專利名稱：一種在役管道復(fù)合載荷模擬測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種在役管道復(fù)合載荷模擬測(cè)試系統(tǒng)，涉及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
針對(duì)含腐蝕、螺旋焊縫缺陷、環(huán)焊縫缺陷、凹陷等缺陷管道的剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法研究中，需要開展含缺陷管道在復(fù)合載荷作用下的失效模擬測(cè)試，以驗(yàn)證評(píng)價(jià)結(jié)果并對(duì)評(píng)價(jià)模型進(jìn)行修正。同時(shí)在缺陷修復(fù)完成后，也需要對(duì)修復(fù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)與驗(yàn)證。CN102023118A公開了一種實(shí)體膨脹管進(jìn)行復(fù)合載荷試驗(yàn)的方法，CN2709972Y公開了一種線性載荷模擬試驗(yàn)方法，GB2458293A公開了一種管部件的強(qiáng)度和壓力測(cè)試的方法和裝置，但均未公開測(cè)試管道在內(nèi)壓、彎曲載荷、軸向載荷共同作用下管道的承壓能力和失效模式等特征。 目前的鋼管靜水壓爆破測(cè)試系統(tǒng)僅能完成在內(nèi)壓作用下的管道失效驗(yàn)證測(cè)試，不具備開展在內(nèi)壓、彎曲載荷及軸向載荷共同作用下的失效驗(yàn)證測(cè)試的能力。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的設(shè)計(jì)是一種具有模擬管道受內(nèi)壓、彎曲載荷及軸向載荷三種載荷的功能、具備開展在單一載荷或復(fù)合載荷作用下的含缺陷管道或修復(fù)后管道的失效測(cè)試能力的在役管道復(fù)合載荷模擬測(cè)試系統(tǒng)。本在役管道復(fù)合載荷模擬測(cè)試系統(tǒng)所用的方法為先將管道固定在外部載荷系統(tǒng)上，注水排氣后，使用增壓泵內(nèi)部增壓，然后通過外部載荷系統(tǒng)施加彎曲載荷與軸向載荷，測(cè)試鋼管在內(nèi)壓、彎曲載荷、軸向載荷共同作用下管道的承壓能力和失效模式。本實(shí)用新型的系統(tǒng)包括水壓增壓單元、外部載荷單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元和電視監(jiān)控單元。在役管道復(fù)合載荷模擬測(cè)試系統(tǒng)原理框圖如圖I所示，水壓增壓單元的計(jì)量水箱、水壓增壓泵、壓力緩沖罐用管路依次連接，壓力緩沖罐與測(cè)試鋼管連接，液壓站與外部載荷單元連接；數(shù)據(jù)采集與控制單元由信號(hào)線與水壓增壓泵和壓力緩沖罐連接；數(shù)據(jù)采集與控制單元由信號(hào)線與液壓站和外部載荷單元連接；電視監(jiān)控單元的電視監(jiān)控終端由信號(hào)線與多路攝像頭連接。數(shù)據(jù)采集與控制單元有壓力緩沖罐的壓力信號(hào)采集連接，有外部載荷單元的變形信號(hào)采集連接，有水壓增壓泵的壓力控制連接；數(shù)據(jù)采集與控制單元有液壓站的外載控制連接。所述水壓增壓單元的主要功能是為測(cè)試鋼管提供內(nèi)壓，包括計(jì)量水箱、水壓增壓泵、壓力緩沖罐及注水排氣口 I 13、注水排氣口 II 14;所述外部載荷單元(見圖4和圖5)包括四點(diǎn)彎曲載荷模塊和軸向載荷模塊，它由液壓站、液壓缸I 5、液壓缸II 6、加載臂I 7、加載臂II 8、液壓缸1119、加載臂III10和支撐鋼架I組成；液壓站與液壓缸I 5、液壓缸II 6、液壓缸III 9連接，加載臂I 7、加載臂II 8、加載臂III10分別與液壓缸I 5、液壓缸II 6、液壓缸III 9連接；液壓缸I 