一种工业用阀门阀体应力测量装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种工业用阀门阀体应力测量装置及其方法，装置包括计算机、光纤光栅调解器、标定系统和测量系统，标定系统包括定滑轮、托盘、砝码和标定光纤Bragg光栅传感器；测量系统包括阀体和应用光纤Bragg光栅传感器，测量传感器模块固定于所述阀体外壁，用于将阀体的应变转变为波长信号。本发明专利技术能够准确地测量阀体不同位置的应变，通过本发明专利技术的装置和测量方法，能够得到准确可靠的阀体各位置的应力，从而长期、实时、在线地监测阀体应力应变状态，解决了目前电阻应变测量法测量不准确和无法测量复杂结构的问题，弥补了我国阀体应力测量领域的不足，对于工业阀门长期可靠运行，工业安全生产具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种工业用阀门阀体应力测量装置及其方法
本专利技术属于工业阀门设计领域，具体涉及一种工业用阀门阀体应力测量装置及其方法。
技术介绍
工业阀门作为重大高端技术装备的重要组成部分，在石化、电力、机械、冶金、轻工、化工等工业领域起着关键作用，其主要作用是切断或打开、分配、调节、超压保护等。特别是在重大工程领域应用的关键阀门，如火电超临界及超超临界参数等高温高压阀门，LNG接收站用阀等低温阀门，煤化工用阀等耐磨损、耐腐蚀阀门则要有高的技术要求，一旦阀门出现阀体开裂等事故，将造成重大财产损失与人员伤亡。开展在线安全监测工作，就是要通过对阀门关键点和控制断面的应力、应变、变形等重要物理量的测量以及结构的动力特性等模态参数来评估结构的安全可靠性，及时发现问题，以便采取相应的技术措施防范于未然，把损失降低到最低限度，保证安全可靠和长久耐用。因此，对工业阀门的应变，进行长期、实时、在线监测具有十分重要的意义。由于阀体结构形式比较复杂，目前我国还未形成有效的阀体应力测量方法，普遍借鉴压力容器的测量方法，即利用电阻应变测量法测量出阀体的应变状况，由材料的应力-应变关系推算出应力状态。但是由于阀体结构形式的复杂性和电阻应变测量法的局限性，这种方法的测量结构不够准确，并且只能针对一些结构比较简单的工业阀门阀体。因此，如何准确测量工业阀门阀体在工作环境下的应力状态，长期、实时、在线监测阀体应力应变状态，是整个阀门行业亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中的缺陷和不足，并提供一种工业用阀门阀体应力测量装置及其方法，从而能够准确地测量阀体不同位置的应变。通过本专利技术的应力应变关系式，可以得到准确可靠的阀体各位置的应力，从而实现长期、实时、在线地监测阀体应力应变状态，不仅解决了目前电阻应变测量法测量不准确和无法测量复杂结构的问题，而且弥补了我国阀体应力测量领域的不足，对于工业阀门长期可靠运行，工业安全生产具有重要意义。本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种工业用阀门阀体应力测量装置，其包括计算机、光纤光栅调解器、标定系统和测量系统，所述计算机和光纤光栅调解器之间通过连接线连通，光纤光栅调解器择一外接标定系统和测量系统；所述标定系统包括定滑轮、托盘、砝码和标定光纤Bragg光栅传感器，所述光纤光栅调解器通过第一光纤与标定系统相连接，第一光纤的末端串联若干标定光纤Bragg光栅传感器，构成标定传感器模块；标定传感器模块下方连接托盘，所述托盘上放置砝码；第一光纤上架设定滑轮，通过定滑轮改变第一光纤走向，托盘自由悬吊于标定传感器模块下方，标定传感器模块在砝码的重力作用下产生轴向应力；所述测量系统包括阀体和应用光纤Bragg光栅传感器，所述光纤光栅调解器通过第二光纤与测量系统相连接，第二光纤的末端串联若干应用光纤Bragg光栅传感器共同构成测量传感器模块；测量传感器模块固定于所述阀体外壁，用于将阀体的应变转变为波长信号。作为优选，所述标定光纤Bragg光栅传感器和应用光纤Bragg光栅传感器均已退火处理且具有相同性能。作为优选，所述测量传感器模块为多个。