СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОЛЗУЧЕСТИ МАТЕРИАЛА ТРУБ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЕЙ КОТЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01B5/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в теплоэнергетике - на тепловых электростанциях для оценки ресурса пароперегревателей.

Известен способ измерения диаметра трубчатого образца в установке для испытания на ползучесть трубчатых образцов под внутренним давлением [1], заключающийся в том, что к поверхности образца в одном сечении в двух взаимно перпендикулярных направлениях наплавляют небольшие площадки, в которые под действием плоской консольной пружины упираются кварцевые стержни, связанные с индикатором.

По результатам измерений наружного диаметра трубы через различные промежутки времени подсчитывают радиальную (диаметральную) ползучесть.

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает точности измерения ползучести в тех случаях, когда нет данных о величине исходного диаметра трубы.

Другим недостатком является проведение измерений диаметра трубчатого образца в одном сечении, тогда как, например, на трубах пароперегревателей необходимо проводить измерения диаметра не в одном, а в нескольких сечениях, удаленных одно от другого.

В качестве прототипа для устройства может быть принят двухсторонний штангенциркуль с отсчетом по нониусу 0,05 мм [2], содержащий штангу с первой и второй измерительными губками, расположенную на штанге рамку с закрепленными на ней третьей и четвертой измерительными губками, отсчетный узел в виде шкалы линейных размеров на штанге и нониуса на рамке, зажимающие элементы, выполненные в виде винтов.

Однако, так как при измерениях необходимо находить один из штрихов на нониусе, совпадающий с соответствующим штрихом шкалы на штанге, требуется дополнительное время на поиск совпадающих штрихов.

Невозможно провести измерения разности диаметров одной и той же трубы и получить результат на шкале линейных размеров. Недостаточная информативность штангенциркуля, ограниченная данными одного линейного измерения, требует проведения дополнительных расчетов и снижает производительность измерений.

Зажимающие элементы в виде винтов неудобны в эксплуатации, так как их необходимо затягивать при фиксации деталей и отпускать при измерениях, при этом заняты обе руки оператора. Одной рукой необходимо удерживать штангенциркуль, а другой рукой - отпускать или затягивать винты. Зажимающие элементы в виде винтов затрудняют пользование инструментом при измерениях труб в газоходах парогенератора и снижают производительность измерений.

Изобретение устраняет недостатки известных способов и устройства.

Это достигается тем, что способ контроля ползучести материала трубы пароперегревателей котлов, заключающийся в том, что измеряют номинальный диаметр D_н трубы до эксплуатации и текущий диаметр D трубы, находящейся в эксплуатации, а о ползучести судят по разности измеренных величин, отличается тем, что два поперечных сварных шва трубы принимают за базу отсчета, измерение текущего диаметра D осуществляют в четырех сечениях между швами попарно расположенных от соответствующих швов на расстояниях соответственно l₁=3+0,1D_н и l₂=2,5D_н±0,1D_н и в двух сечениях на расстоянии l₃=D_н±0,1D_н соответственно от конца l₂ и выбирают максимальный текущий диаметр D_τмакс, с учетом которого судят о ползучести материала трубы. Размеры в формулах указаны в мм.

