CN102539261A

CN102539261A - 一种钢管弯曲变形试验系统

Info

Publication number: CN102539261A
Application number: CN2011104466261A
Authority: CN
Inventors: 吉玲康; 李彦峰; 陈宏远; 邹海萍; 冯耀荣; 左水利; 宫少涛; 杨勇鸣; 黄呈帅
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Tubular Goods Research Institute; China National Heavy Machinery Research Institute Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Tubular Goods Research Institute; China National Heavy Machinery Research Institute Co Ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: CN102539261B

Abstract

本发明涉及一种钢管轴向弯曲变形试验系统，包括：油缸(1)、液压系统(2)、压力传感器(3)、水压系统(4)、移动侧力臂(5)、试验钢管(6)、应变计(7)、试验管中部2D长度位置转角测量装置(8)、拉线式位移传感器(I)(9)、过渡环(10)、连接法兰(11)、固定侧力臂(12)、试验管管端转角测量装置(13)、拉线式位移传感器(II)(14)、调整节(15)、承力梁(16)、控制系统(17)、计算机数据采集与处理系统(18)、应力应变测量系统(19)、拉线式位移传感器(III)(20)；本试验系统能模拟输送管承受的实际服役载荷，进行不同直径、壁厚、长度的试验管的测量试验，准确、可靠、便捷。

Description

一种钢管弯曲变形试验系统

技术领域

本发明涉及一种钢管弯曲变形试验系统。

背景技术

目前国际上具有类似试验能力的机构有英国焊接研究所TWI，加拿大C-FER公司等研究机构。其中TWI的整管弯曲试验系统采用了四点弯曲的设备构造，通过两个支撑点对钢管施加弯矩；而加拿大C-FER则是在一台大型立式拉伸机的基础上，加装力臂对钢管施加弯矩。前者具有载荷大，试验能力强的优点，但是四点弯曲的试验形式容易引起钢管的局部变形。后者的虽然不存在局部变形的问题，但是由于试验设备受到大型拉伸机的空间限制，试验管过短，难以施加足够的弯矩，并且往往要附带有很强的轴向压缩载荷。他们都不能获得理想的弯曲变形试验条件。

本发明通过采用卧式设备结构，解决了设备试验能力的问题。使用双力臂加载，并且力臂足够长，可以获得充分的弯曲载荷。从而成为一种相对理想的全尺寸弯曲试验设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢管弯曲变形试验系统。能可靠、方便、准确地测量出试验钢管在承受弯曲载荷下的压力-位移、压力-转角及应力-应变的实时情况。

本发明所述的钢管弯曲变形试验系统由油缸1、液压系统2、压力传感器3、水压系统4、移动侧力臂5、试验管6、应变计7、试验管中部2D长度位置转角测量装置8、拉线式位移传感器(I)9、过渡环10、连接法兰11、固定侧力臂12、试验管端转角测量装置13、拉线式位移传感器(II)14、调整节15、承力梁16、控制系统17、计算机数据采集与处理系统18、应力应变测量系统19、拉线式位移传感器(III)20构成；

采用四根承力梁16承力结构，固定侧力臂12和移动侧力臂5加载，单油缸1驱动，试验管6水平放置结构；

固定侧力臂12通过轴与上轴座、下轴座连结在一起；上轴座、下轴座与四个H型钢的承力梁16连结在一起；移动侧力臂移动时，固定侧力臂围绕着轴旋转；

移动侧力臂的力臂上盖通过4个销轴固定在移动侧力臂5上，芯轴通过前支撑和力臂上盖与移动侧力臂连接；移动侧力臂通过芯轴与上轴承座、下轴承座连接；在下轴承座上安装有滚轮装置；在油缸推动移动侧力臂移动时，滚轮装置在下两个H型钢面上滚动，上轴承座沿着上两个H型钢的滑动面上滑动，同时下轴承座沿着下两个H型钢的滑动面上滑动；

油缸1通过油缸上支架、下支架固定到基础支撑上；通过油顶头及压板将油缸连接到移动侧力臂上；通过安装在移动侧力臂上的4个键对油缸的伸出端进行Y方向定位，避免因伸出端太长引起油缸头下垂；在油缸的头部和中部用油缸支架将其固定到基础支撑上；

