一种基于超声发声器的法兰泄漏在线监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于超声发声器的法兰泄漏在线监测装置，法兰接头为一对法兰盘通过螺栓紧固形成可拆卸连接，法兰盘密封面间采用衬垫密封；超声发声器支座为1/4扇环结构，采用螺栓连接安装于法兰盘外圆，4组超声发声器支座沿法兰盘外圆均布，超声发声器数目由法兰盘直径确定；超声发声器为圆柱空腔发声结构，超声发声器的进气口开设一斜切开口，开口位于靠近法兰密封面端；至少4组窄频段超声波传感器，其安装位置在超声发声器斜切开口的正前方，信号处理模块与超声波传感器的输出端连接。本发明专利技术装置可实现对泄漏流量下限1.0L/min的小泄漏进行智能监测报警及泄漏定位，将法兰泄漏失效控制在早期，避免大量泄漏造成的经济损失和安全隐患。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声发声器的法兰泄漏在线监测装置
本专利技术涉及结构部件气密性测试
，具体涉及一种基于超声发声器的法兰泄漏在线监测装置。
技术介绍
法兰连接或法兰接头是管路、管件、阀门、仪表、设备等实现自身以及相互连接的最常见、最终要的连接形式，法兰接头是通过紧固螺栓、法兰盘、密封垫片三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接。法兰接头的操作工况非常复杂，在操作工况下法兰接头需要承受螺栓预紧载荷、介质压力、温度以及管系产生的附件弯矩和附加轴向力等载荷作用。垫片是实现法兰密封的核心部件，垫片密封需要足够的螺栓预紧力保证法兰和垫片之间保持足够的摩擦力以防止法兰之间的垫片不被吹出。此外由于法兰接头自身的结构特定，法兰接头对螺栓预紧力具有很强的依赖性，当螺栓预紧力减少到管路系统的压力时，法兰接头很可能出现失效的工作状态，给整个管路系统带来突显的运行干扰。法兰接头主要依靠连接螺栓的预紧力达到足够的密封比压来组织被密封流体的外泄。在运行工况下，法兰接头很少因强度不足而产生破坏，更多的是因密封不良导致的“跑、冒、滴、漏”现象。根据泄漏的发生形式，法兰接头泄漏一般可以归纳为渗透泄漏、界面泄漏和破坏泄漏等类型。渗透泄漏是指通过垫片本身的泄漏，垫片材料本身组织疏松，致密性较差，组织纤维之间存在微观缝隙，当接触面两侧存在温度差、流速差、浓度差及压力差时，介质会通过纤维之间微观缝隙向低势能一侧泄漏。界面泄漏是指垫片和法兰密封面间发生的泄漏，是法兰泄漏的主要类型。螺栓预紧力不足、法兰表面粗糙度选择不合理、管道热变形或机械变形等原因均可造成垫片与法兰密封面之间接触不严而发生泄漏。此外，垫片的塑性变形、材料老化、回弹力下降等因素也会造成垫片和法兰密封面之间接触不够严密而发生泄漏。破坏泄漏本质上也是一种界面泄漏，主要包括法兰的不对中、垫片材料的压溃、腐蚀、垫片尺寸不正确及垫片被挤出等情况。法兰的泄漏一般不易被发现，操作人员在巡检时对法兰泄漏的判断主要依靠望、闻、摸等方式，工作量繁重而且不安全。如果其内部为有毒有害、高温气体介质，可能会对操作人员造成人身伤害，因此需要及时发现泄漏并采取相应措施。目前，法兰泄漏检测主要采用红外热像仪，但部分法兰外壳为光亮铁皮或不锈钢，其发射率低反射率高，容易将附近的高温辐射源反射进红外热像仪，从而造成严重干扰；如果法兰密封为高压气体，其泄漏会有液态转化为气态，从而吸热表现为泄漏部位局部低温；此外，红外热像仪应放置与阴凉处，避免阳光照射对测量结果的干扰。除红外热像仪之外，采用卡箍式“包袋法”对法兰进行泄漏介质进行收集，再通过传感器实时测量的技术也开始初步应用。