高温法兰接头偏转角监测装置及其设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及高温法兰接头偏转角监测装置及其设计方法，监测装置包括一级放大机构和二级放大机构，两级放大机构通过V形杆件连接，V形杆件的一边为一级放大机构的曲柄，另一边为二级放大机构的摇杆，通过MATLAB对两级放大机构的四根杆长进行设计，实现第一级机构放大10倍，第二级机构放大5倍，一共将放大倍数提高到50倍。本发明专利技术增加了测量精度，能更准确地测试法兰的偏转角，可应用于各种工况下的高温法兰，能准确测试法兰盘的偏转角，实现实时监测，给出刚度评价，保证生产、施工的顺利进行。

【技术实现步骤摘要】
高温法兰接头偏转角监测装置及其设计方法
本专利技术涉及高温法兰偏转角测试
，具体涉及一种基于四杆式多级放大机构的高温法兰接头偏转角监测装置及其设计方法。
技术介绍
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，各种炼化装置中普遍存在高温高压工况。在高温操作条件下，法兰可能发生偏转、翘曲、蠕变等变化从而导致密封失效产生泄漏，在这一过程中所产生的角度偏移量很微小一般在0.01～1°。高温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，而法兰的泄漏与法兰盘的偏转角(即刚度)有着直接的联系。为避免高温法兰泄漏事故的发生，有必要对高温法兰的偏转进行测量和监测，现有的基于引伸计的测量装置直接测量的数据太微小，需要采用合理的放大机构对位移量加以放大，从而提升测量精度，更有效的对高温法兰的偏转角进行测量研究，以寻求有效控制高温法兰泄漏的方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种高温法兰接头偏转角监测装置及其设计方法，它可以用于测试各种工况下的高温法兰，能准确测试法兰盘的偏转角，给出刚度评价。本专利技术为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：一种高温法兰接头偏转角监测装置，包括底座、法兰固定机构、一级连杆、V形杆件、二级连杆、二级曲柄和角度测量装置；所述法兰固定机构包括左端夹板和右端夹板，所述左端夹板和右端夹板竖直、相对设置于所述底座上，高温法兰安装于所述左端夹板和右端夹板之间；所述V形杆件的交点与所述底座铰接，V形杆件的两个边分别为一级曲柄和二级摇杆；所述一级连杆一端与所述左端夹板上端铰接，一级连杆另一端与所述一级曲柄上端铰接，所述左端夹板、一级连杆、一级曲柄、底座构成四杆式一级放大机构；所述二级连杆一端与所述二级摇杆上端铰接，二级连杆另一端与所述二级曲柄上端铰接，所述二级曲柄下端与所述底座铰接，所述二级摇杆、二级连杆、二级曲柄、底座构成四杆式二级放大机构；所述角度测量装置包括万能角度器和指针，所述指针与所述二级曲柄同轴固定连接。上述方案中，所述底座包括活动连接的固定底座和活动底座，所述活动底座能够相对所述固定底座水平移动；所述左端夹板安装于所述固定底座上，所述右端夹板安装于所述活动底座上。上述方案中，所述法兰固定机构还包括左端挡板和右端挡板，所述左端挡板固定安装于所述固定底座上，并位于所述左端夹板的左侧，所述左端挡板上安装有用于紧固所述左端夹板的紧固螺栓；所述右端挡板固定安装于所述活动底座上，并位于所述右端夹板的右侧，所述右端挡板上安装有用于紧固所述右端夹板的紧固螺栓。上述方案中，所述偏转角监测装置还包括水平仪，所述水平仪安装于所述底座上，所述水平仪保证了整个测量装置与被测法兰之间保持水平位置，即测量装置与法兰的初始状态保持一致，避免测量过程中由于偏移产生误差。本专利技术还提出上述高温法兰接头偏转角监测装置的设计方法，该方法包括以下步骤：步骤1、基于MATLAB进行一级放大机构的杆长设计，将法兰偏转角度放大10倍，具体包括以下分步骤：(1)设一级放大机构的四根杆长依次为I1，I2，I3，I4，摇杆的初始角为α、旋转角为u，曲柄的初始角为β、旋转角为S，给定的理论输出角函数为M，根据理论输出角函数与实际输出角函数为S之间的偏差应为最小的原则，建立目标函数：如取n个点进行计算，目标函数简化为：(2)取固定铰链轴的中心距离I4为一定值，则四杆机构实际输出角是待定参数I1，I2，I3，及初始角α，β的函数，它们之间满足如下关系：当u+α在第一、二象限时，实际输出角S＝π-A-B-β；当u+α在第三、四象限时，实际输出角S＝π-A+B-β，式中：(3)根据平面四杆的特点，确定约束条件；(4)对于第一级放大机构，设定摇杆初始角度α0＝90°，固定铰链轴的中心距离I4＝10，理论输出角函数为M＝10u，令x＝[x1，x2，x3，x4，x5]T＝[I1，I2，I3，α，β]T，把约束条件化为符合Matlab的格式，编制相应M文件，运行后得到最优解；步骤2、基于MATLAB进行二级放大机构的杆长设计，将法兰偏转角度放大5倍：将理论输出角函数设为M＝5u，编制相应M文件，运行后得到最优解；步骤3、根据实物加工需求，将两级机构的杆长缩放至适当的值。上述方法中，步骤1中的约束条件为：(1)各杆长I1，I2，I3，I4均大于零，取初始角α，β大于零；(2)对于曲柄摇杆机构，由曲柄存在条件，知：I1+I4≤I2+I3；I1+I3≤I2+I4；I1+I2≤I3+I4(3)从机构应具有良好的传动性能出发，最小传动角应大于等于许用传动角[γ]，一般地许用传动角不小于40°，最小传动角可能出现的两个极限位置：当I12+I42≤I22+I32时，机构最小传动角γmin满足：当I12+I42＞I22+I32时，机构最小传动角γmin满足：本专利技术的有益效果在于：本专利技术的监测装置采用两级放大机构，通过对杆长的合理设计将测得的法兰偏转角度放大50倍后输出，提高了测量精度。