CN106872121B - 一种圆形锈蚀充压管道的密封、冲击试验系统及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种圆形锈蚀充压管道的密封、冲击试验系统及实验方法，其试验系统包括：锈蚀试验管道、支座组件、充压组件、密封组件、落锤冲击组件、数据采集组件等。所述锈蚀试验管道固定在所述支座组件上，所述密封组件包括充压端密封组件和测量端密封组件，所述充压组件通过充压端密封组件和锈蚀试验管道一端连成整体，所述数据采集组件通过测量端密封组件和锈蚀试验管道另一端连成整体。该系统可实现外表面锈蚀管道的快速封堵、充压，有效避免锈蚀试验管道端部密封部位径向压应力不均匀导致的局部截面塌陷，并可通过实时检测内部压强变化量检测管道容积和形态变化。基于此系统进行的锈蚀管道冲击实验可为锈蚀后管道性能测试提供技术支持。

Description

一种圆形锈蚀充压管道的密封、冲击试验系统及实验方法

技术领域

本发明涉及锈蚀后管道充压、冲击试验领域，具体涉及一种圆形锈蚀充压管道的密封、冲击试验系统及实验方法。

背景技术

管道是海洋和陆地上长距离及核设施等高压容器间短距离输送高能、高压气体及液体的主要途径，成为现代工业流体输送的主动脉。管道表面常受到外部环境作用而发生不同程度锈蚀，并可能受到滚石、空中坠物等的撞击作用。管道经常受到表面材料锈蚀、内部压力和外部撞击的联合作用而引发失效，并因其灾难性的连锁反应，造成极大人员和财产损失。

不同锈蚀程度的管道内充压力后的抗冲击性能是衡量其可靠度的重要参数，是管网内部流体压力设计和使用寿命的重要参考指标。国内外已开展了一些管道内充压力介质的抗冲击性能实验研究，但由于管道表面锈蚀并内充高压后的封堵等技术难题，关于锈蚀管道内充压力后的抗冲击性能实验研究还未展开。

因此，当前此领域的发展需要一种可以实现表面锈蚀管道内充高压、可靠封堵并能精确测得管道受到撞击时内部压强、容积及外部形态变化的试验系统。

发明内容

为解决以上技术难题及满足本领域的发展，本发明提供了一种圆形锈蚀充压管道的密封、冲击试验系统及实验方法。

一种圆形锈蚀充压管道的密封、冲击试验系统，包括：锈蚀试验管道、支座组件、充压组件、密封组件、落锤冲击组件、数据采集组件等。所述支座组件固定在刚性底板上，所述锈蚀试验管道水平固定在所述支座组件上，所述落锤冲击组件位于锈蚀试验管道正上方，所述密封组件包括充压端密封组件和测量端密封组件，所述充压组件通过充压端密封组件和锈蚀试验管道一端连成整体，所述数据采集组件包括压强传感器、测速仪、高速摄相机、动态采集仪和计算机终端，所述压强传感器通过测量端密封组件和锈蚀试验管道另一端连成整体。

所述充压端密封组件包括1套密封卡套、1个止回阀和1套高压快速接头，所述测量端密封组件包括1套密封卡套、1个对丝和1套高压快速接头，所述高压快速接头进一步包括1个快接公头和1个快接母头。

所述充压组件包括气体充压机或液压泵站、控制系统与高压连接管，所述控制系统可设定目标充压水平并维持锈蚀试验管道内压强保持不变，所述高压连接管一端和气体充压机或液压泵站连接，另一端和充压端密封组件的快接母头连接。

所述密封卡套进一步包括1个卡套母头、1个密封卡环和1个卡套公头，所述密封卡环由内部橡胶密封圈和外部钢制卡环组成，整个密封卡环内径不变，外部钢制卡环从头部向底部带有一定坡度外径逐渐变大呈外锥面，底部向外突出后又缩回至初始外径，其头部边缘恰好可进入卡套公头内部，其整体底部可恰好放入卡套母头内部；所述内部橡胶密封圈外表面和外部钢制卡环内表面粘结，橡胶密封圈内径不变且和所述锈蚀试验管道外径一致。