Предлагаемое устройство для контроля ползучести материала труб пароперегревателей котлов, содержащее штангу со шкалой и двумя неподвижными измерительными губками, установленную на штанге с возможностью перемещения и фиксации рамку с третьей измерительной губкой, вторую рамку с четвертой измерительной губкой, кинематически связанную с первой рамкой и штангой, и механизм отсчета, отличается тем, что оно снабжено размещенными на соответствующих рамках опорными элементами, подпружиненными один к другому и расположенным на первой рамке с возможностью перемещения и фиксации упором, связанным с опорными элементами, механизм отсчета выполнен в виде размещенных на второй рамке указателя, взаимодействующего со шкалой штанги, и индикатора, взаимодействующего с третьей измерительной губкой, второго индикатора, взаимодействующего с четвертой измерительной губкой и кинематически связанного с первым индикатором, измерительный стержень второго индикатора параллелен штанге и предназначен для взаимодействия с упором, и третьего индикатора, кинематически связанного с первым и вторым индикаторами. Механизмы фиксации первой рамки относительно штанги и второй рамки относительно первой выполнены в виде закрепленного соответственно на штанге или первой рамке кронштейна, закрепленных на нем стержневого упора с отжимным конусом на конце и двуплечего рычага с роликом на одном плече, предназначенным для взаимодействия с отжимным конусом, второе плечо которого является рукояткой, направляющего стакана, и размещенной в его полости пружиной, взаимодействующей одним концом с отжимным конусом, а другим - со стержневым упором.

На фиг.1 изображены концы трубы пароперегревателя с поперечным сварным швом до начала эксплуатации, где D_ши - размер исходного диаметра трубы по сварному шву С; D_о=D_ф - размер фактического диаметра трубы до начала эксплуатации; К - кромка сварного шва на поверхности трубы; на фиг.2 - отрезок деформированной трубы с поперечным сварным швом после эксплуатации, где l₁= 3+0,1 D_н до сечения, в котором размер D₂=D_о.

Конусная часть трубы на отрезке l₂=2,5D_н±0,1 D_н; сечения D₂...D₇трубы участок трубы с остаточной деформацией - l₃=D_н±0,1D_н; D_шо - фактический диаметр трубы по шву после эксплуатации; Dτ- выпуклый участок трубы, приблизительно равный размеру, соответствующему 2D_н.

На фиг.3 изображена труба со сроком эксплуатации до 100 тыс.ч с обозначениями отрезков l₁; l₂;l₃ сечений а,b,с, конец отрезка D_τ трубы, находящейся в эксплуатации, размера L между кромками К сварных швов, размера L/₂, одного из сечений 1-1, проходящего по штриховым линиям отрезков l₃.

На фиг. 4 изображена труба после 100 тыс. ч эксплуатации с выпуклым участком с обозначениями D_τ , в сечении l, проходящем посредине выпуклого участка трубы, D, D- в сечениях ж, И по обе стороны от сечения l на линейном отрезке l₃=D_н±0,1D_н; на фиг.5 - устройство, общий вид; на фиг.6-8 сечения А-А, Б-Б, В-В на фиг.5.

Способ измерения ползучести труб пароперегревателей котлов осуществляют следующим образом.

Находят на трубе два поперечных сварных шва С, которые принимают за базу отсчета и от кромок К сварных швов (фиг.3) измеряют расстояния l₁= 3-0,1D_н и l₂=2,5D_н±0,1D_н, где D_н - известный размер номинального диаметра трубы, от конца отрезка l₂ откладывают на трубе линейные отрезки l₃= D_н±0,1D_н.

В двух сечениях на расстоянии l₁=3+0,1D_н измеряют номинальный диаметр D_н трубы до эксплуатации, соответствующий исходному размеру фактического диаметра трубы D_о, измерение текущего диаметра D_τосуществляют в четырех сечениях между швами попарно расположенных от соответствующих швов на расстояниях соответственно l₁= 3+0,1D_н и l₂=2,5D_н±0,1D_н и в двух сечениях на расстоянии l₃= D_н±0,1D_н соответственно от конца l₂ и выбирают максимальный текущий диаметр D., с учетом которого по разности измеренных величин D_τ , D_н судят о ползучести материала трубы.

П р и м е р 1. Измерение остаточной деформации известным способом.

Фактический размер D_о исходного диаметра трубы до начала эксплуатации отсутствует, размер D_н номинального диаметра трубы известен и составляет 36 мм.

В произвольно выбранном сечении D₇ трубы на расстоянии 2,5 D_н от кромки сварного шва измеряют размер D_τ , который составляет 37,4 мм, и определяют ползучесть трубы по уравнению (1).

