一种法兰密封面变形量测试装置及应用该装置的测试方法与流程

1.本发明属于法兰密封面变形量测试技术领域，具体涉及一种法兰密封面变形量测试装置及应用该装置的测试方法。


背景技术：

2.法兰是压力容器和压力管道上连接外部设备的重要部件，通常依靠两个法兰成对连接，将o型圈或垫片等置于两个法兰面，采用螺钉或卡箍进行预紧，使其达到密封承压的效果。法兰密封属于强制密封，需要螺钉或卡箍给予足够的预紧力来压紧o型圈或垫片，使其超过密封比压，方可实现密封。承压设备在工作压力下，法兰密封面会在内压作用下产生变形，减弱o型圈或垫片的压紧力；变形较大时，会使得压紧力小于密封比压，导致密封失效，造成设备停工甚至带来严重的经济损失和人员伤害。因此，在承压设备法兰密封结构设计时，需要依据法兰密封面变形量数据，并结合o型圈或垫片的性能，实现可靠密封设计。
3.由于法兰结构形状不规则，所以无法通过理论计算公式获得法兰密封面变形量的解析解。工程上通常采用数值模拟方法，对承压设备法兰结构进行建模分析，得到法兰密封面变形量模拟值。但数值模拟方法是否准确，需要实测法兰密封面变形量进行验证。此外，工程上也需要实测数据对结构设计形成反馈，从而优化设计，以达到承压设备可靠密封的目的。然而，由于法兰密封面变形量需要从承压设备内部测量，且测量时要求设备处于承压环境下，操作十分困难，这使得现有技术中关于在承压设备内部对其法兰密封面变形量进行测量的技术与方法鲜有报道；部分法兰密封面测量装置虽然能够实测法兰密封面变形量，但结构较为复杂，且测量结果往往不尽如人意，与实际数据偏差较大。因此，亟待解决。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种法兰密封面变形量测量装置，其结构简单实用，能够准确获得法兰密封面变形量的实测数据，测量结果快速可靠，最终为法兰密封结构设计和密封件的选材与设计提供实测技术数据支撑，也为法兰密封结构数值建模的准确性验证提供了基础保证。
5.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
6.一种法兰密封面变形量测试装置，其特征在于：包括分别安装在两组彼此配合的法兰的内壁处的两组支架，两组支架均沿法兰径向延伸，并以两组法兰的密封面为对称面彼此对称设置；该装置还包括用于测量两组支架之间偏移距离的位移传感器，所述位移传感器为至少两组且沿支架延伸方向依序布置在相应支架上；两组法兰处于初始状态时，各位移传感器的测试路径均平行于法兰轴线；位移传感器的信号输出端与外部的控制模组相连接。
7.优选的，所述支架包括直接固定在相应法兰的内壁处的滑移底座，滑移底座上滑轨配合有可沿当前法兰轴向作往复直线动作的滑块，滑块通过调节螺钉控制自身的位移状态及位移位置；连接两组支架的位移传感器的两测试端反向延伸并固定在相应滑块处。
8.优选的，所述滑移底座为“l”型块状，滑移底座的长边固定在法兰处，滑移底座的短边处布置调节孔，调节孔轴线平行法兰轴线，调节螺钉与该调节孔间形成螺纹配合；调节螺钉的顶端回转配合在滑块上。
9.优选的，所述滑移底座的底面与法兰的内壁间通过粘接或磁吸的方式彼此固定。
10.优选的，滑块与位移传感器的相应测试端之间通过固定螺钉加以固定。
11.优选的，一种应用所述的法兰密封面变形量测试装置的测试方法，其特征在于包括以下步骤：
12.s1.将支架安装在对应法兰的内壁内，调节支架直至沿两组法兰的密封面彼此对称分布；在支架上安装两组位移传感器；
13.s2.测量参量数值，该参量包括：
14.法兰的配合面最大厚度a；
15.位移传感器测试端至该测试端所在法兰的法兰面的轴向距离b；
16.密封垫中心直径处至法兰内壁的距离c；
17.第一组位移传感器两测试端的初始距离x0和位于第一组位移传感器下方的第二组位移传感器两测试端的初始距离y0，且x0＝y0；
18.同一支架上的两组位移传感器的测试端之间距离m；
19.第二组位移传感器的测试端与法兰的内壁之间距离n；
20.s3.控制模组采集并记录两组位移传感器的初始测量值x1和y1；
21.s4.对法兰筒腔内的介质进行升压，直至目标压力p，此时控制模组再采集并记录两组位移传感器的升压测量值x2和y2；
22.s5.以下式计算得到目标压力为p时法兰密封面变形量：
[0023][0024]
d1＝(δy+y0)-2n
·
sinθ-2b
·
cosθ
[0025]
