CN102506804A - 试验管中部2d长度横截面的转角测量装置及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种试验管中部2D长度横截面的转角测量装置及其测量方法，属于石油天然气领域。所述测量装置包括支撑件、第一至第三传感器安装板、第一至第二位移传感器、控制系统及计算机数据采集与分析系统，本发明实施例所述转角测量装置的测量模型结构简单、测量结果准确的优点；所述转角测量装置安装方便，测量装置可重复使用。本发明实施例所述测量方法，易于操作，具有测量成本低的优点。本发明实施例所述测量原理及测量方法可适用于不同直径、壁厚的高压、高钢级钢管管，特别是实用于模拟高压、大口径、大壁厚、高钢级油气输送管承受实际服役载荷状态，测量试验管弯曲变形试验时中部2D长度横截面的转角。

Description

试验管中部2D长度横截面的转角测量装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种钢管试验用测量装置及测量方法，特别涉及试验管中部2D长度横截面的转角测量装置及其测量方法。
背景技术
在钢管管弯曲变形试验中，试验管直径、壁厚变化范围很大，为了使试验结果具有可比性，多年的研究结论证明，评价试验管抗弯曲能力的重要指标为：试验管中部2倍直径长度所在横截面的转角大小，即横截面转角是评价试验管抗弯曲变形能力的重要依据。
但是，由于试验管在弯曲变形过程中，不仅有弯曲变形，而且在水平面内有平面运动，故很难找到测量横截面转角的测量基准，没有测量基准作参考，转角测量就无法实施。
目前国内尚无钢管管弯曲大变形试验系统，针对对试验管中部2D长度横截面的转角测量更是缺乏经验。国外也无相关经验，横截面转角测量也是亟待解决的难题。
发明内容
为了解决现有技术中针对试验管弯曲变形试验时中部2D长度横截面的转角测量，由于缺少合适的测量装置，而导致的测量不准确或测量无法实施的问题，本发明实施例提供了一种试验管中部2D长度横截面的转角测量装置及其测量方法，所述方法需要具备测量简便的优点，所述测量装置需要具备测量模型简单、测量成本低及安装方便的优点，并且所述测量方法及测量装置均应适用于不同直径、壁厚的高压、高钢级钢管管的测量，所述技术方案如下：
一种试验管中部2D长度横截面的转角测量装置，所述测量装置包括支撑件、第一至第三传感器安装板、第一至第二位移传感器、控制系统及计算机数据采集与分析系统，
所述支撑件的一端沿其径向插接着第一传感器安装板，所述第一位移传感器安装板与所述支撑件形成第一测量臂；
所述支撑件的另一端沿其径向插接着所述第二传感器安装板及所述第三传感器安装板，所述第二传感器安装2、所述第三传感器安装板及所述支撑件形成第二测量臂；
其中，所述第一测量臂与第二测量臂之间的距离为所述试验管中部2D长度；
所述第二传感器安装板2及所述第三传感器安装板之间形成间隙，所述间隙内安装着所述第一位移传感器和所述第二位移传感器，且所述第一位移传感器和所述第二位移传感器对称布置在所述支撑件的两侧；
所述第一位移传感器和所述第二位移传感器分别与所述控制系统相连，并通过所述控制系统控制动作，所述控制系统于所述计算机数据采集与分析系统相连，通过所述第一位移传感器和所述第二位移传感器测量所述支撑件的位移量并发出电信号，所述电信号经所述控制系统传送给所述计算机数据采集与分析系统，由于所述计算机数据采集与分析系统进行记录、处理、分析及输出打印，得到所述试验管中部2D长度横截面的转角值。
具体地，作为优选，所述第一位移传感器和所述第二位移传感器均为拉线式位移传感器。
本发明实施例还提供了一种用于所述试验管中部2D长度横截面的转角测量装置的测量方法，所述测量方法按照如下步骤操作：
步骤1，按试验要求制备试验管，
具体将制备好的试验管和连接法兰进行用焊接连接，对焊接好的试验管进行无损探伤检查，合格后，进行静水压试验，检验合格后，进行下一操作；
步骤2，将所述试验管安装到试验加载系统，
具体吊装所述试验管到试验机械加载系统上，调整安装精度，定位后把紧高强度螺栓组；
步骤3，在所述试验管上安装所述转角测量装置，
具体将所述转角测量装置固定安装在所述试验管上，使所述转角测量装置中的所述支撑件的中心线与所述试验管的中线线保持平行，并使所述转角测量装置中的第一测量臂及第二测量臂对准所述试验管中部2D长度；
