CN106991874B - 一种针对内外流的多悬跨穿越河流输油管道力学实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对内外流的多悬跨穿越河流输油管道力学实验装置，它包括支撑台，支撑台上设有高位水箱和弧形的轨道，支撑台的右侧设有水池，高位水箱上设有出水口，轨道的左端位于出水口的正下方，轨道的右端位于水池内腔中，水池内设有支架，支架上安装有管道，管道上设有应变片。本发明考虑到了洪水中含有的泥沙、石子和管道内流体的运动，可对不同裸露程度以及类似“多跨梁”的管道进行模拟试验。

Description

一种针对内外流的多悬跨穿越河流输油管道力学实验装置

技术领域

本发明涉及输油管道设计，具体涉及一种针对内外流的多悬跨穿越河流输油管道力学实验装置。

背景技术

输油管道是国家生命线工程的重要组成部分，是国家能源的大动脉，它的安全运营对国家经济发展的影响重大。由于各种原因的影响，现有管道设计规范在穿越河流管道设计方面存在着不足，需要对这一问题展开系统研究，其中实验研究是一个重要的方面，实验台架更是开展实验研究的保证。然而在大型穿越管道的实际问题中，洪水的流动速度和管道的裸露程度并不是一定的，特别是对不同裸露程度管道的试验测试，难度较大，管道周围的土壤可能随洪水一起流走，这样管道裸露程度就发生了变化，管道振动情况会根据裸露程度变化，从而其受力也会发生改变。

实际水流冲击管道7时，经常会产生“多跨”现象，如图3所示，管道7下部泥沙有水流全部冲走，形成“单跨梁”形式，如图4所示，管道7两端的泥沙由水流冲走，两端悬空，同时管道7中间的泥沙还未被冲走，形成“两跨”形式，如图5所示，管道7下有三处泥沙被冲走悬空，形成“三跨梁”形式。诸如此类情况，管道7部分悬空，部分仍包裹于泥沙内，悬空和被泥沙包裹部分的位置和面积不同，实际受力情况也不同。同时现有技术中缺乏合适的试验台架用来模拟洪水冲击不同状况下的工作受力情况，并且大多都没有考虑到实际洪水水中含有近乎等速运动泥沙、石子等杂质，模拟不精准。另外，现有技术的模拟实验中多忽略管道7内正在运输流体，模拟不够完全。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种针对内外流的多悬跨穿越河流输油管道力学实验装置，考虑到了洪水中含有的泥沙、石子和管道内流体的运动，可对不同裸露程度以及类似“多跨梁”的管道进行模拟试验。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种针对内外流的多悬跨穿越河流输油管道力学实验装置，它包括支撑台，所述支撑台上设有高位水箱和弧形的轨道，支撑台的右侧设有水池，所述高位水箱上设有出水口，所述轨道的左端位于出水口的正下方，轨道的右端位于水池内腔中，所述水池内设有支架，所述支架上安装有管道，所述管道上设有应变片。

进一步的，它还包括低位水箱，所述低位水箱上设有水泵，所述水泵通过水管连通高位水箱，所述水池底部设有排水口，所述排水口通过水管连通低位水箱，排水口内设有过滤器。

进一步的，它还包括控制器，所述高位水箱与出水口之间设有流量控制阀，所述高位水箱内设有水位传感器，所述过滤器上设有过滤器堵塞传感器，所述水位传感器与控制器电连接，所述控制器与流量控制阀电连接，控制器与水泵电连接，所述过滤器堵塞传感器与控制器电连接。

所述的管道的一端设有管道接头，管道的另一端位于低位水箱内腔或者位于低位水箱的正上方。

所述的水池内设有泥沙。

所述的轨道为四分之一圆弧轨道，轨道左端的顶面距地面的高度大于轨道右端的顶面距地面的高度。

所述的支架底部设有可调底座，所述壳体底座上设有螺纹孔，支架的下部设有与螺纹孔配合的螺纹。

本发明的有益效果是：管道内通入匀速流体，真实再现了实际输油管道中的流体流动的状况；通过调节支架的高度，还可以简单调节管道裸露在泥沙外的表面积，模拟出不同管道裸露程度，其受冲击振动受力也不同的状况；并能够模拟出经多次水流冲刷后，管道部分悬空形成类似“多跨”的受力情况；可循环利用水，节约用水，安装流量控制阀可以控制水流的大小；设有高位水箱、水泵和低位水箱，使试验用水可以循环使用，节约水资源；四分之一圆弧形的轨道可以使水流方向从纵向转成横向，更符合实际水流横向冲击状况；通过设置多个传感器并与控制器电连接，实现试验的自动调节、自动控制。

附图说明

图1为发明结构示意图；

图2为支架与管道配合的结构示意图；

图3为管道“单跨”示意图；

图4为管道“两跨”示意图；

图5为管道“三跨”示意图；

图6为管道内流体流动的示意图；

图中，1-支撑台，2-高位水箱，3-轨道，4-水池，5-出水口，6-支架，7-管道，8-排水口，9-过滤器，10-低位水箱，11-水泵，12-流量控制阀，13-管道接头，14-螺纹，15-螺纹孔，16-可调底座，17-水管。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例1