d2＝(δy+y0)-2(n+a)sinθ-2b
·
cosθ
[0026]do
＝(δy+y0)+2(n+c)sinθ-2b
·
cosθ
[0027]
其中：
[0028]
d1为两组法兰的法兰面内缘处间隙变化量；
[0029]
d2为两组法兰的法兰面外缘处间隙变化量；
[0030]do
为密封垫或密封圈中心处间隙变化量；
[0031]
θ为法兰张开角度变化量；
[0032]
δx＝x
2-x1为第一组位移传感器的升压测量值与初始测量值的差值；
[0033]
δy＝y
2-y1为第二组位移传感器的升压测量值与初始测量值的差值。
[0034]
优选的，所述s1步骤之前，根据法兰密封面结构图，数值模拟计算密封面变形量的范围，以此选择适宜量程的位移传感器。
[0035]
优选的，所述位移传感器为防水型耐高压位移传感器。
[0036]
本发明的有益效果在于：
[0037]
1)、通过上述方案，本发明可依靠两组彼此轴向平行的位移传感器来检测径向延伸的支架的位移变化量，并以此求取两组法兰的配合面处间隙变化量及张开角度变化量，
从而达到实测法兰密封面变形量的目的。由于本发明整体安装在法兰的筒腔内，因此实现了从承压设备内部测量的效果，甚至可在承压环境下进行有效测量，有效的保证了真实状况下的有压测量效果，测量数据的准确性和便捷性均可得到显著保证。
[0038]
至此，本发明能够测量承压设备法兰处密封面在内压作用下的变形量，为法兰密封结构设计和密封件的选材与设计提供实测技术数据支撑，也能对法兰密封结构数值建模的准确性进行验证。本发明结构简单，能够直接的获得变形量的实测数据结果，测量结果准确可靠。甚至在必要时，还可以设置多个平行测点同步测量，从而进一步提升测量数据和测试结果的精确性，成效显著。
[0039]
2)、对于支架而言，其首要保证沿密封面的对称性；而在实际安装时，无论是安装基面原因还是误差原因等，都可能无法确保支架的可靠对称；因此，本发明进一步将支架拆分，使之形成滑块和滑移底座，通过确保滑块对称性，来实现对位移传感器的可靠固定和测试目的，操作更为方便简洁。
[0040]
3)、对于滑移底座与法兰之间，或可以采用磁吸方式，如滑移底座为磁铁材质；或可以采用粘接方式直接将滑移底座粘固在法兰的筒腔内；当然，其他的可拆装方式亦可，前提不应损害法兰筒腔，并应当同步确保滑移底座的固定可靠性，此处就不多作赘述。
附图说明
[0041]
图1为本发明的装配状态剖视图；
[0042]
图2和图3为本发明的动作状态图。
[0043]
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
[0044]
a-第一法兰 b-第二法兰 c-密封垫
[0045]
10-支架 11-滑移底座 12-滑块
[0046]
20-位移传感器 30-控制模组
[0047]
40-调节螺钉 50-固定螺钉
具体实施方式
[0048]
为便于理解，此处结合图1-3，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
[0049]
本发明的测量装置如图1所示的，包括作为待测模块的密封配合的两组法兰、位于法兰内的测量模块和位于法兰外的控制模组30；
[0050]
所述待测模块包括第一法兰a、第二法兰b和夹设在两组法兰的配合面之间的密封垫c或密封圈；依靠密封垫c可有效密封两组法兰之间的间隙，从而形成相应的密封面。
[0051]
以磁吸方案为例：所述测量模块包括支架10，支架10由构成滑移底座11的磁性支座以及滑移配合在磁性支座上的构成滑块12的铁磁性金属架组成。铁磁性金属架也即滑块12上再安置有固定螺钉50，以便紧固位移传感器20的相应测试端，最终形成如图1所示的装配状态。
[0052]
实际装配时，如图1所示，磁性支座安装在相应法兰的内壁边缘；铁磁性金属架依靠磁性滑移配合在磁性支座上面，并可通过安装在磁性支座上的调节螺钉40对铁磁性金属架的前后位置进行微调。第二组位移传感器分别通过位于两端的两组固定螺钉50安装在两
组铁磁性金属架的下侧，而第一组位移传感器同理安装在两组铁磁性金属架的上侧，也即此时第一组位移传感器位于第二组位移传感器上方。
[0053]
本实施例中，承压设备采用水作为介质进行试验，所述位移传感器20选择防水型耐高压位移传感器。同时，各测量点应当沿法兰径向依序布置，也即相应选取法兰上间隔180
°