调整节15设置在承力梁16上；应变计7、试验管中部2D长度位置转角测量装置8、拉线式位移传感器(I)9设置在试验管6上；过渡环10、连接法兰11设置在试验管6两端，与移动侧力臂和固定侧力臂连接；试验管端转角测量装置13、拉线式位移传感器(II)14设置在固定侧力臂和承力梁16连接处；拉线式位移传感器(III)20设置在油缸与移动侧力臂连接处。

本发明试验系统可同时对试验管段加载内压及弯矩载荷，通过水压系统4对试验管段内部加载12MPa内压，并在试验管弯曲变形试验过程中保持恒定压力不变。通过固定侧力臂12、移动侧力臂5、承力梁16、油缸1等部件对试验管施加弯曲载荷，并使它们组成一个封闭的受力系统。液压系统2控制油缸1对移动侧力臂施加机械加载，使试验管6承受弯曲载荷。加载速率及载荷大小由计算机控制系统17进行自动控制。加载载荷具有全程不分档的特点。通过可精确控制加载力大小及速率的台阶式加载方式，实现加载-测量的反复循环过程。系统能实现位移控制加载及负荷控制加载方式。

本发明试验系统能模拟油气输送管承受的实际服役载荷，通过选用不同的连接法兰11、变化调整节15个数及选用不同规格尺寸的过渡环10可方便地完成不同直径和长度试验管的试验。能实现对直径508～1219mm、最大壁厚22mm、长度6～10m、材质为X70～X100钢管的压缩-弯曲变形试验。

本发明试验系统的测量系统能实现四组参数的直接测量，通过采集与处理压力传感器3、拉线式位移传感器(III)20的输出实现载荷-位移的实时测量；通过采集与处理应变计7和应力应变测量系统19的输出实现试验管应力-应变分布的实时测量；通过采集与处理拉线式位移传感器(I)9的输出实现载荷-试验管中部2D长度位置转角的实时测量；通过采集与处理拉线式位移传感器(II)14的输出实现载荷-试验管管端转角的实时测量；测量系统能实现自动控制、实时监测和自动测量。测量系统稳定性好、精度高。

本发明试验系统的数据采集、处理及显示方式：油气输送管弯曲变形试验系统的传感器输出通过控制系统17的相关模块后输出到计算机数据采集与分析系统18，计算机数据采集与分析系统18按要求进行记录、处理、分析。

试验数据能实现计算机自动控制采集、存取、处理并能实现实时显示，打印试验结果和曲线。数据采集及处理系统具有良好兼容性好，界面好，易于操作。可以根据已记录数据绘制出二维、三维曲线，并具有查询历史数据及相对应的参数曲线功能。

为保证试验系统安全、可靠地使用，本发明试验系统的控制系统17具有：超载、限位、超温、超电压及油污自动报警等多种保护功能。

发明的效果

本发明试验系统的建立，提供了一种研究高压、大口径、大壁厚、高钢级的石油天然气输送管抗弯曲载荷性能的手段。能进行不同直径、壁厚、长度的试验管的测量试验。试验系统能模拟输送管承受的实际服役载荷，准确、可靠、便捷地进行试验管抗变形能力和应变强化能力的试验研究工作。可实时采集、记录、显示载荷、位移、角度、应力应变等试验参数，对试验参数进行各种分析并能显示试验参数曲线，打印试验结果。

本试验新型试验系统能测量试验钢管在发生压缩-弯曲变形时，试验钢管应力应变分布情况，确定试验钢管屈曲失稳时的应变极限。评估压缩-弯曲负荷下钢管的抗屈曲变形能力。研究钢管弯曲负荷下的抗变形能力是进行管线的应变设计的基础，为管线应变设计工作提供理论依据，以提高管线设计和运行的安全可靠性，降低管线建设和运行的成本。根据大量的试验数据，可以总结、归纳，建立国内油气输送钢管质量评价体系。

附图说明

图1钢管弯曲变形试验系统结构示意图。

其中：1油缸、2液压系统、3压力传感器、4水压系统、5移动侧力臂、6试验管、7应变计、8试验管中部2D长度位置转角测量装置、9拉线式位移传感器(I)、10过渡环、11连接法兰、12固定侧力臂、13试验管端转角测量装置、14拉线式位移传感器(II)、15调整节、16承力梁、17控制系统、18计算机数据采集与处理系统、19应力应变测量系统、20拉线式位移传感器(III)

