基于放大机构的高温法兰转角测量装置研究

发布时间：2020-06-26 00:52

【摘要】：高温工况下管道法兰接头受螺栓力、外弯矩等元素作用容易产生偏转导致垫片上不均匀压力分布进而泄漏。当前并无有效的针对法兰接头偏转测量和高温法兰泄漏预警的装置或系统,因此围绕高温法兰转角测量及漏前预警进行研究。本文基于对管道法兰接头偏转和泄漏机制的研究,由理论分析建立起利用偏转角来评价法兰接头密封安全性的研究方向,顺着这一方向通过公式推导给出了两种利用偏转角来对法兰泄漏进行预警的评价标准。利用ANSYS建立一现有管道法兰整体模型,对管道法兰施加螺栓预紧力、内压、外弯矩来模拟分析其在三种工况下的偏转状况,并根据偏转角进行刚度评价。为实现对法兰接头偏转角的实时监测,避开直接对法兰转角的测量从易测量量入手,提出一种通过测量法兰端部位移来获得其偏转角的方法。在此方法的指导下给出法兰端部位移延伸转换为偏转转角的结构方案,并引入桥式位移放大机构对方案进行完善,最终设计出一种基于放大机构的法兰转角测量装置。给出从测量量转换成法兰转角的数据转换方法,提供了工程实践安装方案,以实现长期在高温工况下利用装置实时获取法兰的总偏转角,并以此衡量法兰泄漏失效风险。将位移放大机构加入到所设计的法兰转角测量装置中来进行结构优化,引入柔性铰链代替其中的普通铰链。研究了柔性铰链的尺寸与刚度设计,完成了柔性放大机构的尺寸设计、刚度计算公式、整体放大倍数计算。为确定相关计算参数对柔性放大机构所用材料聚丙烯进行材料性能试验。通过改变结构尺寸参数b和L设计对照试验来研究其对柔性放大机构放大效果的影响。对最终选定的柔性机构设计方案建立有限元模型进行分析,将分析得到的结果与理论计算结论、实验结果进行对比验证其可靠性。搭建管道法兰偏转泄漏试验平台,利用试验研究检验所设计法兰转角测量装置是否可靠。试验过程中对管道法兰逐级施加弯矩,通过转角测量装置所测得的结果与有限元模拟分析结果进行对比,验证装置的功能可行性和测量精度。对管道法兰连接系统通入一定压力的氦气,在逐级施加外弯矩的同时利用氦质谱检漏仪测量法兰接头泄漏量,将法兰偏转角与其泄漏量关联起来。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH712
【图文】：

高温法兰连接泄漏案例

法兰变形主要位置

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本文编号：2729574