的两个部位布置测量点。位移传感器20的量程均为
±
50mm，并均为经过专业机构检定合格且量程适宜的防水型耐高压位移传感器。实际测试时，位移传感器20可以是两组、三组甚至更多组，本测试装置也可以布置两套以上进行测试，分别计算后，以各量的平均值作为法兰密封面变化量的最终测量值，用于后续设计计算和研究。
[0054]
所述控制模组30由相应的通讯导线和采集器等组成，各位移传感器20通过通讯导线与设备外部的采集器电连接，以便作相应的数据存储、计算等处理工作；当然也可以采用无线连接等方式数据连通彼此。当进行多点多套的测量装置同步测试时，需将每个测量装置上的位移传感器20通过通讯导线与设备外部的采集器同步连接，以便实现同步测量目的。
[0055]
实际操作时，上述的磁吸实施例的前提，是当第一法兰a和第二法兰b均为铁磁性材料时，可依靠滑移底座11也即磁性支座的磁性固定安装在相应法兰内壁边缘处。而当两组法兰为非铁磁性材料时，磁吸方式显然不可行了，可以考虑通过粘固的方式，也即在滑移底座11于法兰内壁之间涂抹强力胶水等，实现两者的可拆式的紧固目的。
[0056]
在上述结构的基础上，本发明以两组位移传感器20的测试方案为例，提供有一种应用所述的法兰密封面变形量测试装置的测试方法，包括以下步骤：
[0057]
s1.根据法兰密封面结构图，数值模拟计算密封面变形量的范围，以此选择适宜量程的第一组位移传感器和第二组位移传感器；
[0058]
根据法兰密封面实际尺寸结构，设计并制作适宜尺寸的支架10、调节螺钉40、固定螺钉50等部件；
[0059]
上述流程完成后，进行各部件的组装，包括：将支架10安装在对应法兰的内壁内，调节支架10直至沿两组法兰的密封面彼此对称分布；在支架10上安装两组位移传感器20；组装后形成如图1所示状态；
[0060]
随后采用采集器对测量装置进行调试，确认能够正常工作；
[0061]
s2.测量图2-3所示的各参量数值，该参量包括：
[0062]
法兰的配合面最大厚度a；
[0063]
位移传感器20测试端至该测试端所在法兰的法兰面的轴向距离b；
[0064]
密封垫中心直径处至法兰内壁的距离c；
[0065]
第一组位移传感器两测试端的初始距离x0和位于第一组位移传感器下方的第二组位移传感器两测试端的初始距离y0，且x0＝y0；
[0066]
同一支架10上的两组位移传感器的测试端之间距离m；
[0067]
第二组位移传感器的测试端与法兰的内壁之间距离n；
[0068]
s3.控制模组30采集并记录两组位移传感器的初始测量值x1和y1；
[0069]
s4.对法兰筒腔内的介质进行升压，直至目标压力p，此时控制模组30再采集并记录两组位移传感器的升压测量值x2和y2；
[0070]
s5.以下式计算得到目标压力为p时法兰密封面变形量：
[0071][0072]
d1＝(δy+y0)-2n
·
sinθ-2b
·
cosθ
[0073]
d2＝(δy+y0)-2(n+a)sinθ-2b
·
cosθ
[0074]do
=(δy+y0)+2(n+c)sinθ-2b
·
cosθ
[0075]
其中：
[0076]
d1为两组法兰的法兰面内缘处间隙变化量；
[0077]
d2为两组法兰的法兰面外缘处间隙变化量；
[0078]do
为密封垫或密封圈中心处间隙变化量；
[0079]
θ为法兰张开角度变化量；
[0080]
δx＝x
2-x1为第一组位移传感器的升压测量值与初始测量值的差值；
[0081]
δy＝y
2-y1为第二组位移传感器的升压测量值与初始测量值的差值。
[0082]
综上，本发明能够测量承压设备法兰密封面在内压作用下的变形量，为法兰密封结构设计和密封件的选材与设计提供实测技术数据支撑，也能对法兰密封结构数值建模的准确性进行验证。本发明结构简单，能够直接的获得变形量的实测数据结果，测量结果准确可靠，且可以设置更多组位移传感器，甚至更多套测试装置，进行同步测量和分别计算，随后以求均值方式来进一步提升测量数据和测试结果的精确性，成效显著。
[0083]
当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0084]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0085]
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。