ε₁ = 100% (1)
ε₁ = 100%=3,9%
В другом произвольно выбранном сечении D₂ на расстоянии l₁=3+0,1D_нот кромки шва размер D_τ =36,4 мм.

ε₂ = 100%=1,1%
П р и м е р 2. Измерение отстаточной деформации предлагаемым способом.

Данные о величине размера D_о исходного диаметра трубы отсутствуют, D_н= 36 мм.

В произвольно выбранном сечении D₂ измеренный размер диаметра трубы в зоне первого сварного шва, соответствующий размеру D_о диаметра трубы до начала эксплуатации, составляет 36,4 мм.

Размер D_τ , измеренный в сечении D₇, составляет 37,4 м. По полученным размерам D_τ , D_о, известному размеру D_н определяют ползучесть (ε ) по уравнению (2)
ε = 100% (2)
ε₁ = 100%=2,7%
Размер трубы, измеренный в зоне второго сварного шва на противоположном конце трубы, соответствующий D_о, составляет 36,52 мм. Размер D_τ в сечении D₇ составляет 37,51 мм.

ε₂ = 100%=2,7%
Пример 1 показывает, что при отсутствии сведений о величине исходного диаметра и отсутствии регламента измерений получены два результата, один из которых ε₁=3,9% превышает допустимое значение ползучести.

П р и м е р 2, в котором проведены упорядоченные измерения размеров в том числе определены размеры исходного диаметра трубы до начала эксплуатации на противоположных концах трубы у кромок сварных швов и найдены значения ползучести трубы ε₁=ε₂ = 2,7% в двух сечениях, в результате чего по измерениям ползучести материала трубы, проведенных более точно, чем при известном способе, могут быть даны обоснованные рекомендации по продлению сроков службы пароперегревателя.

Устройство содержит штангу 1 с нанесенной шкалой 2 линейных размеров и закрепленными на ней первой 3 и второй 4 измерительными губкам, при этом первая 3 измерительная губка выполнена с заостренным наконечником, расположенную на штанге первую рамку 5 с закрепленной на ней третьей измерительной губкой 6, установленную на первой рамке 5 вторую рамку 7 с закрепленной на ней четвертой измерительной губкой 8 с заостренным наконечником, при этом вторая рамка 7 установлена с возможностью перемещения по первой рамке 5, механизм отсчета, включающий первый отсчетный узел, выполненный в виде закрепленного на второй рамке указателя 9 размеров по шкале 2, установленного на второй рамке индикатора 10, включающего стрелочный указатель 11 размеров по шкале индикатора, закрепленный на оси 12 зубчатого колеса 13, кинематически связанного с зубчатой рейкой 14, установленной в державке 15, жестко связанной со штангой. При этом в первой рамке 5 выполнен боковой продольный паз 6, в котором свободно расположена державка 15, на индикаторе 10 нанесены обозначения D_о - размер исходного диаметра трубы, находящейся в эксплуатации, соответствующий размеру исходного диаметра трубы до начала эксплуатации; D_τ - размер трубы, находящейся в эксплуатации.

Для отсчета десятков миллиметров на шкале 2 служит указатель 9 размеров, отсчет миллиметров на шкале 2 служит указатель 9 размеров, отсчет миллиметров и долей миллиметра ведут по шкале 17 индикатора 10. Второй отсчетный узел выполнен в виде закрепленного на второй рамке 7 индикатора 18 с расположенным параллельно штанге измерительным стержнем 19, стрелочного указателя размеров 20, шкалы 21. На индикаторе обозначена разность размеров ΔD= D_τ -D_о, с упором 22 на первой рамке 5 без зазора соединен измерительный стержень 19 индикатора 18. Резьбовой узел 23 установлен на рамке 5 с возможностью регулировки положения измерительного упора 22.

