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《昆明理工大学》 2011年
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基于光纤Bragg光栅的管道压力检测技术研究

罗勇  
【摘要】:作为物料输送的一种特种设备,压力管道在工业生产和人民生活中起着重要作用。由于管道运输介质大多是强腐蚀性流体,在运送过程中,流体的腐蚀、温度变化、压力控制引起的液压冲击及人为破坏等因素,容易引起管道输送系统运行故障,影响人们生命和财产安全,因此对管道运输状况进行实时监测是十分必要的。管道输送状况的基本参数包括压力、温度以及流量等。其中,管道物料的运输主要利用压力能也即管道内流体压力差来维持,对管道压力的监测及控制管内传输压力,是确保整个管道系统安全平稳运行的关键,因而,压力的在线监测就显得尤为重要。目前,对管道压力的传统的检测方法主要是介入式测量方法,即在被测点安装压力传感器,感压元件直接与被测介质接触。这类方法一般会破坏管道的整体结构特性以及管道内流体流场,特别在高压情况下易造成事故。 本文涉及一种基于管道形变的非介入式的光纤Bragg光栅管道压力检测方法,对受内压作用下管道的压力检测进行了理论分析和实验研究。压力管道采用长度为500mm、外径×厚度为(D114×2的用于输送低压流体的碳素结构钢(GB/700-1999)Q195焊管,其尺寸参照国家应用标准系统给出的关于管子尺寸系列标准,即GB/T17395。通过SB-4.0型手动试压泵对压力管道进行加、卸压试验。主要研究内容如下: (1)在内压的作用下,压力管道的环向和轴向将产生压应力,从而导致沿管线环向和轴向粘贴在管道外壁上的光纤Bragg光栅发生相应的Bragg波长移位。通过这一理论建立数学传感模型。 (2)根据厚壁圆筒的弹性分析,即Lame应力公式,结合广义胡克定律,将相关参数代入管道压力测量的数学模型,计算得出其环向和轴向的响应灵敏度分别为:179.6pm/MPa、37.9pm/MPa;理论分辨率分别为:0.006 MPa/pm、0.026 MPa/pm。 (3)试验表明,沿管道环向和轴向的测量灵敏度分别为:环向为181.1 pm/MPa;轴向为26.7 pm/MPa;实际分辨率分别为:0.006 MPa/pm、0.037 MPa/pm。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP274

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