本专利技术的另一目的在于提供一种使用上述装置测量阀门阀体应力的方法，其包括如下步骤：1)将所述光纤光栅调解器通过第一光纤外接标定系统，改变所述托盘上砝码的重量，确定标定光纤Bragg光栅传感器的Bragg波长和应变之间的关系；2)根据等面积补强的原则将阀体分为基础阀体及支路区域和分叉区域两个部分，所述基础阀体及支路区域为阀体内壁没有开口和切口的阀体部分，所述分叉区域为阀体中排除所述基础区域外的其余阀体部分；3)将所述光纤光栅调解器通过第二光纤外接测量系统，所述测量传感器模块有两种，分别为设于基础阀体及支路区域上的第一测量传感器模块和设于分叉区域上的第二测量传感器模块；所述第一测量传感器模块包括三组水平放置的应用光纤Bragg光栅传感器和五组竖直放置的应用光纤Bragg光栅传感器，三组水平放置的应用光纤Bragg光栅传感器与阀体的粘贴方式分别为平贴去涂覆层、平贴去涂覆层和平贴有涂覆层，五组竖直放置的应用光纤Bragg光栅传感器与阀体的粘贴方式分别为有桥去涂覆层、平贴去涂覆层、有桥去涂覆层、平贴中间有涂覆层和有桥中间有涂覆层；第二测量传感器模块有两个，每个第二测量传感器模块包括五组水平放置的应用光纤Bragg光栅传感器和五组竖直放置的应用光纤Bragg光栅传感器；五组水平放置的应用光纤Bragg光栅传感器和五组竖直放置的应用光纤Bragg光栅传感器与阀体的粘贴方式均分别为有桥去涂覆层、平贴去涂覆层、有桥去涂覆层、平贴中间有涂覆层和有桥中间有涂覆层；第一个第二测量传感器模块环绕于分叉区域的阀体干路外壁，第二个第二测量传感器模块环绕于分叉区域的阀体支路外壁；所述平贴去涂覆层是指用胶黏剂将应用光纤Bragg光栅传感器与阀体直接贴合粘结，并去掉每个应用光纤Bragg光栅传感器周围的胶黏剂；所述平贴有涂覆层是指用胶黏剂将应用光纤Bragg光栅传感器与阀体直接贴合粘结；所述有桥去涂覆层是指将若干应用光纤Bragg光栅传感器绷紧固定于支撑杆上，通过胶黏剂将所有应用光纤Bragg光栅传感器与阀体粘结，并去掉每个应用光纤Bragg光栅传感器周围的胶黏剂；所述平贴中间有涂覆层是指用胶黏剂将应用光纤Bragg光栅传感器与阀体直接贴合粘结，并保留每个应用光纤Bragg光栅传感器之间的胶黏剂；所述有桥中间有涂覆层是指将若干应用光纤Bragg光栅传感器绷紧固定于支撑杆上，通过胶黏剂将所有应用光纤Bragg光栅传感器与阀体粘结，并保留每个应用光纤Bragg光栅传感器之间的胶黏剂。作为优选，步骤1)中所述改变托盘上砝码重量的方法为：砝码重量从0g开始，测出光纤Bragg光栅的波长；第二次砝码重量加到55.5g，测出光纤Bragg光栅的波长；第三次砝码重量加到92g，测出光纤Bragg光栅的波长；之后每次的砝码重量在上一次的基础上增加50g，依次测出光纤Bragg光栅的波长；按上述过程，重复直至获得的Bragg波长和应变之间呈线性关系。进一步的，所述托盘上砝码的重量最多为334g。作为优选，所述步骤1)是在恒温25℃条件下进行的。作为优选，所述分叉区域的具体范围如下：沿阀体支路方向的阀体干路两侧外壁分别向外延伸l2长度，为分叉区域的左右边界；分叉区域的上下边界关于阀体支路的中轴线对称，并且使分叉区域面积Ap满足公式：p×Ap＝f×Af×kc式中，p是阀体的工作压力；Af为补偿的金属有效面积，通过测量阀体尺寸获得；f是阀体材料的许用应力；kc是焊缝的的焊接系数。作为优选，步骤3)中所述胶黏剂为环氧树脂胶，所述支撑杆为钢材。作为优选，所述步骤3)中第一个第二测量传感器模块水平环绕于距离阀体支路外壁0.5l0处的阀体干路上，第二个第二测量传感器模块竖直环绕于距离阀体干路外壁0.5l2处的阀体支路上；l0和l2的长度分别通过公式和确定：式中，d本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业用阀门阀体应力测量装置，其特征在于，包括计算机(1)、光纤光栅调解器(3)、标定系统和测量系统，所述计算机(1)和光纤光栅调解器(3)之间通过连接线(2)连通，光纤光栅调解器(3)择一外接标定系统和测量系统；/n所述标定系统包括定滑轮(5)、托盘(7)、砝码(8)和标定光纤Bragg光栅传感器(6)，所述光纤光栅调解器(3)通过第一光纤(41)与标定系统相连接，第一光纤(41)的末端串联若干标定光纤Bragg光栅传感器(6)，构成标定传感器模块；标定传感器模