Третий отсчетный узел выполнен в виде закрепленного на второй рамке 5 индикатора 24 с расчетной шкалой 25, включающей нанесенные с интервалом и обозначенные D_н1, D_н2, D_н3 расчетные шкалы значений ползучести типоразмеров труб, применяемые для пароперегревателей, например, D_н1 соответствует номинальному наружному размеру трубы 32 мм; D_н2 - 36 мм; D_н3 - 42 мм. Нанесенное на индикаторе уравнение ε = 100% , где ε - значение ползучести трубы, в процентах; ΔD=D_τ- D_о - разность размеров, найденная на шкале 21 индикатора 18; D_н - номинальный наружный диаметр трубы.

Стрелочный указатель 26 значений ползучести К на расчетных шкалах D_н1, D_н2, D_н3 закрепленный на оси 27 зубчатого колеса 28, кинематически связанного со второй зубчатой рейкой 29, закрепленной на первой рамке 5. Нижний продольный паз 30 выполнен на второй рамке 7, в нем свободно расположена вторая зубчатая рейка 29. Пружины 31 связаны одним концом с опорным элементом 32 на первой рамке 5, а другим концом - с опорным элементом 33 на второй рамке 7.

Устройство также содержит направляющие пальцы 34, защитное ограждение 35, установленные на первой рамке 5 механизмы фиксации первой рамки относительно штанги 1 и второй рамки 7 относительно первой рамки, включающие зажимающий узел 36, выполненный с возможностью взаимодействия со штангой и фиксации рамки 5 на штанге 1, включающий стержневой упор 37, траверсу 38, направляющий стакан 39, пружину 40, связанную одним концом со стаканом, другим концом - с траверсой 38, отжимной конус 41, одной стороной соприкасающийся с рамкой 5, другой стороной - с траверсой 38, подпружиненный двуплечий рычаг 42, установленный в шарнире 43 и связанный с отжимным конусом 41 роликом 44, рукоятку 45 на конце рычага 42, продольный паз 46 в отжимном конусе 41, в котором свободно установлен стержневой упор 37.

Кроме того устройство включает кронштейн 47 для размещения шарнира 43 на рамке 5, установленный на второй рамке 7 зажимающий узел 48, выполненный с возможностью взаимодействия с рамкой 5 и фиксации рамки 7 на рамке 5, включающий стержневой упор 49, закрепленный на нем отжимной конус 50, направляющий стакан 51, пружину 52, связанную одним концом со стаканом 51, другим концом - с отжимным конусом 50, подпружиненный двуплечий рычаг 53, установленный в шарнире 54 с роликом 55, соединенным с отжимным конусом 50, кронштейн 56 на рамке 7 для размещения шарнира 54, рукоятку 57 на конце рычага 53, первую ручку 58, закрепленную на штанге 1, вторую ручку 59, закрепленную на рамке 7. Шкалы D_н1, D_н2,D_н3для труб пароперегревателей различных типоразмеров.

В исходном положении измерительные губки 3, 8 и 4, 6 без зазора соприкасаются друг с другом. Указатели размеров 9, 11, 20, 21 выставлены на нулевые отметки. Пружины 40, 49 зажимающих узлов растянуты, в результате чего под действием усиления пружины стержневой упор 37 фиксирует рамку 5 на штанге 1, стержневой упор 49 - рамку 7 на рамке 5. Измерительный стержень 19 индикатора 18 соприкасается без зазора с упором 22.

При осуществлении способа измерения ползучести труб пароперегревателей устройство работает следующим образом.

Удерживая устройство за ручки 58, 59 нажимают на рукоятку 45, в результате чего рычаг 42 поворачивается в шарнире 43, при этом ролик 44 перемещается и выводит из исходного положения отжимной конус 41, который одной стороной передвигается по рамке 5, а другой - по траверсе 38, которая в результате увеличения размера конической части, выходящей на траверсу, перемещается и снижает пружину 40 в стакане 39.