当密封卡环底部放入卡套母头内部时，起主要密封作用的密封卡环，在起压紧作用的卡套公头、卡套母头旋转力的轴向作用下，沿卡套公头的内锥孔轴向移动，同时密封卡环头部在卡套公头反力的径向作用下产生径向收缩，消除了密封卡环与锈蚀试验管道外壁的间隙，从而实现密封卡环径向挤压锈蚀试验管道外壁形成径向挤压力并挤压橡胶密封圈发生变形填充锈蚀试验管道表面的锈蚀坑，进而实现对锈蚀试验管道的密封，并且橡胶密封圈可以有效避免锈蚀试验管道端部密封部位径向压应力不均匀导致的局部截面塌陷。

所述卡套公头内部中空、连通，外部一部分为六棱柱，六棱柱用于使用过程中扳手拧紧，六棱柱的内中空部分为带内螺纹圆孔；另一部分外壁加工外螺纹和卡套母头内螺纹配合、连接，内中空部分为从外向内内径逐渐变小的内锥孔并和密封卡环外锥面配合，密封卡环外锥面头部边缘恰好进入。

所述卡套母头一部分为中空六棱柱，六棱柱用于使用过程中扳手拧紧，内中空部分为内螺纹圆孔和卡套公头外螺纹配合、连接，中空部分用于卡环沿底部放入和管道穿过，卡套母头另一部分为中间留有圆孔的圆形挡板，管道恰好穿过圆孔进入卡套母头内部。

该技术方案的有益效果是，该密封卡套利用了原卡套式管接头卡套的机械抱紧优点，同时又采用了橡胶密封圈软密封良好的密封性能，从而实现了对表面锈蚀后管道密封和紧固两种功能。

所述锈蚀试验管道受冲击时，高速摄相机同步记录锈蚀试验管道外部形态变化，同时所述动态采集仪通过压强传感器采集锈蚀试验管道内部压强变化信号并根据恒温条件下的气体状态方程或液体状态方程公式分析锈蚀试验管道内部容积变化且同步保存并显示于所述计算机终端。

一种圆形锈蚀充压管道的密封、冲击试验系统的实验方法，包括以下步骤：

第一步，锈蚀试验管道一端用橡胶塞和胶带密封，从锈蚀试验管道另一端向管道内注满水，应用液体流量计测量所注水的体积即为锈蚀试验管道的初始容积V₀，随后清理橡胶塞、胶带及管道内的水；

第二步，将锈蚀试验管道两端各穿过一个卡套母头且其螺纹口方向与各自靠近的管口方向一致，随后锈蚀试验管道两端各穿过一个密封卡环且其头部方向与各自靠近的管口方向一致，然后两端各连接一个卡套公头，充压端顺次可靠连接止回阀和快接公头并将高压连接管一端和快接母头可靠连接，测量端顺次可靠连接对丝和快接公头并将压强传感器和快接母头可靠连接；

第三步，将密封好的锈蚀试验管道水平固定于支座组件上，并将高压连接管端部的快接母头和锈蚀试验管道充压端密封组件的快接公头连接，将连有压强传感器的快接母头和测量端密封组件的快接公头连接；

第四步，启动数据采集组件的计算机终端和连有压强传感器的动态采集仪，此时压强传感器开始采集锈蚀试验管道内部压强信号并实时显示于计算机终端；

第五步，打开充压端密封组件的止回阀，通过充压组件的控制系统设定目标充压水平并启动气体充压机或液压泵站开始充压，锈蚀试验管道内部压强达到目标压强后控制系统自动停止充压并维持锈蚀试验管道内压强不变，关闭止回阀，充压结束；

第六步，打开高速摄相机和测速仪，调节落锤冲击组件的落锤至目标高度，释放落锤，落锤完成对锈蚀试验管道的冲击，同时，测速仪实时记录落锤开始撞击锈蚀试验管道时刻的速度，压强传感器及高速摄相机实时记录、分析从落锤开始接触锈蚀试验管道至冲击结束整个过程内部压强变化及外部形态变化，并根据恒温条件下的气体状态方程或液体状态方程将锈蚀试验管道内部容积变化实时保存并显示于计算机终端；

第七步，打印输出试验数据，关闭设备，拆卸冲击后的锈蚀试验管道。

本发明的有益效果是可以实现对外表面锈蚀管道内充高压、可靠封堵且能将精确测得的管道受冲击时内部压强、容积及外部形态的变化实时保存并显示于计算机终端，较为直观，为实验分析锈蚀后管道内充压力状态下的抗冲击性能提供了可能。基于此系统进行的锈蚀管道实验可为今后锈蚀后管道性能测试和加固修复提供技术支持。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为本发明的充压端密封组件示意图；

