[实用新型]基于白光散斑技术测量电厂高温管道应变的装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及高温高压金属部件的准在线应变监测领域，尤其涉及一种利用白光散斑的相关技术，非接触、准在线监测电厂高温部件的应变的装置。

背景技术：

金属材料长期在不变的温度和不变的应力作用下，发生缓慢的塑性变形的现象，称为蠕变。对于一般金属，蠕变现象只有在高温条件下才明显表现出来。蠕变现象的产生，是由三个方面的因素构成：温度、应力和时间。碳钢在300～400℃时，在应力的作用下即能明显地出现蠕变现象。当温度在高于400℃时，即使应力不大，也要出现较大速率的蠕变。合金钢的温度超过400～450℃时，在一定的应力作用下，就会发生蠕变、温度愈高，蠕变现象愈明显。

电厂高温金属部件长期在高温下运行，材料的高温蠕变损伤是不可避免的问题，金属部件的蠕变损伤逐渐积累，导致高温金属部件不能无限寿命运行。图2是一条典型金属的蠕变曲线。蠕变曲线分为三个阶段。第一阶段的蠕变速率逐渐降低，这一阶段的时间较短；第二阶段的蠕变速率是恒定的，金属部件基本都运行于这一阶段；第三阶段的蠕变速率逐渐增大，处于加速蠕变阶段，在很短的时间内就会导致部件失效。

高温高压火电厂中产生蠕变的部件较多，如主蒸汽管道、锅炉联箱、汽水管通、高温紧固件、汽轮机汽缸等。由于金属蠕变的累积，使金属部件发生过量的塑性变形而不能使用，或者蠕变进入到了加速发展阶段，发生蠕变破裂，均会使部件失效损坏，甚至发生严重事故。所以，对于长期运行的高温部件，要进行严格的蠕变监测。当然，一些部件在工作中出现一些塑性变形还是允许的，只要它们在整个工作期限内（例如10万小时），由于蠕变所累积的塑性变形量不超过允许值即可。例如，一般规定主蒸汽管道、高温蒸汽联箱10万小时运行后，总变形量不超过1%；汽轮机汽缸10万小时后的总变形量不超过0.1%；锅炉的合金钢过热器管和再热管，当蠕变胀粗大于2.5%时，需要更换；锅炉的碳钢过热器管和再热器管，当蠕变胀粗大于3.5%时，即行更换。

为了能准确地进行剩余寿命预测，必须采用材料的实际性能作为判断的依据，否则带来不安全的隐患。通常进行剩余寿命预测时，在无法确定材料实际性能的情况下，往往是根据材料的标准值或参考文献的数据，推算出材料性能的最低值进行估算。这样也可能导致过于保守的估计而不能充分发挥设备的潜力。例如要用材料的蠕变强度来做结构的寿命评估，通常把材料的蠕变强度的标准值降低20%作为其最低值。但如果有证据证明材料实际强度并没有降低20%，其蠕变寿命预测就可以增加一倍。如果改用蠕变应变积累的实测值来进行寿命评估，就避免了过于保守的评估结果。

现在国内电厂蠕变应变监测手段主要是测量管径和厚度的变化，但是测量管径和厚度的变化达不到应变监测的精度要求，因此DL/T438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》取消了对高温管道安装蠕变测点的强制性规定。

国外电厂采用高温应变片或者电容传感器等测量蠕变。高温应变片则受到高温胶的稳定性和应变片与被测材料热膨胀补偿的影响，测量结果带有许多不确定性。电容传感器在现场的安装和测量也有许多不便的地方，比如需要一条信号线。这两种方法，安装一个测点只能测量一个应变值。

测量应变还有一种非接触的光学的方法。用光学的方法测量位移和应变有基于光相位差分析的干涉法和基于光强度分析的非干涉法。属于前者的有散斑干涉法和云纹干涉法，属于后者的有散斑图像法和云纹法。激光是一种干涉光，激光全息和激光散斑技术测量位移和应变都有很高的精度，精度可以达到激光波长的数量级（十分之几微米）。但是激光使用的光源必须是高度相关的激光光源，微小的振动都会引起记录的失真，难于在工程现场应用。白光散斑使用普通的白光光源，具有和激光散斑几乎相同的功能，适于在工程现场应用。

实用新型专利内容：

本实用新型针对上述现有技术中存在的问题，提供一种利用白光散斑的相关技术，非接触、准在线监测电厂高温部件的应变的装置。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

基于白光散斑技术测量电厂高温管道应变的装置，包括定位基座、应变传感器、定焦距相机，定位基座焊接在管道上，应变传感器置于定位基座中心位置，同样焊接在管道上，定焦距相机固定在应变传感器正前方，镜头对准应变传感器拍照。

所述应变传感器为铂片制成。

所述应变传感器是通过点焊方式焊接在管道上。

所述定焦距相机为带远心镜头的定焦距相机。

所述定焦距相机通过定位销固定在定位基座上。

本实用新型的优点和有益效果为：