5、液壓缸II 6、液壓缸Ill 9為壓力產(chǎn)生裝置，其獨(dú)立控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)壓力的連續(xù)調(diào)節(jié)；加載臂I 7、加載臂II 8、加載臂III 10為壓力傳導(dǎo)裝置，將液壓缸I 5、液壓缸II 6、液壓缸III 9產(chǎn)生的壓力源轉(zhuǎn)換為測(cè)試所需的彎曲載荷及軸向載荷，施加于測(cè)試鋼管2 ;支撐鋼架I為測(cè)試鋼管2提供支撐及安裝基礎(chǔ)，同時(shí)為液壓缸I 5、液壓缸II 6、液壓缸III 9提供支撐及安裝基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)具有足夠強(qiáng)度及充足空間以便安裝鋼管。①四點(diǎn)彎曲載荷模塊管道彎曲應(yīng)力模擬通過四點(diǎn)加載來實(shí)現(xiàn)，模塊底部由支撐點(diǎn)I (3)、支撐點(diǎn)II (4)支撐，同時(shí)頂部由液壓缸I (5)、液壓缸II (6)兩點(diǎn)由上向下對(duì)模塊加載。②軸向載荷模塊管道軸向載荷模塊模擬管道承受的軸向力，將測(cè)試鋼管2 —端固定，另一端通過液壓缸III 9加載來實(shí)現(xiàn)軸向加載。液壓缸I 5、液壓缸II 6、液壓缸III 9含有壓力和位移傳感器，其運(yùn)行速度可通過控 制單元進(jìn)行調(diào)節(jié)；傳感器信號(hào)傳到控制臺(tái)，可與內(nèi)壓信號(hào)生成曲線，以分析在不同外力作用下鋼管爆破參數(shù)的變化。液壓缸的輸出壓力和行程可精確控制，可自動(dòng)進(jìn)行增壓、保壓及泄壓操作，從而滿足測(cè)試中多種工況需要，達(dá)到預(yù)期的測(cè)試效果。所述數(shù)據(jù)采集與控制單元原理框圖如圖2所示，包括數(shù)據(jù)采集卡、應(yīng)變儀、傳感器、數(shù)據(jù)處理軟件、工控機(jī)等，兩路壓力傳感器輸出接工控機(jī)終端的輸入，電阻應(yīng)變片輸出接應(yīng)變儀輸入，應(yīng)變儀輸出接工控機(jī)終端的輸入；工控機(jī)終端有壓力控制和外部載荷控制輸出；實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)控制以及對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析、處理及輸出。所述電視監(jiān)控單元原理框圖如圖3所示，包括攝像頭、電視監(jiān)控終端等；4個(gè)攝像頭由電信號(hào)線與電視監(jiān)控終端連接，實(shí)現(xiàn)視頻采集與控制；使操作人員可遠(yuǎn)程監(jiān)視測(cè)試現(xiàn)場情況，保證測(cè)試過程中操作人員的安全，同時(shí)對(duì)整個(gè)測(cè)試過程通過多個(gè)攝像頭進(jìn)行監(jiān)視錄像，多角度觀察測(cè)試現(xiàn)場情況，方便操作人員進(jìn)行分析。該系統(tǒng)具有模擬管道受內(nèi)壓、彎曲載荷及軸向載荷三種載荷的功能，具備開展在單一載荷或復(fù)合載荷作用下的含缺陷管道或修復(fù)后管道的失效測(cè)試能力。該系統(tǒng)所提供的三種載荷可根據(jù)需要任意組合且可分別連續(xù)調(diào)節(jié)，這三種載荷代表了在役管道上所承受的主要載荷，其中內(nèi)壓由管內(nèi)流體壓力引起，彎曲載荷由管道位移引起，軸向載荷由溫度變化導(dǎo)致的熱脹冷縮引起。該測(cè)試系統(tǒng)采用成熟的信號(hào)傳輸技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，可精確測(cè)量管道的爆破壓力和應(yīng)變狀態(tài)，獲得管道的屈服壓力、爆破壓力、局部應(yīng)力應(yīng)變以及壓力-環(huán)向變形的關(guān)系曲線等重要數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)本測(cè)試系統(tǒng)具有模擬管道受內(nèi)壓(輸送壓力)、彎曲載荷(管道沉降或位移)及軸向載荷(溫度變化)三種載荷的功能，具備開展在單一載荷或復(fù)合載荷作用下的含缺陷管道或修復(fù)后管道的失效測(cè)試能力。