申请公布日2018年01月16日，申请公布号为CN108364283A的中国专利技术专利申请中，公开了“一种机泵密封泄漏监测与定位方法”，包括视频监控摄像头，安装在机泵密封对立面；视频采集器，获取泄漏监测点的视频信号并将其转换成数字信号输送至交换机，进而变送至集成监测服务器进行存储与备份，依托泄漏在线监测软件实现机泵密封泄漏在线监测。技术方案理论上可以实现通过视频监控摄像头寻找泄漏点，但如何得到灰度差值滤波矩阵以及图像识别灵敏度的阈值进而确定机泵泄漏难度很大；该技术要求摄像头具有足够的清晰度能够捕捉泄漏点的视频信号；要实现对机泵的全方位检测，摄像头需求量较大，价格昂贵。授权公布日2017年05月26日，授权公告号为CN106959194A的专利技术专利申请中，公开了一种“用于螺栓法兰接头的泄漏监测方法”。该装置通过多个螺栓、垫圈、螺母将上法兰和下法兰结合在一起形成而构成密封空间，上法兰和下法兰之间设置有压紧垫片，采用温度计测量密封空间内温度，通过压力表测量密封空间内压力，通过光纤传感器测量螺栓受到拉力时的长度变化，通过光纤解调器接收光纤光栅传感器信号并计算得到总螺栓力，进而通过螺栓力与泄漏量关系式推算出泄漏率。技术方案理论上可以通过温度、压力和螺栓力的测量实现对螺栓法兰接头的泄漏监测，但该测量装置只能适用于密封空间的法兰，对于由于法兰密封面损伤造成的微量渗漏很难迅速引起温度、压力变化，且不会引起螺栓力的变化。对于连续输送介质管路法兰，由于微量泄漏引起的温度、压力和螺栓力的变化不明显。授权公布日2016年12月28日，授权公告号为CN106764458A的专利技术专利申请中，公开了“法兰泄漏监测装置及高能管网法兰泄漏监测调控系统”，本专利技术所述的法兰泄漏监测装置采用气囊式设计，将法兰包裹在内部，形成密闭的测漏腔体，通过监测腔体内的温度、压力、湿度变化来分析法兰的泄漏状态。该技术需要对每个法兰安装气囊且要求严格保证气囊的密封性以防止泄漏气体从气囊内泄漏到大气中；此外，如果法兰发生持续大规模泄漏，泄漏介质会迅速充满气囊，存在一定安全隐患。当泄漏发生后，需要及时清理掉气囊内积留的气体以便后续的检测。综上所述，上述几种技术方案所涉及的泄漏检测方法虽然理论上能够实现对法兰泄漏的检测，但其自身存在的技术不足使其使用条件和适用范围受到了一定的限制。本专利技术是对申请人在先申请：申请公布日2018年10月16日，申请公布号为CN108662272A，名称为一种基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置的中国专利技术专利，在同一
技术介绍
下的不同技术方案。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术的目的是针对法兰泄漏检测现有的技术不足，提供一种基于超声发声器的法兰泄漏在线监测装置，当法兰密封面出现介质泄漏时，泄漏介质从泄漏狭缝高速喷出，进入到超声发声器腔体内，高速流体流经超声发声器能够激发出特定频率的超声信号，多组窄频段超声波传感器捕捉到该超声信号后送至基于DSP的超声信号采集处理模块，DSP超声信号采集处理模块对特征信号分析处理即可实现泄漏有无的检测并可根据每组窄频段超声波传感器的超声信号到达时延差实现泄漏定位。在使用前通过标定中心频率32.7kHz的超声波传感器信号总声压级OSPL与泄漏流量关系，即可推导出泄漏产生超声信号总声压级OSPL对应的泄漏流量。该装置可实现对泄漏流量下限1.0L/min的小泄漏进行智能监测报警，及时发现法兰接头早期的泄漏失效，避免大量泄漏造成的经济损失和安全隐患。