开量。由于所述两个法兰固定连接，因此在承压容器内高压水的轴向载荷作用下，法兰密封面的张开路径并不是单纯的沿法兰轴向张开，而是呈现具有一定张开角度的“V”字形张开，因此，本发明进一步采用一长一短两个弹簧片进行测量,通过长、短两个弹簧片的测量的位移以及二者的位移差，不仅能够测量法兰密封面在试验压力下沿法兰轴向的实际张开量，而且能够测量法兰密封面的张开角度。

本发明通过将一长一短两个弹簧片设置成预弯曲变形的悬臂形式，通过测量在承压容器内高压水介质的轴向载荷的作用下所述两个弹簧片的应变变化量，并根据悬臂梁的应变和挠度之间的函数关系，即能够实现在承压容器内高压水环境中对法兰密封面的实际张开量的实时测量。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (3)

1.法兰密封面张开量的测量装置，其特征在于：包括磁性座一（1）及磁性座二（2），所述两个磁性座依靠其磁性分别吸附在承压容器的法兰一（3）、法兰二（4）上的安装孔的内壁面上，法兰一（3）与法兰二（4）密封连接；固定支架（5）与磁性座一（1）固接，短弹簧片（6）及长弹簧片（7）的一端固定装在固定支架（5）上，短弹簧片（6）及长弹簧片（7）的另一端悬置，且均沿所述两个法兰的径向延伸，短弹簧片（6）固定端及长弹簧片（7）固定端的两侧均设有一个应变片（8），短弹簧片（6）上的两个应变片（8）及长弹簧片（7）上的两个应变片（8）均为半桥连接，且短弹簧片（6）上的两个应变片（8）及长弹簧片（7）上的两个应变片（8）沿所述两个法兰的轴向粘贴；顶推支架（9）固定装在磁性座二（2）上，顶推支架（9）上设有沿所述两个法兰轴向凸出的两个顶推脚（91），所述两个顶推脚（91）中的一个与短弹簧片（6）的悬置端抵接并使短弹簧片（6）产生预弯曲，所述两个顶推脚（91）中的另一个与长弹簧片（7）的悬置端抵接并使长弹簧片（7）产生预弯曲，所述四个应变片（8）的连接导线（10）经水密接插件（11）引出。

2.按权利要求1所述的法兰密封面张开量的测量装置，其特征在于：所述固定支架（5）带有直角结构，固定支架（5）通过所述直角结构紧贴在磁性座一（1）上，且所述直角结构的轴向板与磁性座一（1）固接，短弹簧片（6）及长弹簧片（7）的一端均与所述直角结构的径向板的同一端固接。

3.按权利要求1或2所述的法兰密封面张开量的测量装置，其特征在于：所述顶推支架（9）带有直角结构，顶推支架（9）通过其直角结构紧贴在磁性座二（2）上，且所述顶推支架（9）的直角结构的轴向板与磁性座二（2）固接，两个顶推脚（91）设在所述顶推支架（9）的直角结构的径向板上。