Вместе с траверсой 38 перемещается в осевом направлении стержневой упор 37, который выходит из соприкосновения со штангой 1. В результате вывода рамки 5 из фиксированного положения она получает возможность перемещения по штанге. Передвигают рамку 5 с фиксированной на ней рамкой 7 по штанге 1, при этом измерительные губки 6, 8 на рамках 5, 7 отодвигаются от измерительных губок 4, 3 на штанге. Измеряют губками 4, 6, или в зависимости от положения пароперегревателя в газоходе котла губками 3, 8 размер D_н номинального диаметра трубы в любом сечении, например, в сечении В между двумя поперечными сварными швами С (фиг.3).

Измеренный размер D_н находят на шкале 2 штанги 1 по положению указателя 9, размещенного на рамке 7, и стрелочного указателя 11 на шкале 17 индикатора 10. По величине известного размера D_н на основании уравнений l₁=3-0,1D_н и l₂=2,5D_н±0,1D_н вычисляют значение размеров: l₁ от кромки К сварного шва С до сечения а на трубе, в котором фактический размер диаметра трубы (размер D₂=D_о), находящийся в эксплуатации, соответствует исходному размеру D_о диаметра трубы до начала эксплуатации; l_о - от кромки К сварного шва до сечения В, в котором наблюдается остаточная деформация трубы.

Путем перемещения при нажатой рукоятке 45 по штанге 1 рамки 5 с фиксированной на ней рамкой 7 устанавливают измерительные губки 3, 8 на размер l₁ и отпускают рукоятку 45, при этом рычаг 42 под действием собственной пружины и детали зажимающего узла 36 под действием растянутой пружины 40 возвращается в исходное положение, а стержневой упор 37 входит в соприкосновение со штангой и фиксирует на штанге рамку 5. Установленным на заданный размер l₁ измерительными губками 3, 8 фиксируют размер на трубе и заостренным наконечником губки 8 наносят риску на трубе, обозначающую сечение а (фиг. 3). Устанавливают в изложенном выше порядке измерительные губки 3, 8 на заданный размер l₂, фиксируют размер l₂ на трубе и заостренным наконечником губки 8 наносят штриховую линию, обозначающую сечение В, после чего в очередной раз устанавливают измерительные губки 3, 8 на заданный размер l₃ и заостренными наконечниками губок наносят штриховые линии, обозначающие сечения С, отстоящие друг от друга на расстояниях, соответствующих линейным отрезкам l₃ на измерительных участках L/2 (фиг.3).

Нажатием на рукоятку 45 приводят в действие зажимающий узел 36, выводят рамку 5 из фиксированного положения на штанге 1, устанавливают губки 4, 6 на трубу, производят измерения диаметра трубы в сечении а, отпускают рукоятку 45 и фиксируют рамку 5 на штанге. Найденный в сечении а размер, соответствующий значению D_о, фиксируют указателем 9 на шкале 2 штанги 1 и стрелочным указателем 11 на шкале 17 индикатора 10. Так как рамка 7 при измерении размера D_о переместилась по штанге вместе с рамкой 5 на тот же отрезок длины, стрелочные указатели 20 индикатора 18 и 26 индикатора 24 остались фиксированными на нулевых отметках.

Для нахождения размера D_τ диаметра трубы, находящейся в эксплуатации, нажимают на рукоятку 57, при этом приводится в действие зажимающий узел 48. Подпружиненный рычаг 53 поворачивается в шарнире 54 и передвигает ролик 55 по отжимному конусу 50, который в результате увеличения размера конической части, выходящей на ролик, перемещается вместе с упором 49, который выходит из соприкосновения с рамкой 5 и выводит рамку 7 из фиксированного положения на рамке 5. Перемещают рамку 7 по рамке 5 и отводят измерительную губку 8 от губки 3, при этом при перемещении рамки 7 по рамке 5 сжимаются пружины 31, расположенные между опорными элементами 32, 33 на рамках 5, 7.

