一种波纹补偿器变形智能监测装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于测量波纹补偿器使用中各种变形的监测装置，尤其是一种波纹补偿器变形智能监测装置，属于智能监测技术领域。

背景技术：

波纹补偿器（俗称膨胀节）的作用是补偿管道在使用过程中的变形，具有工作可靠、性能良好、结构紧凑等优点，因此作为一种能自由伸缩的弹性补偿元件，已广泛应用在化工、冶金、核能等部门。波纹补偿器使用中的变形，有角向、轴向、横向变形等，以往的实际位移量均无直观显示，因此不便于检测维护人员实时了解补偿器的工作状态。

中国专利CN 106323148 A公开了一种补偿器变形量可视化装置，包括补偿器和补偿器左右两端的加强筋板、拉杆、螺母；其特点是补偿器左右两端加强筋板对设通孔，拉杆穿过通孔，拉杆的左端为固定端，端头杆体上设螺纹，与螺母、左端加强筋板配合将固定端固定，拉杆的右端为自由端，端头杆体上设刻度线，刻度线尾端及右加强板左右两侧杆体设螺纹，旋接螺母，螺母固定位置在管网和补偿器安全运行极限范围内。

该专利的技术方案虽然使轴向补偿产品的变形显示进了一步，但存在以下问题：1）不同类型的波纹补偿器需采用不同的测量方式测量其位移变形，上述技术方案缺乏普遍适应性；2）依靠人工观测获取读数，精度低、不能实时记录；3）无法测量角向位移变形，不能与后续数据结合分析。

技术实现要素：

本实用新型的首要目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种通用性强、具备实时性的波纹补偿器变形智能监测装置，同时给出相应的监测方法，从而直接给出多种波纹补偿器在使用过程中产生的各种变形，便于后续分析。

本实用新型进一步的目的在于：提出一种可以测出最大变形截面的波纹补偿器变形智能监测装置。

为了达到以上首要目的，本实用新型波纹补偿器变形智能监测装置的技术方案是：

包括至少以相位角180°安装在被测波纹补偿器上一对传感组件，所述一对传感组件分别含有至波纹补偿器轴线距离相等的第一和第二位移传感器，所述传感组件包括外端分别固定在波纹补偿器两端接管上的两传感器安装架，所述两传感器安装架的内端分别与相应的位移传感器两端通过球铰头铰接，所述位移传感器的延伸方向与波纹补偿器的初始轴线平行，所述位移传感器的传感信号输出端接物联网监测系统的信号输入端。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有如下显著优点：

1）具有普遍适应性，可以用于测量（单式铰链型、单式万向型、复式拉杆型、弯管压力平衡型等）各种类型波纹补偿器的位移变形；

2）可以测量角位移与轴向位移复合的复杂变形，进而分解出实际角向位移变形量和轴向位移量；

3）借助物联网技术实现实时监测、记录波纹补偿器的变形，精度高、数据准确。

为了达到进一步的目的，本实用新型还包括以相位角180°安装在被测波纹补偿器上、分别含有第三和第四位移传感器的另一对传感组件，所述第三和第四位移传感器所在截面与第一和第二位移传感器所在截面成预定相位角α。

总之，本实用新型不仅能够准确测量波纹补偿器在实际使用中产生的各种位移变形，并且结构简单、安装方便、通用性强、测量范围广、具备实时性，从而大大方便检测维护人员实时监测补偿器的工作状态。

附图说明

下面结合附图对本实用新型 作进一步的说明。

图1为本实用新型实施例一的结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为图1实施例波纹补偿器发生位移的结构示意图。

