CN106610359A - 一种管材全尺寸评价的四点弯曲试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管材全尺寸评价的四点弯曲试验装置，涉及工程管材及其配套构件的测试装置技术领域。现有技术的装置，在测试精度、载荷能力及试验安全性等方面难以满足工程需要。为克服现有技术存在的不足，本发明提供的技术方案是：一种管材全尺寸评价的四点弯曲试验装置，包括电动升降机、测力传感器、卡箍组件、拉线式位移传感器、连接位移传感器与试样的磁吸块、吊桥和连接吊桥与全尺寸评价试验机的吊耳。卡箍组件的球头连接形式，试验更贴近管材服役的真实工况，电动升降机作为弯曲载荷加载机构，支撑载荷大、安全平稳，加载数据精确；位移传感器代替应变片采集系统，提高了效率，节省了财力；本发明可满足工程技术的需要。

Description

一种管材全尺寸评价的四点弯曲试验装置

技术领域：

本发明涉及工程管材及其配套构件的测试装置技术领域，具体涉及一种油套管全尺寸评价四点弯曲试验装置。

背景技术：

定向井、大斜度井、水平井及稠油热采井等井况中，油套管可能会因受三维应力状态而发生弯曲，定向井、水平井0°～90°造斜段的弯曲度更大，为减少因油套管在井下发生弯曲失效而导致的油气井报废事故，下井前都会对管材进行带弯曲的实物评价试验。目前采用的弯曲试验在相关标准中有描述，很多检测结构根据标准要求设计了试验装置，但由于我国在油套管材全尺寸评价试验设备制造方面起步晚，所用的四点弯曲试验装置也为上个世纪90年代从国外引进的装备，在测试精度、试验功能等方面目前已不能完全满足试验要求。

中国专利局于2013年4月17日公开了公开号为CN 202886213 U的实用新型专利，其名称为一种石油管全尺寸弯曲试验装置，该专利由端部固定装置和弯曲载荷装置组成，端部固定装置包括端部固定座和连接端头，连接端头弯曲载荷装置连接。但是该方案存在缺陷：钢管发生弯曲变形时，承受载荷小、安全系数低，且加载数据不精确。

中国专利局于2013年9月18日公开了公开号为CN 103308397 A的发明专利，其名称为全尺寸金属复合管四点弯曲试验装置，该专利由底座、两个载荷支撑柱、被测金属复合管夹扣、两个加载油缸、控制器、传感器、应变片、应变仪构成，加载油缸的活塞端部与夹扣铰链，被测金属复合管夹扣设在载荷支撑柱上，这种结构可使钢管弯曲角度自行变化调节，并且被测金属复合管夹扣可相对载荷支撑柱纵向转动，夹扣可随管端角度变化自行调节。但是该方案存在缺陷：1、采用油缸加载，试验过程不稳定，弯曲度实际值会随轴向力、内压等载荷的变化而变化；2、应变片采集系统，效率低，成本高。

所以如何准确的测试管材在弯曲作用下的实物性能，评价不同弯曲度对管材实物性能的影响，对石油工程显得尤为重要。同时，准确测试出油套管材弯曲条件下的实物性能，对于提高油套管设计水平、使用安全及开发新型特殊螺纹接头管材、减少油田失效事故也有重要的意义。

发明内容：

为了克服上述不足，本发明的目的是提供一种管材全尺寸评价的四点弯试验装置，满足工程技术的需要。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：管材全尺寸评价四点弯曲试验装置，包括卡箍组件、测力传感器、电动升降机、升降机安装板、吊桥、吊耳、扣母、单耳、双耳、拉线式位移传感器和磁吸块；所述卡箍组件由上夹头、六角螺母、弹簧垫圈、平垫圈、六角螺栓、下夹头、压板、连接球头和沉头螺钉组成，上夹头和下夹头之间由六角螺栓连接，并且下夹头底部有与连接球头间隙配合的内球面，压板将连接球头与下夹头通过螺栓连接在一起；所述卡箍组件通过连接球头自带螺纹与测力传感器的上平面连接，测力传感器的下平面与电动升降机连接；所述电动升降机通过升降机安装板与吊桥通过螺栓连接；所述吊桥与吊耳连接，吊耳与双耳和单耳连接，单耳通过自带螺纹与扣母连接，扣母与试样连接；所述拉线式位移传感器底部自带磁铁，并通过自带磁铁与吊桥吸合至一起，拉线式位移传感器的线绳端与磁吸块连接，磁吸块吸合至试样上。