步骤4，按所述试验管弯曲试验要求加载进行试验，随所述试验管的弯曲变形，所述第一及第二测量臂也随截面发生转动，所述第一和第二位移传感器因位移改变而发出电信号，电信号经所述控制系统后输出到所述计算机数据采集与分析系统，所述计算机数据采集与分析系统按要求进行记录、处理、分析及输出打印，最终得到所述试验管中部2D长度横截面的转角值。
更具体地，所述步骤4中的所述试验管中部2D长度横截面的转角值，具体按照下述公式计算，
A(t)＝Sin-1({[L1(t)-L1(0)]/2-[L2(t)-L2(0)]/2}/L0)，其中，第一位移传感器对应第一测点，第二位移传感器对应第二测点，
L0表示第二测量臂上第一测点与第二测点之间的距离；
L1(0)表示试验管在未发生弯曲前，所述两个测量臂上相对应第一测点之间的距离；
L1(t)表示试验管在弯曲后，所述两个测量臂上相对应第一测点之间的距离；
L2(0)表示试验管在未发生弯曲前，所述两个测量臂上相对应第二测点之间的距离；
L2(t)表示试验管在弯曲后，所述两个测量臂上相对应第二测点之间的距离；
A(t)表示横截面的转角。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例所述试验管中部2D长度横截面转角测量装置的测量模型结构简单、测量结果准确的优点；所述转角测量装置安装方便，测量装置可重复使用。
本发明实施例所述测量方法，易于操作，具有测量成本低的优点。
本发明实施例所述测量原理及测量方法可适用于不同直径、壁厚的高压、高钢级钢管管，特别是实用于模拟高压、大口径、大壁厚、高钢级油气输送管承受实际服役载荷状态，测量试验管弯曲变形试验时中部2D长度横截面的转角。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1所述试验管中部2D长度横截面的转角测量装置的结构示意图；
图2是图1中所述转角测量装置的原理图。
图中，
10转角测量装置，
1第一传感器安装板，2第二传感器安装板，3第一位移传感器，4第二位移传感器，5第三传感器安装板，6支撑件，7控制系统，8计算机数据采集与分析系统，
20试验管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
一种试验管中部2D长度横截面的转角测量装置，所述测量装置包括支撑件6、第一至第三传感器安装板5、第一至第二位移传感器4、控制系统7及计算机数据采集与分析系统8，
所述支撑件6的一端沿其径向插接着第一传感器安装板1，所述第一传感器安装板1与所述支撑件6形成第一测量臂；
所述支撑件6的另一端沿其径向插接着所述第二传感器安装板2及所述第三传感器安装板5，所述第二传感器安装板2、所述第三传感器安装板5及所述支撑件6形成第二测量臂；
其中，所述第一测量臂与第二测量臂之间的距离为所述试验管20中部2D长度；
所述第二传感器安装板2及所述第三传感器安装板5之间形成间隙，所述间隙内安装着所述第一位移传感器3和所述第二位移传感器4，且所述第一位移传感器3和所述第二位移传感器4对称布置在所述支撑件6的两侧；
所述第一位移传感器3和所述第二位移传感器4分别与所述控制系统7相连，并通过所述控制系统7控制动作，所述控制系统7于所述计算机数据采集与分析系统8相连，通过所述第一位移传感器3和所述第二位移传感器4测量所述支撑件6的位移量并发出电信号，所述电信号经所述控制系统7传送给所述计算机数据采集与分析系统8，由于所述计算机数据采集与分析系统8进行记录、处理、分析及输出打印，得到所述试验管20中部2D长度横截面的转角值。
本发明所述试验管20中部2D长度横截面转角的测量原理：
本发明实施例中，第一传感器安装板1组成第一个测量臂，所述第一位移传感器3及第二移传感器通过第二传感器安装板2、第三传感器安装板5组成第二个测量臂，第一和第二测量臂通过焊接的方式沿试验管20径向安装在2D长度的试验管20截面上。当试验管20承受弯曲载荷，试验管20截面发生转动时，第一和第二测量臂也随截面发生转动。由于第一和第二测量臂在试验管20变形中不受外力的作用，所以第一和第二测量臂将与该截面一起转动而不会发生其他变形，这样就形成测量试验管20中部2D长度横截面转角的测量基准，在第一和第二测量臂的相同位置上选定两个个测点，两个个测点之间的距离作为测量转角的基准长度，在试验管20中心线所在水平面内测得两个测量臂上两个个相对测点之间的距离，就可以利用测量基准长度通过几何关系计算出横截面的转角。
