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CN111488008A - 管道减振调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管道减振调节装置，包括位移测量机构、约束机构以及用于收集所述位移测量机构的信号并基于所述信号控制所述约束机构动作的控制机构，所述位移测量机构包括与管道接触的接触块、用于测量所述接触块位移的位移传感器，所述约束装置包括用于固定所述管道的固定块以及控制所述固定块运动的移动组件。本申请的管道减振调节装置，结构设计合理，可提供近固定约束作用，有效阻止振动能量向下游管道传递，降低小尺寸管道的振动幅值及振动交变应力，避免其结构薄弱位置发生振动疲劳断裂；同时能够适应主管道及小尺寸管道内部高温介质引起的热膨胀位移。

Description

管道减振调节装置
技术领域
本发明属于管道调节技术领域，具体涉及一种适用于高温管道的调节装置。
背景技术
在能源及化工企业存在大量管道，其承担高温介质的传输任务，且内部介质流速往往较高。由于功能及现场布局特点，部分管道截面往往存在变化(如调节阀、弯管)；当高速介质流经截面变化位置时，稳定的介质可能发生紊乱，冲击管道外壁导致管道发生高频振动。此类高频振动具备振动幅值小、频率高且频带分布范围宽的特点，往往导致附属的小尺寸管道发生振动疲劳断裂。目前在管道振动治理领域应用较多的液压阻尼器及粘滞阻尼器等减振装置，对于管道低频振动治理效果显著，但不适用于高频振动治理。且现有技术中并没有实现在对管道进行减振的同时实现管道位置调节的技术方案。
发明内容
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和达到上述目的，本发明的目的是提供一种能够在对管道进行减振的同时实现管道位置调节的管道减振调节装置。
为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种管道减振调节装置，包括位移测量机构、约束机构以及用于收集所述位移测量机构的信号并基于所述信号控制所述约束机构动作的控制机构，所述位移测量机构包括与管道接触的接触块、用于测量所述接触块位移的位移传感器，所述约束装置包括用于固定所述管道的固定块以及控制所述固定块运动的移动组件。通过固定块与管道管卡相连，提供近固定约束功能，隔离振动源，阻止振动能量向下游传递；且通过位移测量机构测量管道的位移量，并通过控制机构根据测得的位移量控制约束机构动作，降低管道振动幅值及交变应力，有效避免管道发生振动疲劳破坏。
根据本发明的一些优选实施方面，所述接触块接触所述管道的外壁，所述位移传感器包括用于分别测量所述接触块在X、Y、Z方向上位移的X向位移传感器、Y向位移传感器以及Z向位移传感器。通过设置与管道进行接触的接触块，并利用位移传感器测量接触块的位移量，即能够得出管道在接触点的位移量。
根据本发明的一些优选实施方面，所述位移测量机构包括底座以及设置在所述底座上的立柱，所述位移传感器固定在所述立柱上。
根据本发明的一些优选实施方面，所述固定块上开设有用于固定所述管道的固定孔或固定槽，所述移动组件包括用于带动所述固定块移动的滑台、带动所述滑台移动的丝杆以及带动所述丝杆转动的驱动器。通过驱动器与丝杆的配合，丝杆、固定块可保持相对静止，实现对管道的近固定约束。管道固定在固定孔或固定槽内，固定块用于对管道实现约束。
根据本发明的一些优选实施方面，所述滑台包括分别用于驱动所述固定块沿X、Y、Z方向上移动的X向滑台、Y向滑台以及Z向滑台，所述丝杆包括分别对应所述X向滑台、Y向滑台以及Z向滑台的X向丝杆、Y向丝杆以及Z向丝杆，所述驱动器包括分别对应X向丝杆、Y向丝杆以及Z向丝杆的X向电机、Y向电机以及Z向电机。以X向为例，通过X向电机驱动X向丝杆转动，X向丝杆转动带动X向滑台移动，通过X向滑台、Y向滑台以及Z向滑台控制固定块沿X、Y、Z方向上移动，实现对管道的调节。
根据本发明的一些优选实施方面，所述约束装置包括固定座以及设置在所述固定座上的相对设置的立板，所述移动组件设置在两个所述立板之间的空间内。移动组件在立板之间的空间内实现移动
根据本发明的一些优选实施方面，所述位移测量机构的底座和所述约束装置的固定座固定在同一个刚性固定平台上。底座与固定座均布置有螺栓孔，可采用螺栓连接方式或焊接方式进行安装固定，且布置在同一刚性位置，可使得两者的位移及转动量保持一致。
根据本发明的一些优选实施方面，所述控制机构固定在所述位移测量机构的底座上。
根据本发明的一些优选实施方面，所述位移传感器用于将所述接触块的位移转换成电压信号并将所述电压信号传送给所述控制机构，所述控制机构接收所述电压信号并输送控制指令至所述驱动器，所述驱动器接收所述控制指令并动作。