Устанавливают измерительные губки 3, 8 на трубу в сечении С и находят размер D_τ в указанном сечении. При сближении губок 3,8 пружины 31 растягиваются и поджимают губку 8 к трубе с одной, а губку 3 - с противоположной стороны, в результате чего обеспечивается надежный контакт измерительных губок с контролируемой трубой. Так как размер D_τпревышает значение размера D_о, расстояние между измерительными губками 3, 8 увеличивается и становится больше отрезка длины между губками 4, 6, в результате чего рамка 7 перемещается по рамке 5, фиксированной на штанге.

При перемещении рамки 7 по рамке 5 приводятся в действие отсчетные узлы, включающие индикаторы 10, 18, 24.

Перемещается по шкале 2 штанги 1 указатель размеров 9, зубчатое колесо 13 первого отсчетного узла перемещается по зубчатой рейке 14, установленной в державке 15, жестко связанной со штангой 1, при этом зубчатое колесо 13 поворачивается вокруг оси. Одновременно поворачивается ось 12 зубчатого колеса 13 и стрелочный указатель 11 индикатора 10. По положению указателя 9 на шкале 2 и стрелочного указателя 11 на шкале 17 индикатора 10 находят размер D_τ диаметра трубы с остаточной деформацией.

Перемещается измерительный стержень 19 индикатора 18 второго отсчетного узла, стрелочный указатель 20 которого на шкале 21 фиксирует разность размеров ΔD=D_τ -D_о, определяющую величину остаточной деформации трубы за время эксплуатации, в результате чего расширяется объем информации, облегчающий анализ пригодности трубы к дальнейшей эксплуатации.

Измерительный стержень 19 соприкасается с упором 22 на рамке, не входит в контакт с контролируемой трубой, в результате чего повышается точность измерений и обеспечивается защита индикатора 18 от внешних воздействий.

При перемещении рамки 7 по рамке 5 зубчатое колесо 28 третьего отсчетного узла перемещается по зубчатой рейке 29, закрепленной на рамке 5, и поворачивается вокруг оси. Стрелочный указатель 26 на оси 27 поворачивается и перемещается от нулевой отметки, например, по расчетной шкале D_н1, соответствующей значениям ползучести трубы, имеющей номинальный диаметр D_н1.

Находят на шкале D_н1 по положению стрелочного указателя 26 величину ползучести трубы, рассчитанную по уравнению ε = 100%.Не отпуская клавишу 57, устройство с губками 3, 8, установленными на трубе, для ускорения процесса измерений перемещают вдоль трубы на измерительном участке L/2 с целью отыскания максимального размера D_τ диаметра трубы и одновременно максимального значения ползучести трубы на участке L/2.

Так как губки 3,8 подпружинены, обеспечивается их перемещение с поджимом к трубе и постоянным контактом с ее наружной поверхностью.

При отыскании максимальной величины ползучести измерения трубы на участке L/2 заканчивается. Измерения ползучести на другом измерительном участке L/2 проводятся в том же порядке.

Для оценки пригодности трубы к дальнейшей эксплуатации принимают наибольшую величину ползучести из двух значений, найденных на измерительных участках L/2.

На этом процесс измерений заканчивается.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в теплоэнергетике, на тепловых электростанциях для оценки ресурса пароперегревателей. Способ контроля ползучести материала труб пароперегревателей заключается в том, что измеряют номинальный до эксплуатации диаметр труб и текущий диаметр находящихся в эксплуатации труб. За базу отсчета принимают два поперечных шва трубы, а измерение текущего диаметра осуществляют в четырех сечениях между швами, попарно расположенными от соответствующих швов на заданном расстоянии от них. Устройство для реализации этого способа содержит три отсчетных узла, обеспечивающих контроль размеров текущих диаметров, разности диаметров и остаточной деформации трубы в процентах. 2 с.п. ф-лы, 8 ил.

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОЛЗУЧЕСТИ МАТЕРИАЛА ТРУБ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЕЙ КОТЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.