由此可见，本发明实施例所述试验管20中部2D长度横截面转角测量装置的测量模型结构简单、测量结果准确的优点；所述转角测量装置安装方便，测量装置可重复使用。
本发明实施例所述测量原理及测量方法可适用于不同直径、壁厚的高压、高钢级钢管管，特别是实用于模拟高压、大口径、大壁厚、高钢级油气输送管承受实际服役载荷状态，测量试验管20弯曲变形试验时中部2D长度横截面的转角。
由于拉线式位移传感器具有重量轻，测量范围大，测量精度高，稳定性好，安装方便的特点，并且其中的拉线具有自张紧作用，在试验管20弯曲后拉线不会发生弯曲变形等优点，就成为测量横截面转角的理想工具。
具体地，作为优选，所述第一位移传感器3和所述第二位移传感器4均为拉线式位移传感器。
实施例2
本发明实施例还提供了一种用于所述试验管中部2D长度横截面的转角测量装置的测量方法，所述测量方法按照如下步骤操作：
步骤1，按试验要求制备试验管20，
具体将制备好的试验管20和连接法兰进行用焊接连接，对焊接好的试验管20进行无损探伤检查，合格后，进行静水压试验，检验合格后，进行下一操作；
步骤2，将所述试验管20安装到试验加载系统，
具体吊装所述试验管20到试验机械加载系统上，调整安装精度，定位后把紧高强度螺栓组；
步骤3，在所述试验管20上安装所述转角测量装置10，
具体将所述转角测量装置10固定安装在所述试验管20上，使所述转角测量装置10中的所述支撑件6的中心线与所述试验管20的中线线保持平行，并使所述转角测量装置10中的第一测量臂及第二测量臂对准所述试验管20中部2D长度；
具体地，本步骤中还包括将第一和第二位移传感器3、4调整好进入测量状态的步骤，调整好的概念是位移量程归零，例如，当传感器第一和第二位移传感器3、4采用拉线式传感器时，使拉线式传感器的拉线紧绷，量程归零，即为调整好；
具体地，本步骤中，可以根据试验管20的直径选择相对应的传感器安装板，使传感器安装板的底面弧度符合试验管20外形；
步骤4，按所述试验管20弯曲试验要求加载进行试验，随所述试验管20的弯曲变形，所述第一及第二测量臂也随截面发生转动，所述第一和第二位移传感器3、4因位移改变而发出电信号，电信号经所述控制系统7后输出到所述计算机数据采集与分析系统8，所述计算机数据采集与分析系统8按要求进行记录、处理、分析及输出打印，最终得到所述试验管20中部2D长度横截面的转角值。
本发明实施例所述测量方法，易于操作，具有测量成本低的优点。
更具体地，所述步骤4中的所述试验管20中部2D长度横截面的转角值，具体按照下述公式计算，
A(t)＝Sin-1({[L1(t)-L1(0)]/2-[L2(t)-L2(0)]/2}/L0)，其中，第一位移传感器3对应第一测点，第二位移传感器4对应第二测点，
参见图2所示，其中，实线表示弯曲变形前的测量装置及试验管20，点化线表示弯曲变形后的测量装置及试验管20，
B表示测量臂的测量位置；
C表示测量臂的与原始位置；
D表示试验管20的外部直径mm；
2D表示两倍试验管20的外部直径的长度，单位mm；
L表示测量臂长度，单位mm；
L0表示第二测量臂上第一测点与第二测点之间的距离(测量基准长度，单位mm)，用图例表示，例如，如图1所示，L0表示第一位移传感器3与第二位移传感器4的中心距离；
L1(0)表示试验管20在未发生弯曲前，所述两个测量臂上相对应第一测点之间的距离，单位mm，用图例表示，例如，如图1所示，当第一位移传感器3与第二位移传感器4均为拉线式传感器时，并且试验管20在未发生弯曲前，由第一位移传感器3拉出一条线沿支撑件6至第一传感器安装板1，该线段的长度即为L1(0)；
L1(t)表示试验管20在弯曲后，所述两个测量臂上相对应第一测点之间的距离，单位mm，用图例表示，例如，如图1所示，当第一位移传感器3与第二位移传感器4均为拉线式传感器时，并且试验管20在弯曲后，由第一位移传感器3拉出一条线沿支撑件6至第一传感器安装板1，该线段的长度即为L1(0)；