具体的，通过位移传感器测量采集待测管道X、Y、Z三个方向的热位移，并输出电压信号。控制机构根据位移传感器传输的电压信号，输出控制指令至驱动器，驱动器接收控制指令并输出脉动电压，驱动丝杆、滑台产生对应的位移。驱动器根据控制指令驱动丝杆、滑台分别沿X、Y、Z三个方向移动，以适应管道的热位移，减少管道的二次应力。
根据本发明的一些优选实施方面，所述X、Y、Z方向为按照笛卡尔坐标系设置，测量的各方向以及移动的各方向相互垂直。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本申请的管道减振调节装置，结构设计合理，可提供近固定约束作用，有效阻止振动能量向下游管道传递，降低小尺寸管道的振动幅值及振动交变应力，避免其结构薄弱位置发生振动疲劳断裂；同时能够适应、调节主管道及小尺寸管道内部高温介质引起的热膨胀位移。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明优选实施例中管道减振调节装置安装示意图；
图2为本发明优选实施例的管道减振调节装置中约束机构的立体图；
图3为本发明优选实施例的管道减振调节装置中位移测量机构的立体图；
其中：1、固定座，2、立板，31、X向电机，32、Y向电机，33、Z向电机，41、X向丝杆，42、Y向丝杆，43、Z向丝杆，51、X向滑台，52、Y向滑台，53、Z向滑台，6、固定块，7、固定孔，8、底座，91、X向位移传感器，92、Y向位移传感器，93、Z向位移传感器，10、立柱，11、接触块，12、控制机构，13、位移测量机构，14、约束机构，15、待测管道，16、主管道。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例管道减振调节装置
参照附图1-3，本实施例的管道减振调节装置，其适用于对从属于主管道上的待测管道15进行减振和调节(待测管道15的尺寸小于主管道16)，包括位移测量机构13、约束机构14以及用于收集位移测量机构13的信号并基于该信号控制约束机构14动作的控制机构12。位移测量机构13用于测量待测管道15的位移量，并将该位移量转换成信号传送给控制机构12，控制机构12基于该信号控制约束机构14动作，约束机构14用于根据控制机构12的指令对待测管道15进行调节。
其中，位移测量机构13包括底座8、设置在底座8上的立柱10、与管道接触的接触块11、用于测量接触块11位移的位移传感器，本实施例中，控制机构12固定在位移测量机构13的底座8上。位移传感器固定在立柱10上。接触块11吸附在管道外壁上，通过接触块11来反应管道的热位移。
位移传感器应具备准确测量管道热位移的功能，为此传感器探头需与管道或接触块11紧密接触并保持连接状态；位移传感器可实现连续测量热位移并输出电压信号；测量精度应分辨0.1mm-0.2mm位移对应的电压输出变化。
接触块11接触管道的下壁，位移传感器包括用于分别测量接触块11在X、Y、Z方向上位移的X向位移传感器91、Y向位移传感器92以及Z向位移传感器93。通过设置与管道进行接触的接触块11，并利用位移传感器测量接触块11的位移量，即能够得出管道在接触点的位移量。其中X、Y、Z方向为按照笛卡尔坐标系设置，测量的各方向以及移动的各方向均相互垂直。如附图所示，Y方向为待测管道15的延伸方向，X方向为水平方向上与待测管道15相垂直的方向，Z方向为竖直方向上与待测管道15相垂直的方向。
约束装置包括固定座1、设置在固定座1上的相对设置的立板2、用于固定管道的固定块6以及控制固定块6运动的移动组件，移动组件设置在两个立板2之间的空间内，移动组件在立板2之间的空间内实现移动。
固定块6上开设有用于固定管道的固定孔7或固定槽，移动组件包括用于带动固定块6移动的滑台、带动滑台移动的丝杆以及带动丝杆转动的驱动器。通过驱动器与丝杆的配合，丝杆、滑台、固定块6可保持相对静止，实现对待测管道15的近固定约束。管道固定在固定孔7或固定槽内，固定块6用于对管道实现约束。
滑台包括分别用于驱动固定块6沿X、Y、Z方向上移动的X向滑台51、Y向滑台52以及Z向滑台53，丝杆包括分别对应X向滑台51、Y向滑台52以及Z向滑台53的X向丝杆41、Y向丝杆42以及Z向丝杆43，驱动器包括分别对应X向丝杆41、Y向丝杆42以及Z向丝杆43的X向电机31、Y向电机32以及Z向电机33。以X向为例，通过X向电机31驱动X向丝杆41转动，X向丝杆41转动带动X向滑台51移动，通过X向滑台51、Y向滑台52以及Z向滑台53控制固定块6沿X、Y、Z方向上移动，实现对待测管道15的调节。
通过固定块6与管道管卡相连，提供近固定约束功能，隔离振动源，阻止振动能量向下游传递；且通过位移测量机构13测量待测管道15的位移量，并通过控制机构12根据测得的位移量控制约束机构14动作，降低管道振动幅值及交变应力，有效避免管道发生振动疲劳破坏。