法兰固定机构的左、右端夹板的间距可以进行调整，可适用于各种工况下的高温法兰，能准确测试法兰盘的偏转角，实现实时监测，给出刚度评价，保证生产、施工的顺利进行。本装置操作简单，携带方便，适于推广。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术高温法兰接头偏转角监测装置的主视图；图2-4是图1所示偏转角监测装置的立体图；图5是图1所示偏转角监测装置的V形杆件的结构示意图；图6是四杆机构运行原理图；图7(a)-(b)是图6中四杆机构可能出现两个极限位置示意图；图8是本专利技术实施例两级放大机构组装后的简化图；图9(a)是本专利技术实施例一级放大机构的杆长示意图；图9(b)是本专利技术实施例二级放大机构的杆长示意图。图中：11、固定底座；12、活动底座；20、法兰固定机构；21、右端夹板；22、左端夹板；23、右端挡板；24、左端挡板；25、紧固螺栓；30、水平仪；40、一级连杆；50、V形杆件；51、一级曲柄；52、二级摇杆；60、二级连杆；70、二级曲柄；81、万能角度器；82、指针；83、角度器固定底板；84、销轴；200、高温法兰；210、上法兰；220、下法兰；240、垫片。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。如图1-5所示，为本专利技术高温法兰接头偏转角监测装置的一个实施例，监测装置包括底座、法兰固定机构20、一级连杆40、V形杆件50、二级连杆60、二级曲柄70和角度测量装置。监测对象为高温法兰200，高温法兰200由上法兰210和下法兰220采用螺栓连接而成，上法兰和下法兰之间采用垫片240进行密封。法兰固定机构20包括左端夹板22和右端夹板21，左端夹板22和右端夹板21竖直、相对设置于底座上，高温法兰200安装于左端夹板22和右端夹板21之间。左端夹板22和右端夹板21均采用两块较宽的平板来保证夹板面与法兰面完美贴合。V形杆件50的交点与底座铰接，V形杆件50的两个边分别为一级曲柄51和二级摇杆52。一级连杆40一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温法兰接头偏转角监测装置，其特征在于，包括底座、法兰固定机构、一级连杆、V形杆件、二级连杆、二级曲柄和角度测量装置；所述法兰固定机构包括左端夹板和右端夹板，所述左端夹板和右端夹板竖直、相对设置于所述底座上，高温法兰安装于所述左端夹板和右端夹板之间；所述V形杆件的交点与所述底座铰接，V形杆件的两个边分别为一级曲柄和二级摇杆；所述一级连杆一端与所述左端夹板上端铰接，一级连杆另一端与所述一级曲柄上端铰接，所述左端夹板、一级连杆、一级曲柄、底座构成四杆式一级放大机构；所述二级连杆一端与所述二级摇杆上端铰接，二级连杆另一端与所述二级曲柄上端铰接，所述二级曲柄下端与所述底座铰接，所述二级摇杆、二级连杆、二级曲柄、底座构成四杆式二级放大机构；所述角度测量装置包括万能角度器和指针，所述指针与所述二级曲柄同轴固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种高温法兰接头偏转角监测装置，其特征在于，包括底座、法兰固定机构、一级连杆、V形杆件、二级连杆、二级曲柄和角度测量装置；所述法兰固定机构包括左端夹板和右端夹板，所述左端夹板和右端夹板竖直、相对设置于所述底座上，高温法兰安装于所述左端夹板和右端夹板之间；所述V形杆件的交点与所述底座铰接，V形杆件的两个边分别为一级曲柄和二级摇杆；所述一级连杆一端与所述左端夹板上端铰接，一级连杆另一端与所述一级曲柄上端铰接，所述左端夹板、一级连杆、一级曲柄、底座构成四杆式一级放大机构；所述二级连杆一端与所述二级摇杆上端铰接，二级连杆另一端与所述二级曲柄上端铰接，所述二级曲柄下端与所述底座铰接，所述二级摇杆、二级连杆、二级曲柄、底座构成四杆式二级放大机构；所述角度测量装置包括万能角度器和指针，所述指针与所述二级曲柄同轴固定连接。2.根据权利要求1所述的高温法兰接头偏转角监测装置，其特征在于，所述底座包括活动连接的固定底座和活动底座，所述活动底座能够相对所述固定底座水平移动；所述左端夹板安装于所述固定底座上，所述右端夹板安装于所述活动底座上。3.根据权利要求2所述的高温法兰接头偏转角监测装置，其特征在于，所述法兰固定机构还包括左端挡板和右端挡板，所述左端挡板固定安装于所述固定底座上，并位于所述左端夹板的左侧，所述左端挡板上安装有用于紧固所述左端夹板的紧固螺栓；所述右端挡板固定安装于所述活动底座上，并位于所述右端夹板的右侧，所述右端挡板上安装有用于紧固所述右端夹板的紧固螺栓。4.根据权利要求1所述的高温法兰接头偏转角监测装置，其特征在于，所述偏转角监测装置还包括水平仪，所述水平仪安装于所述底座上，所述水平仪保证了整个测量装置与被测法兰之间保持水平位置，即测量装置与法兰的初始状态保持一致，避免测量过程中由于偏移产生误差。5.根据权利要求1所述的高温法兰接头偏转角监测装置的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、基于MAT...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑小涛，张啸海，钟伟健，王海波，崔榕刚，周号，丁佩珊，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42