本发明具有的优点和效果：

1、提供了仿真的工况条件，可真实反映管材及其配套构件的情况，在向试样提供弯曲变形的支撑力的同时，上夹头和下夹头可通过连接球头随试样弯曲同步转动，避免了对试样施加附加载荷，试验过程更贴近管材服役的真实状况。

2、由电动升降机代替传统的油缸加载形式，弯曲加载过程有效支撑载荷大、安全平稳，加载数据精确，弯曲度目标值到后电动升降机停止，弯曲度不会随轴向力及压力等载荷的变化而变化。

3、该试验装置能理想地完成高钢级大壁厚油套管材的极限弯曲度实物评价试验，电动升降机的丝杠较传统油缸活塞杆能承受更大的由于试样弯曲而带来的侧向力，结实可靠，同时省去了提供动力的液压系统，既易维护又环保。

4、该试验装置将试样和弯曲试验装置形成一个自平衡系统，应力不能够传递到弯曲系统之外，保证了试样在弯曲试验时受力的均匀性，避免了将弯曲载荷传到承力底座上，保护了设备的同时提高了设备整体精度。

附图说明：

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

图1为发明的整体结构主视图。

图2为发明的整体结构附视图。

图3为卡箍组件结构示意图。

附图标记说明如下：

整体结构标记说明

1.卡箍组件 2.测力传感器 3.电动升降机 4.升降机安装板 5.吊桥 6.吊耳 7.扣母 8.单耳 9.双耳 10.试样 11.拉线式位移传感器 12.磁吸块

卡箍组件结构标记说明

1-1.上夹头 1-2.六角螺母 1-3.弹簧垫圈 1-4.平垫圈 1-5.六角螺栓 1-6.下夹头 1-7.压板 1-8.连接球头 1-9.沉头螺钉

具体实施方式：

一种管材全尺寸评价的四点弯曲试验装置主要包括：卡箍组件1、测力传感器2、电动升降机3、吊桥5、吊耳6、扣母7、单耳8、双耳9、拉线式位移传感器11、磁吸块12。卡箍组件1主要包括上夹头1-1、六角螺母1-2、六角螺栓1-5、下夹头1-6、连接球头1-8、压板1-7和沉头螺钉1-9。

所述卡箍组件1通过连接球头1-8自带的螺纹与测力传感器2上平面连接，测力传感器2下平面通过传感器自带的内螺纹与电动升降机3连接，电动升降机3通过螺栓与升降机安装板4连接，升降机安装板4与吊桥5通过螺栓连接。

所述吊桥5通过销轴与吊耳6连接，吊耳6通过销轴与双耳9和单耳8连接，单耳8通过自带螺纹与扣母7连接，扣母7由上半体7-1和下半体7-2组成，与试样10连接，双耳9通过自带的螺纹可与全尺寸评价试验机轴向加载机构连接，双耳9也可空置，不与任何试验机连接。

所述拉线式位移传感器11底部自带磁铁，拉线式位移传感器11通过自带磁铁与吊桥5吸合至一起，拉线式位移传感器11的线绳端与磁吸块12连接，磁吸块12通过磁力吸合至试样10上。

所述吊桥5上平面上有均匀布置的螺栓孔，升降机安装板4上开有长孔，电动升降机3和卡箍组件1与升降机安装板4同时在吊桥上调整位置，实现两个卡箍组件1间距离的无极调整。

所述卡箍组件1可根据管径的大小通过六角螺母1-2调整上夹头1-1与下夹头1-6之间的间距，卡箍组件1可随其下端的连接球头1-8在±60°的球面内任意转动，实现试样10弯曲试验时的随动支撑。