图4为图3对应的几何关系示意图。

图5为实施例一的物联网监测系统原理图

图6为本实用新型实施例二的结构示意图。

图7为图6的侧视图。

图8为图6实施例波纹补偿器发生位移的结构示意图。

图中：1、第一直线位移传感器； 2、传感器安装架； 3、波纹补偿器； 4、接管； 5、第二直线位移传感器；6、第三直线位移传感器；7、第四直线位移传感器。

具体实施方式

实施例一

本实施例的波纹补偿器变形智能监测装置如图1、图 2所示，包括以相位角180°安装在被测波纹补偿器3上的一对传感组件，该传感器组件含有第一直线位移传感器1和第二直线位移传感器5以及外端分别焊接固定在波纹补偿器3两端接管4上的两L形传感器安装架2，两L形传感器安装架2上分别具有轴向间隔分布的安装孔；这样可以留有足够的高度，防止在测量中传感器与波纹补偿器3发生干涉，并可按需调节两端的初始安装间隔。两传感器安装架2的内端分别与相应的直线位移传感器两端通过球铰头（俗称鱼眼接头）铰接，直线位移传感器1、5的延伸方向与波纹补偿器3的初始轴线平行，直线位移传感器1、5至波纹补偿器3轴线的距离（俗称安装高度）相同，其传感信号输出端接物联网监测系统的信号输入端。

本实施例的物联网监测系统参见图5所示，F2116GPRS IP MODEM是具有信号输入端的数据采集模块、与数据采集模块通讯连接的数据传输模块的集成芯片，可以完成各直线位置传感器的信号采集和传输；E430 ThinkPad是具有与数据传输模块通讯连接的数据处理模块，可以接收并计算处理数据传输模块发送的数据，进而判断各波纹补偿器产品是否安全，并综合分析其是否已达到相应寿命，发出相应的指示信号。

其中的数据处理模块用以按如下联立方程求得变形角θ（参见图3、图4）：

Δ1=L1+R*sinθ+L2*cosθ

Δ2= (La+Lc)/2

Δ3= R(1-cosθ) +L2*sinθ

R*θ=Lb

式中：θ——波纹补偿器变形后两端在第一和第二传感器所在截面形成的变形角，

Δ1——波纹补偿器变形后中间截面的轴向投影长度，

Δ2——波纹补偿器变形后中间截面的弦长，

Δ3——波纹补偿器变形后中间截面垂直于轴向的偏移投影长度，

L1——位移传感器左端距波纹补偿器左端初始距离，

L2——位移传感器右端距波纹补偿器右端初始距离，

La——第一位移传感器的变形量测量值，

Lc——第二位移传感器的变形量测量值，

Lb——波纹管的初始长度。

以上公式中L1=89.5、L2=89.5、La=446、Lc=391、Lb=240，因此由联立方程可解得变形角θ为7.12°。通过上传传感器的实测数据给数据处理模块即可实现补偿器实时位移检测、超位移报警和疲劳寿命分析等后续工作。实践证明，本该实施例不仅能够准确测量波纹补偿器在实际使用中产生的各种位移变形，而且结构简单、安装方便、通用性强、测量准确、测量范围广、具备实时性，大大方便了检测维护人员实时监测补偿器的工作。

实施例二

本实施例的波纹补偿器变形智能监测装置如图6、图7和图8所示，特别之处是，在实施例一基础上，增加了以相位角180°安装在被测波纹补偿器3上、分别含有第三直线位移传感器6和第四直线位移传感器7的另一对传感组件。第三和第四直线位移传感器6、7所在截面与第一和第二位直线移传感器1、5所在截面成预定相位角90°，物联网监测系统的数据处理模块还用以按如下方程求得最大变形截面角β：

[La-(La+Lc)/2]*sin(β)= [La2-(La2+Lc2)/2]*sin(α-β)

式中：α——第一、第二位移传感器与第三、第四传感器所在截面构成的相位角,本实施例为90°，

La——第一位移传感器的变形量测量值，

Lc——第二位移传感器的变形量测量值，

La2——第三位移传感器的变形量测量值，

Lc2——第四位移传感器的变形量测量值，

β——第三、第四位移传感器所在截面与最大变形截面的夹角。

当以上式中α=90°、L1=90、L2=90、La=450、Lc=387.08、La2=440、Lc2=397.08、Lb=240均为已知量时，可以求解得到第三和第四直线位移传感器6、7所在截面与最大变形截面的夹角β为34.3°，由此得到最大变形面的准确位置，可以进一步进行数据分析处理，知晓波纹补偿器的工作状况。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。