圖I在役管道復(fù)合載荷模擬測(cè)試系統(tǒng)原理框圖圖2數(shù)據(jù)采集與控制單元原理框圖圖3電視監(jiān)控單元原理框圖圖4外部載荷單元(含測(cè)試鋼管)結(jié)構(gòu)正視圖[0023]圖5外部載荷單元(含測(cè)試鋼管)結(jié)構(gòu)立體圖
其中I 一支撐鋼架 2—測(cè)試鋼管 3—支撐點(diǎn)I4一支撐點(diǎn)II
5—液壓缸I6—液壓缸II
7一加載臂I8一加載臂II
9—液壓缸III10一加載臂III 11—U型固定環(huán)I 12—U型固定環(huán)II13—注水排氣口 I 14—注水排氣口 II
具體實(shí)施方式
實(shí)施例.本例是一種測(cè)試系統(tǒng),其構(gòu)成如圖1-5所示。測(cè)試系統(tǒng)主要由水壓增壓單元、外部載荷單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元和電視監(jiān)控單元及測(cè)試鋼管等組成。鋼架支撐的整體尺寸為20m(L) X4m(H)。測(cè)試鋼管的彎曲載荷由液壓缸I 5和液壓缸II 6 (非標(biāo)件,液壓缸內(nèi)壓63MPa、聞度820暈米、缸徑140暈米，桿徑100毫米,最大壓力為100噸,最大行程為500mm)實(shí)現(xiàn)。測(cè)試鋼管的軸向載荷由液壓缸III 9(非標(biāo)件，液壓缸內(nèi)壓63MPa、高度700毫米、缸徑426毫米，桿徑320毫米，最大壓力為500噸，最大拉力為200噸，最大行程為200_)完成。測(cè)試方法測(cè)試鋼管的長度為12m,直徑為711mm,壁厚為8mm。將測(cè)試鋼管2吊裝到支撐點(diǎn)I 3和支撐點(diǎn)II 4上，將測(cè)試鋼管2與液壓缸的加載臂I 7、加載臂II 8和加載臂III 10連接好，用U型固定環(huán)I 11和U型固定環(huán)II 12固定好測(cè)試鋼管2，注水排氣后，通過增壓泵向測(cè)試鋼管2中施壓內(nèi)壓，同時(shí)通過液壓缸I 5和液壓缸II 6向鋼管施加四點(diǎn)彎曲載荷，通過液壓缸III9施加軸向載荷，測(cè)試鋼管2在內(nèi)壓、彎曲載荷、軸向載荷共同作用下管道的承壓能力和失效模式。本例經(jīng)多次測(cè)試，測(cè)試方法簡單可靠，測(cè)試效果良好，模擬了管道受內(nèi)壓、彎曲載荷及軸向載荷三種載荷的功能，測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果與管道修復(fù)效果，改進(jìn)了管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法的精確性及管道修復(fù)效果的可靠性。
權(quán)利要求1.一種在役管道復(fù)合載荷模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征是它包括水壓增壓單元、外部載荷單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元和電視監(jiān)控單元； 水壓增壓單元的計(jì)量水箱、水壓增壓泵、壓力緩沖罐用管路依次連接，壓力緩沖罐與測(cè)試鋼管連接，液壓站與外部載荷單元連接；電視監(jiān)控單元的電視監(jiān)控終端與攝像頭連接；數(shù)據(jù)采集與控制單元有壓力緩沖罐的壓力信號(hào)采集連接，有外部載荷單元的變形信號(hào)采集連接，有水壓增壓泵的壓力控制連接；數(shù)據(jù)采集與控制單元有液壓站的外載控制連接； 