图3为本发明的测量端密封组件示意图；

图4为本发明的密封卡套示意图；

图5为本发明的密封卡环示意图。

图中的标号为：1、支座组件；2、地锚；3、锈蚀试验管道；4、气体充压机或液压泵站及控制系统；5、高压连接管；6、充压端密封组件；7、测量端密封组件；8、数据传输线；9、动态采集仪；10、计算机终端；11、高速摄相机；12、落锤冲击组件；13、快接母头；14、快接公头；15、止回阀；16、卡套公头；17、密封卡环；18、卡套母头；19、对丝；20、压强传感器；21、测速仪；171、钢制卡环；172、橡胶密封圈。

具体实施方式

为使本发明的技术手段易于理解，以下结合附图说明本发明的具体实施过程。在下列说明中，不详尽说明公知的结构和功能。

如图1至图5所示，所述支座组件1通过地锚2固定在刚性底板上。

所述充压组件包括气体充压机或液压泵站及控制系统4与高压连接管5，所述高压连接管5两端带有连接接头，一端和气体充压机或液压泵站连接，另一端和充压端密封组件6的快接母头连接。

所述充压端密封组件6由1组密封卡套、1个止回阀15和1套高压快速接头顺次连接组成，所述测量端密封组件7由1套密封卡套、1个对丝19和1套高压快速接头顺次连接组成，所述密封卡套进一步包括1个卡套母头18、1个密封卡环17和1个卡套公头16，所述高压快速接头进一步包括1个快接公头14和1个快接母头13。所述密封卡环17由外部钢制卡环171和内部橡胶密封圈172组成。

所述数据采集组件包括数据传输线8、动态采集仪9、高速摄相机11、测速仪21、压强传感器20和计算机终端10；所述压强传感器20一端和测量端密封组件7的快接母头可靠连接，另一端通过所述数据传输线和所述动态采集仪9通讯连接，所述动态采集仪9通过数据传输线和计算机终端通讯连接；所述高速摄相机11通过数据传输线和所述计算机终端通讯连接；所述测速仪21通过数据传输线和所述计算机终端通讯连接。

上述的一种圆形锈蚀充压管道的密封、冲击试验系统的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，锈蚀试验管道3一端用橡胶塞和胶带密封，从锈蚀试验管道另一端向管道内注满水，应用液体流量计测量所注水的体积即为锈蚀试验管道的初始容积V₀，随后清理橡胶塞、胶带及管道内的水；

第二步，将锈蚀试验管道3两端各穿过一个卡套母头18且其螺纹口方向与各自靠近的管口方向一致，随后锈蚀试验管道3两端各穿过一个密封卡环17且其头部方向与各自靠近的管口方向一致，然后两端各连接一个卡套公头，充压端顺次可靠连接止回阀15和快接公头并将高压连接管一端和快接母头可靠连接，测量端顺次可靠连接对丝19和快接公头并将压强传感器20和快接母头可靠连接；

第三步，将密封好的锈蚀试验管道水平固定于支座组件1上，并将高压连接管端部的快接母头和锈蚀试验管道充压端密封组件的快接公头连接，将连有压强传感器的快接母头和测量端密封组件的快接公头连接；

第四步，启动数据采集组件的计算机终端和连有压强传感器的动态采集仪，此时压强传感器开始采集锈蚀试验管道3内部压强信号并实时显示于计算机终端；

第五步，打开充压端密封组件的止回阀15，通过充压组件的控制系统设定目标充压水平并启动气体充压机或液压泵站开始充压，锈蚀试验管道内部压强达到目标压强后控制系统自动停止充压并维持锈蚀试验管道内压强不变，关闭止回阀15，充压结束；

第六步，打开高速摄相机11和测速仪21，调节落锤冲击组件12的落锤至目标高度，释放落锤，实现对锈蚀试验管道3的冲击，同时，测速仪21实时记录落锤开始撞击锈蚀试验管道时刻的速度，压强传感器及高速摄相机实时记录、分析从落锤开始接触锈蚀试验管道至冲击结束整个过程内部压强变化信号及外部形态变化，并根据恒温条件下的气体状态方程（1）或液体状态方程（2）将锈蚀试验管道内部容积变化实时保存并显示于计算机终端10；