具体实施方式

根据试验管直径和长度，选择相对应的连接法兰、过渡环、调整节，调整好试验系统的试验管装夹系统。根据试验要求及目的制备试验管，包括试验管与过渡环及连接法兰的焊接、几何参数测量、布置测点、静态水压试验等，然后将制备好的试验管连接到加载力臂上。安装并调整好试验管管端转角测量装置及位移传感器、试验管中部2D长度位置转角测量装置及位移传感器，连接并调整好应力应变测量系统、油缸及位移传感器，准备进入试验阶段。

打开试验管注水系统对试验管进行注水、加压到试验要求并进行保压，工业计算机控制加载油缸按程序进行压缩-弯曲加载，模拟油气输送管在服役过程中承载情况。通过固定侧力臂、移动侧力臂、承力梁等部件对试验管施加压缩-弯曲载荷，并使它们组一个封闭的受力系统。加载速率及载荷大小由控制系统进行自动控制。通过可精确控制载荷大小及速率的台阶式加载方式，实现加载-测量的反复循环过程。系统能实现位移控制加载及负荷控制加载。在控制计算机上可实时观察、控制试验管在试验过程中的变形情况。

数据采集及处理系统完成整个变形过程的全部数据采集和记录，并可实时显示。试验完成后可在数据采集与处理计算机上进行试验结果的显示、分析和打印。根据试验要求获得压力-位移曲线、压力-转角曲线、应力-应变曲线等曲线。还可以得到试验管的变形规律、应力应变分布情况及试验管的机械性能等参数。

Claims

1.一种钢管轴向弯曲变形试验系统，包括：

油缸(1)、液压系统(2)、压力传感器(3)、水压系统(4)、移动侧力臂(5)、试验钢管(6)、应变计(7)、试验管中部2D长度位置转角测量装置(8)、拉线式位移传感器(I)(9)、过渡环(10)、连接法兰(11)、固定侧力臂(12)、试验管管端转角测量装置(13)、拉线式位移传感器(II)(14)、调整节(15)、承力梁(16)、控制系统(17)、计算机数据采集与处理系统(18)、应力应变测量系统(19)、拉线式位移传感器(III)(20)；其特征在于：

采用四根承力梁(16)承力结构，固定侧力臂装置(12)和移动侧力臂(5)加载，单油缸(1)驱动，试验管(6)水平放置结构；

固定侧力臂(12)通过轴与上轴座和下轴座连结在一起；上轴座、下轴座与四个H型钢的承力梁16连结在一起；移动侧力臂移动时，固定侧力臂围绕着轴旋转；

移动侧力臂的力臂上盖通过4个销轴固定在移动侧力臂(5上)，芯轴通过前支撑和力臂上盖与移动侧力臂连接；移动侧力臂通过芯轴与上轴承座、下轴承座连接；在下轴承座上安装有滚轮装置；在油缸推动移动侧力臂移动时，滚轮装置在下两个H型钢面上滚动，上轴承座沿着上两个H型钢的滑动面上滑动，同时下轴承座沿着下两个H型钢的滑动面上滑动；

油缸(1)通过油缸上支架和下支架固定到基础支撑上；通过油顶头及压板将油缸连接到移动侧力臂上；通过安装在移动侧力臂上的4个键对油缸的伸出端进行Y方向定位；

调整节(15)设置在承力梁(16)上；应变计(7)、试验管中部2D长度位置转角测量装置(8)、拉线式位移传感器I(9)设置在试验管(6)上；过渡环(10)、连接法兰(11)设置在试验管(6)两端，与移动侧力臂和固定侧力臂连接；试验管端转角测量装置(13)、拉线式位移传感器II(14)设置在固定侧力臂和承力梁(16)连接处；拉线式位移传感器III(20)设置在油缸与移动侧力臂连接处。

2.根据权利要求1所述的钢管轴向弯曲变形试验系统，其特征在于：

通过采集与处理压力传感器(3)、拉线式位移传感器III(20)的输出实现载荷-位移的实时测量；通过采集与处理应变计(7)和应力应变测量系统(19)的输出实现试验管应力-应变分布的实时测量；通过采集与处理拉线式位移传感器I(9)的输出实现载荷-试验管中部2D长度位置转角的实时测量；通过采集与处理拉线式位移传感器II(14)的输出实现载荷-试验管管端转角的实时测量。

3.根据权利要求1所述的钢管轴向弯曲变形试验系统，其特征在于：试验系统的数据采集、处理及显示方式：油气输送管弯曲变形试验系统的传感器输出通过控制系统(17)的相关模块后输出到计算机数据采集与分析系统(18)，计算机数据采集与分析系统(18)按要求进行记录、处理、分析。