特殊部位三向测缝计的安装

摘 要：三向测缝计常用在水利等工程建设中，是用来监测伸缩缝、周边缝等开合度的最佳选择。目前，三向测缝计应用在压力钢管上较少，比起在普通部位安装三向测缝计，在压力钢管上安装三向测缝计相对难度较大，并且焊接工艺要求较高，本文研究怎样降低在压力钢管上安装三向测缝计的难度，并简单阐述在压力钢管上安装仪器的焊接工艺。

关键词：三向测缝计 监测 安装 焊接 1 前言

三向测缝计按结构形式可分为专用结构的三向测缝计和单向位移计组装而成的三向测缝计两种：专用结构的三向测缝计主要是3DM-200型旋转电位器式三向测缝计和RMF型三向测缝计两种；单向位移计组装而成的三向测缝计有TS型电位器式位移计组成的TSJ型三向测缝计，CF型（WY型）差动电阻式测缝计组成的CF型（WY型）三向测缝计，SDW型钢弦式位移计组成的SDW型三向测缝计三种。单向位移计组装而成的三向测缝计由差阻电阻式位移计（或钢弦式位移计）、刚性支架、铰支点、支杆和万向节组成，专用结构的三向测缝计由电位器式位移计与附属配件组合而成，两者的测量形式相同，后者的整体重量和体积相对较小。

三向测缝计主要反映三方向的开合度变化量情况，即水利工程监测规范中的X方向（上下游方向）位移变化量、Y方向（左右岸方向）位移变化量及Z方向（垂直方向）位移变化量。目前，三向测缝计在水利工程中，普遍用以自动测量建筑物接缝的开合度、错边等，可用于大坝、船闸、厂房等的接缝（伸缩缝、周边缝）监测，用于压力钢管伸缩节部位监测较少。在压力钢管上安装三向测缝计比较特殊，其特殊性主要体现在2方面：①结构的特殊性；②安装方法的特殊性。在压力钢管伸缩节部位安装三向测缝计有安装难度大，焊接工艺高等特点，难度在于仪器安装后，能否准确反映压力钢管3方向位移变化量。 2 在压力钢管上安装三向测缝计的目的

伸缩节是水电站引水压力钢管的关键部件，其主要用途是使位于两镇墩或厂坝之间管段能自由伸缩，以适应因温度变化、不均均沉陷而产生的位移，对于大

型水利工程这样的巨型伸缩节（如三峡水电站、龙滩水电站），其制造安装及运行期的维修是非常困难的。

所以，设计除了要考虑解决套筒式伸缩节（国内外水电站引水管道比较常用的伸缩节型式）水封易于泄漏的问题外，还必须掌控伸缩节部位的监测物理量。因此，设计通常会在该部位布置大量程单向位移计组装而成的三向测缝计，用于监测伸缩节部位X、Y、Z方向（上下游、左右岸、垂直）的位移物理量，从而反映压力钢管因温度变化、不均均沉陷及过水而产生的位移量。 3 单向位移计组装而成的三向测缝计的结构组成及主要性能指标

单向位移计组装而成的三向测缝计由WY型（或CF型）差阻电阻式位移计、刚性支架、支座、铰支点、支杆和万向节组成。根据伸缩节的大小对三向测缝计进行选型，伸缩节尺寸越大，所选择的三向测缝计量程越大，量程越大，则外行尺寸越大。主要性能指标如下：

量 程：25 mm、50 mm、100mm、200mm；（根据伸缩节尺寸大小决定） 分 辨 力： ≤0.05%F.S.； 精 度： ≤0.7%F.S.； 长期稳定性： ≤0.5%F.S.Yr； 耐 水 压： ＞3MPa ； 绝 缘 电 阻： ＞50MΩ 温度测量精度： ±0.5℃； 4 伸缩节部位三向测缝计的安装

在伸缩节上安装三向测缝计与在普通接缝、周边缝安装三向测缝计相比，有安装难度大，焊接工艺高等特点。为使安装好的仪器能够正确反映压力钢管伸缩节的三个方向位移量，必须做到仪器支架及支座垂直于压力钢管，并保证仪器支架与支座的底面在同一平面上，同时，仪器底部两支传感器要平行于压力钢管顶面或底面（如图3），并保证两支传感器在同一平面上。

要实现以上几点要求，就要在底座的安装与焊接工艺上下工夫了，若将仪器底座设计成弧形的，那么就可以将仪器支架及支座的底面安装在同一个平面上，而且可以保证仪器支架及支座垂直于压力钢管。若想使底部两支传感器（传感器2、传感器3）平行于压力钢管，并保证两支传感器在同一平面上，只要保证两支传感器4个端点在同一平面上即可。因为2、3号传感器的端点是两两在一端