L2(0)表示试验管20在未发生弯曲前，所述两个测量臂上相对应第二测点之间的距离，单位mm，用图例表示，例如，如图1所示，当第一位移传感器3与第二位移传感器4均为拉线式传感器时，并且试验管20未发生弯曲前，由第二位移传感器4拉出一条线沿支撑件6至第一传感器安装板1，该线段的长度即为L1(0)；
L2(t)表示试验管20在弯曲后，所述两个测量臂上相对应第二测点之间的距离，单位mm；用图例表示，例如，如图1所示，当第一位移传感器3与第二位移传感器4均为拉线式传感器时，并且试验管20在弯曲后，由第二位移传感器4拉出一条线沿支撑件6至第一传感器安装板1，该线段的长度即为L1(0)；
A(t)表示横截面的转角，单位度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种试验管中部2D长度横截面的转角测量装置，其特征在于，所述测量装置包括支撑件、第一至第三传感器安装板、第一至第二位移传感器、控制系统及计算机数据采集与分析系统，
所述支撑件的一端沿其径向插接着第一传感器安装板，所述第一传感器安装板与所述支撑件形成第一测量臂；
所述支撑件的另一端沿其径向插接着所述第二传感器安装板及所述第三传感器安装板，所述第二传感器安装板、所述第三传感器安装板及所述支撑件形成第二测量臂；
其中，所述第一测量臂与第二测量臂之间的距离为所述试验管中部2D长度；
所述第二传感器安装板及所述第三传感器安装板之间形成间隙，所述间隙内安装着所述第一位移传感器和所述第二位移传感器，且所述第一位移传感器和所述第二位移传感器对称布置在所述支撑件的两侧；
所述第一位移传感器和所述第二位移传感器分别与所述控制系统相连，并通过所述控制系统控制动作，所述控制系统于所述计算机数据采集与分析系统相连，通过所述第一位移传感器和所述第二位移传感器测量所述支撑件的位移量并发出电信号，所述电信号经所述控制系统传送给所述计算机数据采集与分析系统，由于所述计算机数据采集与分析系统进行记录、处理、分析及输出打印，得到所述试验管中部2D长度横截面的转角值。
2.如权利要求1所述的试验管中部2D长度横截面的转角测量装置，其特征在于，所述第一位移传感器和所述第二位移传感器均为拉线式位移传感器。
3.用于权利要求1或2所述试验管中部2D长度横截面的转角测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量方法按照如下步骤操作：
步骤1，按试验要求制备试验管，
具体将制备好的试验管和连接法兰进行用焊接连接，对焊接好的试验管进行无损探伤检查，合格后，进行静水压试验，检验合格后，进行下一操作；
步骤2，将所述试验管安装到试验加载系统，
具体吊装所述试验管到试验机械加载系统上，调整安装精度，定位后把紧高强度螺栓组；
步骤3，在所述试验管上安装所述转角测量装置，
具体将所述转角测量装置固定安装在所述试验管上，使所述转角测量装置中的所述支撑件的中心线与所述试验管的中线线保持平行，并使所述转角测量装置中的第一测量臂及第二测量臂对准所述试验管中部2D长度；
步骤4，按所述试验管弯曲试验要求加载进行试验，随所述试验管的弯曲变形，所述第一及第二测量臂也随截面发生转动，所述第一和第二位移传感器因位移改变而发出电信号，电信号经所述控制系统后输出到所述计算机数据采集与分析系统，所述计算机数据采集与分析系统按要求进行记录、处理、分析及输出打印，最终得到所述试验管中部2D长度横截面的转角值。
4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述步骤4中的所述试验管中部2D长度横截面的转角值，具体按照下述公式计算，
A(t)＝Sin-1({[L1(t)-L1(0)]/2-[L2(t)-L2(0)]/2}/L0)，其中，第一位移传感器对应第一测点，第二位移传感器对应第二测点，
L0表示第二测量臂上第一测点与第二测点之间的距离；
L1(0)表示试验管在未发生弯曲前，所述两个测量臂上相对应第一测点之间的距离；
L1(t)表示试验管在弯曲后，所述两个测量臂上相对应第一测点之间的距离；
L2(0)表示试验管在未发生弯曲前，所述两个测量臂上相对应第二测点之间的距离；
L2(t)表示试验管在弯曲后，所述两个测量臂上相对应第二测点之间的距离；
A(t)表示横截面的转角。
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