为了实现根据本专利技术的这些目的和其他优点，提供了一种基于超声发声器的法兰泄漏在线监测装置，包括：法兰接头，其由一对法兰盘通过螺栓紧固形成一可拆卸的对接结构，法兰上端盖固定在第一管道外周，法兰下端盖固定在第二管道外周，所述第一管道与第二管道通过所述法兰接头密封对接；所述法兰上端盖和法兰下端盖外周之间预留一向外敞开的平行间隙，所述平行间隙包络在法兰密封面外周；若干超声发声器，其覆盖设置在所述法兰上端盖的底部外周，所述超声发声器为圆柱空腔发声结构，各个所述圆柱空腔的分布平面与法兰密封面平行；所述超声发声器的圆柱空腔壁面入口处开设一斜切开口，所述斜切开口部分与所述平行间隙对准，且所述平行间隙的上平面与所述圆柱空腔的轴中心线在高度上偏置一定距离；若干组超声波传感器，其安装在所述超声发声器斜切开口正前方，所述超声波传感器与所述超声发声器一一对应，所述超声波传感器的输出端连接至信号处理模块。优选的，所述法兰接头为凹凸面法兰、平面法兰、突面法兰和榫槽面法兰中的一种，一对所述法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超声发声器的法兰泄漏在线监测装置，其特征在于，包括：法兰接头，其由一对法兰盘通过螺栓紧固形成一可拆卸的对接结构，法兰上端盖固定在第一管道外周，法兰下端盖固定在第二管道外周，所述第一管道与第二管道通过所述法兰接头密封对接；所述法兰上端盖和法兰下端盖外周之间预留一向外敞开的平行间隙，所述平行间隙包络在法兰密封面外周；若干超声发声器，其覆盖设置在所述法兰上端盖的底部外周，所述超声发声器为圆柱空腔发声结构，各个所述圆柱空腔的分布平面与法兰密封面平行；所述超声发声器的圆柱空腔壁面入口处开设一斜切开口，所述斜切开口部分与所述平行间隙对准，且所述平行间隙的上平面与所述圆柱空腔的轴中心线在高度上偏置一定距离；若干组超声波传感器，其安装在所述超声发声器斜切开口正前方，所述超声波传感器与所述超声发声器一一对应，所述超声波传感器的输出端连接至信号处理模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声发声器的法兰泄漏在线监测装置，其特征在于，包括：法兰接头，其由一对法兰盘通过螺栓紧固形成一可拆卸的对接结构，法兰上端盖固定在第一管道外周，法兰下端盖固定在第二管道外周，所述第一管道与第二管道通过所述法兰接头密封对接；所述法兰上端盖和法兰下端盖外周之间预留一向外敞开的平行间隙，所述平行间隙包络在法兰密封面外周；若干超声发声器，其覆盖设置在所述法兰上端盖的底部外周，所述超声发声器为圆柱空腔发声结构，各个所述圆柱空腔的分布平面与法兰密封面平行；所述超声发声器的圆柱空腔壁面入口处开设一斜切开口，所述斜切开口部分与所述平行间隙对准，且所述平行间隙的上平面与所述圆柱空腔的轴中心线在高度上偏置一定距离；若干组超声波传感器，其安装在所述超声发声器斜切开口正前方，所述超声波传感器与所述超声发声器一一对应，所述超声波传感器的输出端连接至信号处理模块。2.如权利要求1所述的基于超声发声器的法兰泄漏在线监测装置，其特征在于，所述法兰接头为凹凸面法兰、平面法兰、突面法兰和榫槽面法兰中的一种，一对所述法兰盘通过螺栓装配成一体，所述法兰上端盖和法兰下端盖之间的密封面通过一密封衬垫密封。3.如权利要求2所述的基于超声发声器的法兰泄漏在线监测装置，其特征在于，所述超声发声器通过超声发声器支座安装在所述法兰上端盖的外周侧壁上，且所述超声发声器支座的安装位置可调。4.如权利要求3所述的基于超声发声器的法兰泄漏在线监测装置，其特征在于，所述超声发声器和超声发声器支座分别设置有四组，且所述超声发声器与超声发声器支座一体化加工成连体结构；所述超声发声器支座为1/4扇环结构，扇环内径与所述法兰上端盖外径相同，所述超声发声器支座内周侧壁与所述法兰上端盖外周侧壁通过螺栓贴合固定，四组所述超声发声器支座覆盖分布在所述法兰上端盖外圆。5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：于新海，曹继来，张健，涂善东，刘龙华，赵星，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31