块下方连接托盘(7)，所述托盘(7)上放置砝码(8)；第一光纤(41)上架设定滑轮(5)，通过定滑轮(5)改变第一光纤(41)走向，托盘(7)自由悬吊于标定传感器模块下方，标定传感器模块在砝码(8)的重力作用下产生轴向应力；/n所述测量系统包括阀体(9)和应用光纤Bragg光栅传感器(12)，所述光纤光栅调解器(3)通过第二光纤(42)与测量系统相连接，第二光纤(42)的末端串联若干应用光纤Bragg光栅传感器(12)共同构成测量传感器模块；测量传感器模块固定于所述阀体(9)外壁，用于将阀体(9)的应变转变为波长信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种工业用阀门阀体应力测量装置，其特征在于，包括计算机(1)、光纤光栅调解器(3)、标定系统和测量系统，所述计算机(1)和光纤光栅调解器(3)之间通过连接线(2)连通，光纤光栅调解器(3)择一外接标定系统和测量系统；
所述标定系统包括定滑轮(5)、托盘(7)、砝码(8)和标定光纤Bragg光栅传感器(6)，所述光纤光栅调解器(3)通过第一光纤(41)与标定系统相连接，第一光纤(41)的末端串联若干标定光纤Bragg光栅传感器(6)，构成标定传感器模块；标定传感器模块下方连接托盘(7)，所述托盘(7)上放置砝码(8)；第一光纤(41)上架设定滑轮(5)，通过定滑轮(5)改变第一光纤(41)走向，托盘(7)自由悬吊于标定传感器模块下方，标定传感器模块在砝码(8)的重力作用下产生轴向应力；
所述测量系统包括阀体(9)和应用光纤Bragg光栅传感器(12)，所述光纤光栅调解器(3)通过第二光纤(42)与测量系统相连接，第二光纤(42)的末端串联若干应用光纤Bragg光栅传感器(12)共同构成测量传感器模块；测量传感器模块固定于所述阀体(9)外壁，用于将阀体(9)的应变转变为波长信号。


2.根据权利要求1所述的工业用阀门阀体应力测量装置，其特征在于，所述标定光纤Bragg光栅传感器(6)和应用光纤Bragg光栅传感器(12)均已退火处理且具有相同性能。


3.根据权利要求1所述的工业用阀门阀体应力测量装置，其特征在于，所述测量传感器模块为多个。


4.一种使用权利要求1～3任一所述装置测量阀门阀体应力的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将所述光纤光栅调解器(3)通过第一光纤(41)外接标定系统，改变所述托盘(7)上砝码(8)的重量，确定标定光纤Bragg光栅传感器(6)的Bragg波长和应变之间的关系；
2)根据等面积补强的原则将阀体(9)分为基础阀体及支路区域(10)和分叉区域(11)两个部分，所述基础阀体及支路区域(10)为阀体(9)内壁没有开口和切口的阀体(9)部分，所述分叉区域(11)为阀体(9)中排除所述基础区域(10)外的其余阀体(9)部分；
3)将所述光纤光栅调解器(3)通过第二光纤(42)外接测量系统，所述测量传感器模块有两种，分别为设于基础阀体及支路区域(10)上的第一测量传感器模块和设于分叉区域(11)上的第二测量传感器模块；所述第一测量传感器模块包括三组水平放置的应用光纤Bragg光栅传感器(12)和五组竖直放置的应用光纤Bragg光栅传感器(12)，三组水平放置的应用光纤Bragg光栅传感器(12)与阀体(9)的粘贴方式分别为平贴去涂覆层、平贴去涂覆层和平贴有涂覆层，五组竖直放置的应用光纤Bragg光栅传感器(12)与阀体(9)的粘贴方式分别为有桥去涂覆层、平贴去涂覆层、有桥去涂覆层、平贴中间有涂覆层和有桥中间有涂覆层；
第二测量传感器模块有两个，每个第二测量传感器模块包括五组水平放置的应用光纤Bragg光栅传感器(12)和五组竖直放置的应用光纤Bragg光栅传感器(12)；五组水平放置的应用光纤Bragg光栅传感器(12)和五组竖直放置的应用光纤Bragg光栅传感器(12)与阀体(9)的粘贴方式均分别为有桥去涂覆层、平贴去涂覆层、有桥去涂覆层、平贴中间有涂覆层和有桥中间有...

【专利技术属性】
技术研发人员：金志江，李文庆，钱锦远，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33