（1）

（2）

式中，

—锈蚀试验管道初始内部压强，由所述压强传感器及动态采集仪测得；

—锈蚀试验管道初始内部容积，由所述液体流量计测得；

—时刻锈蚀试验管道内部压强，由所述压强传感器及动态采集仪测得；

—时刻锈蚀试验管道内部容积；

—均为温度的函数，查阅工具书可得。

第七步，打印输出试验数据，关闭设备，拆卸冲击后的锈蚀试验管道。

以上所述，仅用于说明本发明而不用于限定本发明的范围，在不脱离权利要求书所限定精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种圆形锈蚀充压管道的密封、冲击试验系统，包括：支座组件、充压组件、密封组件、数据采集组件、落锤冲击组件和锈蚀试验管道，其特征在于：所述支座组件固定在刚性底板上，所述锈蚀试验管道水平固定在所述支座组件上，所述落锤冲击组件位于锈蚀试验管道正上方，所述密封组件包括充压端密封组件和测量端密封组件，所述充压组件通过充压端密封组件和锈蚀试验管道一端连成整体，所述数据采集组件包括压强传感器、测速仪、高速摄相机、动态采集仪和计算机终端，所述压强传感器通过测量端密封组件和锈蚀试验管道另一端连成整体；

所述充压组件包括气体充压机或液压泵站及控制系统与高压连接管，所述控制系统可设定目标充压水平并维持管道内压力水平保持不变；

所述充压端密封组件包括密封卡套、止回阀和高压快速接头，所述测量端密封组件包括密封卡套、对丝和高压快速接头，所述密封卡套包括卡套公头、卡套母头和密封卡环，所述高压快速接头包括快接公头和快接母头；

所述密封卡环由内部橡胶密封圈和外部钢制卡环组成，整个密封卡环内径不变，外部钢制卡环从头部向底部带有一定坡度外径逐渐变大呈外锥面，底部向外突出后又缩回至初始外径，其头部边缘恰好可进入卡套公头内部，其整体底部可恰好放入卡套母头内部，所述内部橡胶密封圈外表面和外部钢制卡环内表面粘结，橡胶密封圈内径不变且和所述锈蚀试验管道外径一致；

所述锈蚀试验管道受冲击时，高速摄相机同步记录所述锈蚀试验管道外部形态变化，同时所述动态采集仪通过压强传感器采集锈蚀试验管道内部压强变化信号并根据气体状态方程或液体状态方程分析锈蚀试验管道内部容积变化并同步显示于所述计算机终端。

2.根据权利要求1所述的一种圆形锈蚀充压管道的密封、冲击试验系统的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，锈蚀试验管道一端用橡胶塞和胶带密封，从锈蚀试验管道另一端向管道内注满水，应用液体流量计测量所注水的体积即为锈蚀试验管道的初始容积V₀，随后清理橡胶塞、胶带及管道内的水；

第二步，将锈蚀试验管道两端各穿过一个卡套母头且其螺纹口方向与各自靠近的管口方向一致，随后锈蚀试验管道两端各穿过一个密封卡环且其头部方向与各自靠近的管口方向一致，然后两端各连接一个卡套公头，充压端顺次可靠连接止回阀和快接公头并将高压连接管一端和快接母头可靠连接，测量端顺次可靠连接对丝和快接公头并将压强传感器和快接母头可靠连接；

第三步，将密封好的锈蚀试验管道水平固定于支座组件上，并将高压连接管端部的快接母头和锈蚀试验管道充压端密封组件的快接公头连接，将连有压强传感器的快接母头和测量端密封组件的快接公头连接；

第四步，启动数据采集组件的计算机终端和连有压强传感器的动态采集仪，此时压强传感器开始采集锈蚀试验管道内部压强信号并实时显示于计算机终端；

第五步，打开充压端密封组件的止回阀，通过充压组件的控制系统设定目标充压水平并启动气体充压机或液压泵站开始充压，锈蚀试验管道内部压强达到目标压强后控制系统自动停止充压并维持试验管道内压强不变，关闭止回阀，充压结束；

第六步，打开高速摄相机和测速仪，调节落锤冲击组件的落锤至目标高度，释放落锤，落锤完成对锈蚀试验管道的冲击，同时，测速仪实时记录落锤开始撞击锈蚀试验管道时刻的速度，动态采集仪及高速摄相机实时记录、分析从落锤开始接触锈蚀试验管道至冲击结束整个过程内部压强变化及外部形态变化，并根据恒温条件下的气体状态方程或液体状态方程将锈蚀试验管道内部容积变化实时显示于计算机终端；

第七步，打印输出试验数据，关闭设备，拆卸冲击后的锈蚀试验管道。