本实施例中，位移测量机构13的底座8和约束装置的固定座1固定在同一个刚性固定平台上。底座8与固定座1均布置有螺栓孔，可采用螺栓连接方式或焊接方式进行安装固定，且布置在同一刚性位置，可使得两者的位移及转动量保持一致。即两部分机构的安装底座均通过焊接方式或螺栓连接在同一个刚性钢架或平台上，以确保实施过程中两个安装底座的位移及转动分量降低到最小，以提供足够的支撑刚度。
通过位移传感器测量采集待测管道15在X、Y、Z三个方向的热位移，并输出电压信号。控制机构12连续接收位移传感器电压信号，根据位移传感器传输的电压信号，当电压信号达到限值(如对应于1mm)时，输出控制指令至驱动器，驱动器接收控制指令并输出脉动电压，驱动滑台分别沿X、Y、Z三个方向移动，以适应管道的热位移，减少管道的二次应力。
以下简述本实施例中的管道减振调节装置的工作过程和原理：
位移传感器与待测管道15外表面(接触块11)保持接触，采集其三个相互垂直方向(X、Y、Z方向)的热位移。以X方向为例，当X向位移传感器91检测到管道在X方向上产生1mm的热位移，那么位移传感器电压变化量为0.1V，该电压信号传送给控制机构12，控制机构12接收该电压信号，当电压信号达到限值(设定为0.1V，对应于1mm)时，控制机构12输出控制指令至电机，电机接收控制指令后，输出脉动电压，驱动对应方向的滑台产生相应位移，使固定块6与管道相对位置保持一致。如，电机每接收1次控制指令驱动丝杆滑台移动0.2mm，则控制机构12输出5次控制指令，驱动对应的滑台在X方向总的移动1mm。
当管道热位移小于1mm时，控制机构12无指令输出时，整个装置不产生运动位移，约束装置保持静止状态，滑台、固定块6的位置保持不变，装置提供近固定约束功能。
即当电压信号超过预设值，则控制机构12将电压信号转化为控制指令，电机接收控制指令并输出脉动电压，驱动对应滑台产生对应位移，进而使得固定块6与管道相对位置保持不变。当管道内部介质温度变化范围较小或达到工作温度后，待测管道15没有热位移或者其热位移没有达到预设的限制，控制机构12不再输出控制指令，固定块6的位置保持不变，此时的装置类似于固定支架，提供近似固定约束功能，阻止振动能量向下游传递。
本发明的目的是为对高温管道提供固定约束功能，隔离振动源，同时可实现固定块的自由移动以适应管道热位移要求。可根据管道热位移而自动调整滑台位置，同时提供近固定约束功能，降低管道振动幅值及交变应力，有效避免管道发生振动疲劳破坏。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管道减振调节装置，其特征在于：包括位移测量机构、约束机构以及用于收集所述位移测量机构的信号并基于所述信号控制所述约束机构动作的控制机构，所述位移测量机构包括与管道接触的接触块、用于测量所述接触块位移的位移传感器，所述约束装置包括用于固定所述管道的固定块以及控制所述固定块运动的移动组件。
2.根据权利要求1所述的一种管道减振调节装置，其特征在于：所述接触块接触所述管道的外壁，所述位移传感器包括用于分别测量所述接触块在X、Y、Z方向上位移的X向位移传感器、Y向位移传感器以及Z向位移传感器。
3.根据权利要求1所述的一种管道减振调节装置，其特征在于：所述位移测量机构包括底座以及设置在所述底座上的立柱，所述位移传感器固定在所述立柱上。
4.根据权利要求3所述的一种管道减振调节装置，其特征在于：所述固定块上开设有用于固定所述管道的固定孔或固定槽，所述移动组件包括用于带动所述固定块移动的滑台、带动所述滑台移动的丝杆以及带动所述丝杆转动的驱动器。
5.根据权利要求4所述的一种管道减振调节装置，其特征在于：所述滑台包括分别用于驱动所述固定块沿X、Y、Z方向上移动的X向滑台、Y向滑台以及Z向滑台，所述丝杆包括分别对应所述X向滑台、Y向滑台以及Z向滑台的X向丝杆、Y向丝杆以及Z向丝杆，所述驱动器包括分别对应X向丝杆、Y向丝杆以及Z向丝杆的X向电机、Y向电机以及Z向电机。
6.根据权利要求4所述的一种管道减振调节装置，其特征在于：所述约束装置包括固定座以及设置在所述固定座上的相对设置的立板，所述移动组件设置在两个所述立板之间的空间内。
7.根据权利要求6所述的一种管道减振调节装置，其特征在于：所述位移测量机构的底座和所述约束装置的固定座固定在同一个刚性固定平台上。
8.根据权利要求6所述的一种管道减振调节装置，其特征在于：所述控制机构固定在所述位移测量机构的底座上。
9.根据权利要求4所述的一种管道减振调节装置，其特征在于：所述位移传感器用于将所述接触块的位移转换成电压信号并将所述电压信号传送给所述控制机构，所述控制机构接收所述电压信号并输送控制指令至所述驱动器，所述驱动器接收所述控制指令并动作。
10.根据权利要求2或5所述的一种管道减振调节装置，其特征在于：所述X、Y、Z方向为按照笛卡尔坐标系设置。
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