的（支架上两个、支座上两个），而且支座上的两端点几乎在一点上，支架上两个点在同一跟横梁上，那么只要用水平尺使支架上两点水平及调节支座的高低就可以实现了。 4.1 安装前准备工作

为了降低安装难度，安装前的准备工作是不可忽视的重要环节，承包单位在采购仪器时，应向仪器供应商提供伸缩节部位外型尺寸（压力钢管尺寸及伸缩节尺寸），仪器生产厂家根据相应尺寸对仪器底座及外型（拉杆）尺寸进行设计，以便在安装时更加便捷。

1、普通周边缝、伸缩节部位与三向测缝计底座接触面是水平的，那么三向测缝计的底座设计成平底即可；若将三向测缝计安装在压力钢管上，那么仪器底座就应该考虑做成弧形的，这样就降低了安装难度，弧度根据承包商提供的压力钢管半径（外径）来定。下图（图1、图2）是三向测缝计安装在压力钢管上的截面形状。

图1：仪器钢架图仪器钢架仪器钢架底部截面形状压力钢管图2：仪器支座图仪器支座支座底部截面形状压力钢管 2、厂家根据承包商提供的伸缩节外型尺寸，设计出即满足现场安装条件又

满足仪器量程要求的基赶长度（如图3所视）。目前，大中型压力管道上多采用50mm~100mm量程的传感器，基杆长为：1000mm，最大外形尺寸为：1316×1300×1100，具体见表1：

表1：仪器型号及基杆尺寸对照表

型号 WY-25 WY-50 WY-100 WY-200 量程（mm） 25 50 100 200 基杆长（mm） 700 1000 1000 1150 最大外型尺寸（mm） 1000×1130×1000 1316×1300×1100 1316×1300×1100 1450×1450×1234 图3：三向测缝计安装后形象图1号传感器监测电缆仪器支架流向2号传感器仪器支座连接杆压力钢管焊缝伸缩节焊缝4.2 仪器安装

4.2.1 在压力钢管上安装三向测缝计的焊接要求

在压力钢管上安装三向测缝计，必须将仪器支架焊接在压力钢管上，而伸缩节部位属于高强钢材料（通常为WDB型），高强钢受到聚热时易产生裂纹，当裂纹较深又没有及时发现时，还会导致裂纹延伸造成整体结构破坏。所以在此部位进行仪器安装，焊接工艺要求较高，必需按照高强钢的焊接标准执行：

1）焊接前，对焊接部位表层进行预热处理（预热温度采用远红外电子测温

仪控制，要求在100℃—110℃之间）； 2）焊接材料必需经过严格的烘烤、保温；

3）在焊接时，还需采用红外线加热装置按照已评定的焊接工艺进行预热处

理（焊接工艺参数见表2），处理时对温度进行监控。 4）焊接后，进行消氢处理和无损检测，保证焊缝及母材的质量。 表2：高强钢焊接工艺参数

层道 1 焊接方法 填充材料 型号 直径㎜ φ4.0 焊接电流 极性 电弧电线 能 量 备 （Kj/㎝） 注 电 流（A） 压（V）24-28 ≤35 焊条电弧焊 E5015 直流反极性 130-180

4.2.2安装步骤

1）根据设计图纸及现场情况，将厂家设计好的三向测缝计组装起来拟摆设到安装部位，用水平尺、记号笔确定仪器支架（支座）焊接的最佳位置，同时保证三跟基杆的长度与厂家设计的长度在±5mm以内；

2）按照高强钢的焊接标准焊接支架，焊缝为三向测缝计底座边缘与压力钢管连接处，如图3所视；

3）检查传感器编号是否对应、传感器最小读数、电阻比初值是否完整、量取仪器安装后的参数，如基准长度。

4）对安装好的仪器进行加固（特别注意对细小螺母的检查）

5）仪器安装后，应根据现场情况及仪器本身尺寸修建一个保护罩加以保护，观测电缆应接长并穿钢管保护。 5结语

三向测缝计是高精度仪器，能精确的反映三个方向的监测物理量，前提是必需正确地安装仪器，比如在压力钢管上进行安装，若不能准确安装，就不能准确得反映出理想的监测成果。

三向测缝计在压力钢管上的安装鲜为少见，文中阐述的安装方法是本人在工作实践中的一点心得。