试样10、吊耳6、单耳8、双耳9和吊桥5所组成的四连杆机构形成了一个自平衡系统，应力不能够传递到弯曲系统之外，保证了试样在弯曲试验时受力的均匀性，提高了试验精度

实施例1：

安装时，将卡箍组件1、测力传感器2、电动升降机3及升降机安装板4组装在一起，组成四点弯曲执行机构，再通过四点弯曲执行机构的升降机安装板4与吊桥5用螺栓连接，松开卡箍组件的六角螺母1-2，抽出六角螺栓1-5，移走上夹头1-1，启动电动升降机3，调整卡箍组件1的高度，待卡箍组件1的下夹头1-6与扣母7下半体7-2的高度一致时停止电动升降机3，将试样10平放至扣母7的下半体7-2和下夹头1-6上，用螺栓将扣母7上半体7-1与扣母7下半体7-2连接，再通过六角螺母1-2、弹簧垫圈1-3、平垫圈1-4、六角螺栓1-5将上夹头1-1与下夹头1-6进行连接，至此完成试样10的安装。

将拉线式位移传感器11放置到吊桥5上平面的中间位置，然后把拉线式位移传感器11的线绳端与磁吸块12连接，最后将磁吸块12吸合至试样10中部下方，至此完成拉线式位移传感器11连接工作。

启动电动升降机3，卡箍组件加持着试样10升降，下夹头1-6通过连接球头1-8自动随试样10的弯曲变形调整支撑方向，通过计算机采集拉线式位移传感器11的位移量可以测得试样的弯曲度，通过计算机测力传感器2的数值可以测得四点弯曲的作用力，实现四点弯曲试验的加载与测量。

试验结束，通过调整电动升降机3，使被测试样10至自然高度，卸下扣母7上半体7-1及卡箍组件1的上夹头1-1，取出被测试样10。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (6)

1.一种管材全尺寸评价的四点弯曲试验装置，其特征是：所述弯曲试验装置包括卡箍组件(1)、测力传感器(2)、电动升降机(3)、升降机安装板(4)、吊桥(5)、吊耳(6)、扣母(7)、单耳(8)、双耳(9)、拉线式位移传感器(11)、磁吸块(12)；所述卡箍组件(1)由上夹头(1-1)、六角螺母(1-2)、弹簧垫圈(1-3)、平垫圈(1-4)、六角螺栓(1-5)、下夹头(1-6)、压板(1-7)、连接球头(1-8)和沉头螺钉(1-9)组成，上夹头(1-1)和下夹头(1-6)之间由六角螺栓(1-5)连接，并且下夹头(1-6)底部有与连接球头(1-8)间隙配合的内球面，压板(1-7)将连接球头(1-8)与下夹头(1-6)通过螺栓连接在一起；所述卡箍组件(1)通过连接球头(1-8)自带螺纹与测力传感器(2)的上平面连接，测力传感器(2)的下平面与电动升降机(3)连接；所述电动升降机(3)通过升降机安装板(4)与吊桥(5)通过螺栓连接；所述吊桥(5)与吊耳(6)连接，吊耳(6)与双耳(9)和单耳(8)连接，单耳(8)通过自带螺纹与扣母(7)连接，扣母(7)与试样(10)连接；所述拉线式位移传感器(11)底部自带磁铁，并通过自带磁铁与吊桥(5)吸合至一起，拉线式位移传感器(11)的线绳端与磁吸块(12)连接，磁吸块(12)吸合至试样(10)上。

2.根据权利要求1所述管材全尺寸评价的四点弯曲试验装置，其特征是：上述吊桥(5)的上平面有均匀布置的螺栓孔，升降机安装板(4)上开有长孔，电动升降机(3)和卡箍组件(1)与升降机安装板(4)同时在吊桥上调整位置。

3.根据权利要求1所述管材全尺寸评价的四点弯曲试验装置，其特征是：所述拉线式位移传感器(11)放置到吊桥(5)的上平面的中间位置。

4.根据权利要求1所述管材全尺寸评价的四点弯曲试验装置，其特征是：所述双耳(9)自带螺纹，并通过自带螺纹与全尺寸评价试验机轴向加载机构连接，或不与任何试验机连接。

5.根据权利要求1所述管材全尺寸评价的四点弯曲试验装置，其特征是：所述卡箍组件(1)根据管径的大小通过六角螺母(1-2)调整上夹头(1-1)与下夹头(1-6)之间的间距，并且卡箍组件(1)随其下端的连接球头(1-8)在±60°的球面内任意转动。

6.根据权利要求1所述一种管材全尺寸评价的四点弯曲试验装置，其特征是：试样(10)、吊耳(6)、单耳(8)、双耳(9)和吊桥(5)所组成的四连杆机构形成了一个自平衡系统。