一種金屬管管壁尖端裂縫起裂裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬管管壁尖端裂縫起裂裝置及方法，屬于氣體液體高壓管道輸送工程的技術(shù)與安全領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓輸氣管道在運(yùn)行過(guò)程中，因管內(nèi)壓力變化、管道材料疲勞或受損，以及外部作用等原因，導(dǎo)致管道在某處產(chǎn)生管壁裂紋進(jìn)而出現(xiàn)長(zhǎng)距離擴(kuò)展，不僅會(huì)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染，還將形成地面人員傷亡、建筑物及設(shè)施破壞受損等災(zāi)難性事故。因此，為盡量減小損失、加快事故發(fā)生后的搶修進(jìn)程，國(guó)內(nèi)外廣泛開(kāi)展了大口徑高壓金屬管道的裂縫形成及擴(kuò)展的力學(xué)行為研究。
[0003]金屬管爆破試驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)之一是，當(dāng)管內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定高壓值時(shí)在管壁確定位置處適時(shí)引入初始裂縫。目前關(guān)于初始裂縫的引入主要有機(jī)械切割預(yù)制和聚能切割預(yù)制兩種，前者形成的初始裂縫與真實(shí)裂縫存在較大差距，且需考慮金屬管充壓過(guò)程中的密封問(wèn)題，增加了實(shí)驗(yàn)難度和危險(xiǎn)系數(shù)，而目前公開(kāi)的的聚能切割預(yù)制方法中，由于保密原因，關(guān)于聚能切割裝置切割高壓金屬管的步驟及切割裝置材料、結(jié)構(gòu)等參數(shù)均為定性描述，缺乏聯(lián)系金屬管材料結(jié)構(gòu)等因素的定量研究，難以確保在實(shí)際試驗(yàn)中的成功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種金屬管管壁尖端裂縫起裂裝置及方法，通過(guò)切割裝置在藥型罩中形成金屬射流，在金屬管管壁上形成裂紋，通過(guò)炸高器可以精確的調(diào)整切割裝置的位置，形成符合試驗(yàn)要求的裂紋。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種金屬管管壁尖端裂縫起裂裝置，包括位于管壁中心位置的切割裝置、沿切割裝置對(duì)稱(chēng)分布的止裂裝置和分布在管壁上的若干個(gè)傳感器，所述切割裝置通過(guò)炸高器固定在管壁上，切割裝置包含殼體、位于殼體頂部的擴(kuò)爆藥、位于殼體內(nèi)部的主裝藥和藥型罩，所述殼體的兩側(cè)均設(shè)有L型支撐板上，所述炸高器包含支撐件、調(diào)節(jié)旋鈕和伸縮件，L型支撐板通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕與支撐件連接，支撐件與固定支架連接，在藥型罩的下方設(shè)有連接兩側(cè)L型支撐板的伸縮件。
[0006]作為優(yōu)選，所述金屬管與加壓裝置連通，所述加壓裝置包含將高壓氣體輸送到金屬管的高壓氣體輸送管、A類(lèi)空氣壓縮裝置、B類(lèi)空氣壓縮裝置和C類(lèi)空氣壓縮裝置，所述高壓氣體輸送管通過(guò)一級(jí)閥與金屬管連通，所述A類(lèi)空氣壓縮裝置安裝在高壓氣體輸送管上，所述高壓氣體輸送管末端設(shè)有三通轉(zhuǎn)換器，三通轉(zhuǎn)換器分別與B類(lèi)空氣壓縮裝置和C類(lèi)空氣壓縮裝置連接。
[0007]作為優(yōu)選，所述藥型罩包含線型主體和位于線型主體兩端的“船”型端部，藥型罩為鉛銻合金制成，藥型罩線型段為楔形變壁厚金屬藥型罩，船型段為夾角型變壁厚金屬藥型罩，其在傳統(tǒng)線型藥性罩基礎(chǔ)上增加的“船”型端部用以形成具有一定初始角度的楔形裂紋尖端，可避免由端部效應(yīng)形成平頭尖端，確保金屬管在高壓氣體作用下順利起裂。
[0008]作為優(yōu)選，所述殼體包含線型主體和位于線型主體兩端的“船”型端部，殼體線型段為長(zhǎng)方體等壁厚殼體，船型段為夾角型等壁厚殼體。