所述水壓增壓單元包括計(jì)量水箱、水壓增壓泵、壓力緩沖罐及注水排氣口 I (13)、注水排氣口 II (14); 所述外部載荷單元包括四點(diǎn)彎曲載荷模塊和軸向載荷模塊，它由液壓站、液壓缸I(5)、液壓缸II (6)、加載臂I (7)、加載臂II (8)、液壓缸111(9)、加載臂IIK 10)和支撐鋼架(I)組成；液壓站與液壓缸I (5)、液壓缸II (6)、液壓缸111(9)連接，加載臂I (7)、加載臂II (8 )、加載臂III (10 )分別與液壓缸1(5)、液壓缸II (6 )、液壓缸III (9 )連接； 其中 液壓缸I (5)、液壓缸II (6)、液壓缸III(9)含有壓力和位移傳感器； 所述數(shù)據(jù)采集與控制單元包括數(shù)據(jù)采集卡、應(yīng)變儀、傳感器、數(shù)據(jù)處理軟件、工控機(jī)； 所述電視監(jiān)控單元包括攝像頭、電視監(jiān)控終端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種在役管道復(fù)合載荷模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征是所述四點(diǎn)彎曲載荷模塊為模塊底部由支撐點(diǎn)I (3)、支撐點(diǎn)II (4)支撐，同時(shí)頂部由液壓缸I (5)、液壓缸II (6)兩點(diǎn)由上向下對(duì)模塊加載； 所述軸向載荷模塊為將測(cè)試鋼管(2 ) —端固定，另一端由液壓缸III (9 )加載。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種在役管道復(fù)合載荷模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征是所述數(shù)據(jù)采集與控制單元原理為兩路壓力傳感器輸出接工控機(jī)終端的輸入，電阻應(yīng)變片輸出接應(yīng)變儀輸入，應(yīng)變儀輸出接工控機(jī)終端的輸入；工控機(jī)終端有壓力控制和外部載荷控制輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種在役管道復(fù)合載荷模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征是所述電視監(jiān)控單元原理為4個(gè)攝像頭由電信號(hào)線與電視監(jiān)控終端連接。
專利摘要本實(shí)用新型是一種在役管道復(fù)合載荷模擬測(cè)試系統(tǒng)，涉及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。它包括水壓增壓單元、外部載荷單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元和電視監(jiān)控單元。計(jì)量水箱、水壓增壓泵、壓力緩沖罐和外部載荷單元依次連接，液壓站也與外部載荷單元連接；電視監(jiān)控單元的電視監(jiān)控終端與攝像頭連接；數(shù)據(jù)采集與控制單元有壓力緩沖罐的壓力信號(hào)采集，有外部載荷單元的變形信號(hào)采集，有水壓增壓泵的壓力控制；數(shù)據(jù)采集與控制單元接受液壓站的外載控制。本實(shí)用新型具有模擬管道受內(nèi)壓、彎曲載荷及軸向載荷三種載荷的功能、具備開展在單一載荷或復(fù)合載荷作用下的含缺陷管道或修復(fù)后管道的失效測(cè)試能力。
文檔編號(hào)G01N3/12GK202533325SQ20112052646
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者馮慶善, 周利劍, 宋漢成, 張華兵, 張海亮, 曹濤, 王婷, 王富祥, 陳健 申請(qǐng)人:中國石油天然氣股份有限公司