[发明专利]一种高温高压条件下热电偶结构

说明书

技术领域

本发明属于热电偶高压测量技术领域，具体涉及一种高温高压条件下热电偶结构。

背景技术

现有技术中普遍采用的热电偶结构包括两种：螺纹安装式热电偶和整体钻孔式热电偶。

如图1所示，螺纹安装式热电偶，其安装密封依靠于螺纹尺寸和平面垫片，当热电偶和安装座是异种金属时，经常会在高温高压条件下由于异种金属的热应力造成密封螺纹咬死。

按照《HG/T20507-2000自动化仪表选型设计规定》，在大于10MPa的高压条件下，宜选用整体钻孔式热电偶，该形式的热电偶采用直形或锥形保护套管，现有标准产品保护套管直径较粗、壁厚较厚、热电偶与介质没有直接接触，导致热电偶响应时间较长（60s~120s），不满足实际需求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：提出一种高温高压条件下热电偶结构，既能有效避免密封螺纹咬死问题，又能显著提高响应速度、减小测量误差。

本发明的技术方案如下所述：

一种高温高压条件下热电偶结构，包括热电偶本体和热电偶安装座，二者相接触；热电偶结构还包括活套；所述热电偶本体与热电偶安装座相接触的部分具有一定的圆弧度，所述热电偶安装座与热电偶本体相接触的部分呈锥面，热电偶本体的圆弧与热电偶安装座的锥面相切；热电偶安装座外壁设有螺纹，活套内壁设有与热电偶安装座外壁相匹配的螺纹，外套盖压在热电偶本体的上部，与热电偶安装座螺纹连接，通过螺纹的预紧力实现热电偶本体与热电偶安装座之间的密封。

作为优选方案，热电偶安装座焊接在回路管道上，活套及热电偶安装座采用与回路管道相同的材质，该材质需比热电偶本体材质的热膨胀系数小。

活套、热电偶安装座及回路管道可以采用ASME标准中的P91型材料，热电偶本体可以采用316L型不锈钢材质。

本发明的有益效果为：

本发明的高温高压条件下热电偶结构，采用自紧式热电偶密封设计，不需要使用密封垫片和保护护套，热电偶可直接与管道内介质接触，既能有效避免密封螺纹咬死问题，又能显著提高响应速度、减小测量误差。

通过有限元法对该结构进行了密封性和热应力的分析，计算结果表明该结构最少能够满足15MPa，350℃条件下使用的要求且不会发生密封螺纹的咬死问题；同时，对该结构试件进行了冷态水压试验，试验结果表明，该结构至少能够承受70MPa的静压。

附图说明

图1为现有技术中的螺纹安装式热电偶结构示意图；

图2为本发明的高温高压条件下热电偶结构示意图；

图3为本发明高温高压条件下热电偶结构的活套示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明高温高压条件下热电偶结构的热电偶安装座示意图；

图6为本发明高温高压条件下热电偶结构的热电偶本体示意图。

图中，1-活套，2-热电偶安装座，3-热电偶本体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的高温高压条件下热电偶结构进行详细说明。

本发明的高温高压条件下热电偶结构，包括活套1、热电偶本体3以及热电偶安装座2。其中，所述热电偶本体3与热电偶安装座2相接触的部分具有一定的圆弧度；所述热电偶安装座2与热电偶本体3相接触的部分呈锥面；热电偶本体3的圆弧与热电偶安装座2的锥面相切；热电偶安装座2外壁设有螺纹，活套1内壁设有与热电偶安装座2外壁相匹配的螺纹，外套盖压在热电偶本体3的上部，与热电偶安装座2螺纹连接，通过螺纹的预紧力实现热电偶本体3与热电偶安装座2之间的密封。

热电偶安装座2焊接在回路管道上，活套1及热电偶安装座2采用与回路管道相同的材质，该材质需比热电偶本体3材质的热膨胀系数小。本实施例中，活套1、热电偶安装座2及回路管道采用ASME标准中的P91型材料，热电偶本体3采用316L型不锈钢材质。

在高温情况下，由于不锈钢材质的热膨胀系数大于P91的热膨胀系数，上述材质选择方案，使高温条件下热电偶本体3与热电偶安装座2的贴合会愈发紧实，实现自紧式密封。采用此种方案，异种金属之间的热应力大部分被热电偶本体3与热电偶安装座2的贴合处所分担，不会在活套1与热电偶安装座2的螺纹连接处引起过大的应力，导致螺纹屈服而引起螺纹咬死问题。