[0009]作為優(yōu)選，所述傳感器距金屬管管壁上部頂端距離大于1.5m。
[0010]一種上述的金屬管管壁尖端裂縫起裂裝置的起裂方法，包括以下步驟:
[0011](1)根據(jù)試驗(yàn)要求和高壓金屬管的材料及壁厚參數(shù)，以及裂縫的走向、長(zhǎng)度、寬度參數(shù)，確定爆破試驗(yàn)的管壁裂縫起裂位置；
[0012](2)選擇合適的切割裝置，以及相適應(yīng)的擴(kuò)爆藥和雷管并確定炸高器炸高參數(shù)；
[0013](3)高壓金屬管表面處理，作出裂縫起裂位置的標(biāo)記，安裝固定支架，連接加壓裝置；
[0014](4)采用A類(lèi)空氣壓縮裝置加壓，按IMPa作為臺(tái)階值、暫停加壓15分鐘，加壓至2Mpa，由于后續(xù)還要進(jìn)行敷設(shè)線路等操作，因此若一開(kāi)始安裝切割裝置會(huì)增大試驗(yàn)的安全隱患，同時(shí)影響安全進(jìn)度，2MPa時(shí)氣體加壓基本趨于穩(wěn)定，此時(shí)設(shè)置切割器相對(duì)安全，后續(xù)的線路敷設(shè)工作完成后即撤離人員可最大限度的保證試驗(yàn)安全，安裝切割裝置和炸高器，裝填擴(kuò)爆藥住和電雷管，并短接電雷管上；
[0015](5)設(shè)置起爆站和起爆電纜線，根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)程連接電纜線和電雷管；
[0016](6)采用A類(lèi)空氣壓縮裝置加壓，按0.5MPa作為臺(tái)階值、暫停加壓10分鐘，直至加壓到4MPa，然后采用B和C類(lèi)空氣壓縮裝置加壓，當(dāng)管內(nèi)壓力小于等于8MPa時(shí)，按0.5MPa作為臺(tái)階值、暫停加壓10分鐘，再加壓至8MPa ;當(dāng)管內(nèi)壓力大于8MPa時(shí)，按0.25MPa作為臺(tái)階值、暫停加壓10分鐘，直至加壓到目標(biāo)壓力值；
[0017](7)測(cè)試人員撤出安全距離以外，引爆切割裝置完成裂縫起裂。
[0018]在本發(fā)明中，所述止裂裝置有兩種，均為帶狀結(jié)構(gòu)，分別由玻璃纖維和碳纖維制成，具有高強(qiáng)度、高韌性的特點(diǎn)，試驗(yàn)中將兩類(lèi)止裂器用環(huán)氧樹(shù)脂均勻纏繞在切割裝置兩偵牝同一側(cè)于距切割裝置3m，8m處各纏一道相同材料的止裂裝置，以制止金屬管在高壓氣體作用下的裂紋擴(kuò)展過(guò)程。試驗(yàn)中傳感器包括管內(nèi)壓力傳感器、管內(nèi)熱電耦傳感器、管外時(shí)間探針單元和應(yīng)變計(jì)，用于測(cè)試金屬管在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中的壓力、溫度、速度、應(yīng)變等參數(shù)。所述切割裝置通過(guò)炸高器固定在管壁上，切割裝置包含殼體、位于殼體頂部的擴(kuò)爆藥、位于殼體內(nèi)部的主裝藥和藥型罩，所述殼體的兩側(cè)均設(shè)設(shè)置在型支撐板上，所述炸高器包含支撐件、固定支架和調(diào)節(jié)旋鈕，金屬管充壓前，根據(jù)切割裝置切割能力和金屬管材料、結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定最佳炸高，通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)整至相應(yīng)高度，以確保在金屬管表面形成適宜的均勻細(xì)長(zhǎng)裂紋，L型支撐板通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕與支撐件連接，支撐件與固定支架連接，在藥型罩的下方設(shè)有連接兩側(cè)L型支撐板的伸縮件。所述切割裝置為獨(dú)立設(shè)計(jì)的新型裝置，能形成與金屬管軸線呈不同角度夾角的尖端裂縫，有利于試驗(yàn)人員的靈活應(yīng)用和使用安全，可適應(yīng)不同的高壓輸氣金屬管試驗(yàn)要求。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的布局示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明中切割裝置的剖視圖；
[0021]圖3為本發(fā)明中切割裝置的安裝示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明中加壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明中藥型罩的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6為本發(fā)明中殼體的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1至圖6所示，本發(fā)明的一種金屬管1管壁尖端裂縫起裂裝置，包括位于管壁中心位置的切割裝置2、沿切割裝置2對(duì)稱(chēng)分布的止裂裝置3和分布在管壁上的若干個(gè)傳感器4，所述切割裝置2通過(guò)炸高器固定在管壁上，切割裝置2包含殼體6、位于殼體6頂部的擴(kuò)爆藥5、位于殼體6內(nèi)部的主裝藥7和藥型罩8，所述殼體6的兩側(cè)均設(shè)有L型支撐板，所述炸高器包含支撐件10、固定支架12和調(diào)節(jié)旋鈕9，L型支撐板通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕9與支撐件10上，支撐件10與固定支架12連接，在藥型罩8的下方設(shè)有連接兩側(cè)L型支撐板的伸縮件11。
[0026]如圖4所示，所述金屬管1與加壓裝置連通，所述加壓裝置包含將高壓氣體輸送到金屬管1的高壓氣體輸送管、A類(lèi)空氣壓縮裝置、B類(lèi)空氣壓縮裝置和C類(lèi)空氣壓縮裝置，所述高壓氣體輸送管通過(guò)一級(jí)閥19與金屬管1連通，所述A類(lèi)空氣壓縮裝置安裝在高壓氣體輸送管上，所述高壓氣體輸送管末端設(shè)有三通轉(zhuǎn)換器20，三通轉(zhuǎn)換器20分別與B類(lèi)空氣壓縮裝置和C類(lèi)空氣壓縮裝置連接。如圖5所示，藥型罩8包含線型主體和兩個(gè)“船”型端部，藥型罩8為鉛銻合金制成。所述傳感器4距金屬管1管壁上部頂端距離大于1.5m。
[0027]如圖4所示，所述A類(lèi)空氣壓縮裝置包括第一二級(jí)閥17、第一轉(zhuǎn)換接頭21和第一輸氣管18，所述第一輸氣管18通過(guò)第一轉(zhuǎn)換接頭21與第一二級(jí)閥17連接，第一二級(jí)閥17將第一輸氣管18與高壓氣體輸送管連通。所述B類(lèi)空氣壓縮裝置包括第二二級(jí)閥13、第二轉(zhuǎn)換接頭和第二輸氣管14，所述第二輸氣管14通過(guò)第二轉(zhuǎn)換接頭與第二二級(jí)閥13連接，第二二級(jí)閥13將第二輸氣管14與三通轉(zhuǎn)換器20連通。所述C類(lèi)空氣壓縮裝置包括第三二級(jí)閥15、第三轉(zhuǎn)換接頭和第三輸氣管16，所述第三輸氣管16通過(guò)第三轉(zhuǎn)換接頭與第三二級(jí)閥15連接，第三二級(jí)閥15將第三輸氣管16與三通轉(zhuǎn)換器20連通。
[0028]實(shí)施例1:
[0029](1)如圖1，針對(duì)X70金屬管開(kāi)展氣壓爆破試驗(yàn)。試驗(yàn)金屬管1的長(zhǎng)度10.5m，壁厚1.46cm，口徑1.016m。根據(jù)試驗(yàn)要求和高壓金屬管的材料及壁厚參數(shù)，確定沿金屬管軸向形成的管壁裂縫參數(shù)應(yīng)滿足長(zhǎng)30cm、寬3mm和裂縫尖端角10°，爆破試驗(yàn)的管壁裂縫起裂位置如圖1所示，切割裝置2位于測(cè)試段中心金屬管1管壁上部表面，距最近的傳感器4距離大于1.5m ；
[0030](2)選擇截面如圖2所示的線型聚能切割裝置，該裝置由線型聚能切割器和可調(diào)節(jié)炸高器兩個(gè)組元組成；切割器組元包括藥型罩8、擴(kuò)爆藥5、主裝藥7、外殼6三部分，炸高器組元包括支撐件9、調(diào)節(jié)旋鈕10、伸縮件11三部分；藥型罩8與殼體6相連，由一個(gè)線型主體部分(線型段)和兩個(gè)“船”型端部(船型段)構(gòu)成，均選用鉛銻合金制成。藥型罩線型段為楔形變壁厚金屬藥型罩，船型段為夾角型變壁厚金屬藥型罩，線型段藥型罩底部口寬22.5mm，開(kāi)口角度110°