如图1~2所示，一种针对内外流的多悬跨穿越河流输油管道力学实验装置，它包括支撑台1、低位水箱10和控制器，支撑台1上设有高位水箱2和弧形的轨道3，支撑台1的右侧设有水池4，低位水箱10上设有水泵11，水泵11通过水管17连通高位水箱2，高位水箱2上设有出水口5，高位水箱2与出水口5之间设有流量控制阀12，高位水箱2内设有水位传感器；轨道3为四分之一圆弧轨道3，轨道3左端的顶面距地面的高度大于轨道3右端的顶面距地面的高度，轨道3的左端位于出水口5的正下方，轨道3的右端位于水池4内腔中；水池4内设有泥沙，水池4内设有支架6，支架6底部设有可调底座16，壳体底座上设有螺纹孔15，支架6的下部设有与螺纹孔15配合的螺纹14；支架6上安装有管道7，管道7的一端设有管道接头13，管道7的另一端位于低位水箱10内腔或者位于低位水箱10的正上方，管道7上设有应变片；水池4底部设有排水口8，排水口8通过水管17连通低位水箱10，排水口8内设有过滤器9，过滤器9上设有过滤器9堵塞传感器。

其中优选的，水位传感器与控制器电连接，控制器与流量控制阀12电连接，控制器与水泵11电连接，过滤器9堵塞传感器与控制器电连接。

试验前，调节支架6高度，增减水池4内的泥沙以使得管道7表面部分裸露，模拟实际冲刷中管道表面不同裸露程度的状况，如图3~5所示，还可以手动调节管道下方泥沙的布置情况使管道形成类似“多跨梁”的结构，通过管道接头13将管道7一端与自来水龙头相连。试验时如图6所示，打开自来水龙头向管道7内通入匀速水流，并流入低位水箱10内，流量控制阀12打开，水流从出水口5流入轨道3，最后进入水池4内并对管道7表面产生冲击，应变片受到冲击并将信号传给电脑，由电脑进行计算并记录管道7的受力情况。

其中，模拟试验时，通过去掉或者增加管道上不同位置的泥沙，使管道形成不同的“多跨梁”能将模拟实际冲击中输油管道因泥沙流速不同形成的“多跨”现象，能够真实再现输油管的受到水流冲击的状态。如图3所示，管道下部泥沙有水流全部冲走，形成“单跨梁”形式，如图4所示，管道两端的泥沙由水流冲走，两端悬空，同时管道中间的泥沙还未被冲走，形成“两跨”形式，如图5所示，管道下有三处泥沙被冲走悬空，形成“三跨梁”形式。这样可以模拟管道7处于“多跨”形式时的受力情况。

其中，高位水箱2内水量不足时由水位传感器A发出信号，控制器控制水泵11开启，水泵11从低位水箱10内吸水灌入高位水箱2，当高位水箱2内水量达到一定量时，水位传感器发出信号，水泵11停止工作。同时，水流冲击完管道7后到达水池4远离轨道3的一端，通过排水口8流入低位水箱10，其中排水口8内设有过滤器9可防止泥沙进入低位水箱10内，当过滤器9堵塞时，过滤器9堵塞传感器发出信号，通过控制器使水泵11制动，防止水泵11空转。

优选的，水池4内均匀铺设适量大小的泥沙、石子，方便水流更好的携带石子、泥沙，更好的模拟出含泥沙、石子的洪水。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种针对内外流的多悬跨穿越河流输油管道力学实验装置，其特征在于：它包括支撑台，所述支撑台上设有高位水箱和弧形的轨道，支撑台的右侧设有水池，水池内设有泥沙，模拟试验时，通过去掉或者增加管道上不同位置的泥沙，使管道形成不同的“多跨梁”能将模拟实际冲击中输油管道因泥沙流速不同形成的“多跨”现象；所述高位水箱上设有出水口，所述轨道的左端位于出水口的正下方，轨道的右端位于水池内腔中，所述水池内设有支架，所述支架上安装有管道，所述管道上设有应变片，支架底部设有可调底座，所述壳体底座上设有螺纹孔，支架的下部设有与螺纹孔配合的螺纹；

所述轨道为四分之一圆弧轨道，轨道左端的顶面距地面的高度大于轨道右端的顶面距地面的高度。

2.根据权利要求1所述的一种针对内外流的多悬跨穿越河流输油管道力学实验装置，其特征在于：它还包括低位水箱，所述低位水箱上设有水泵，所述水泵通过水管连通高位水箱，所述水池底部设有排水口，所述排水口通过水管连通低位水箱，排水口内设有过滤器。

3.根据权利要求2所述的一种针对内外流的多悬跨穿越河流输油管道力学实验装置，其特征在于：它还包括控制器，所述高位水箱与出水口之间设有流量控制阀，所述高位水箱内设有水位传感器，所述过滤器上设有过滤器堵塞传感器，所述水位传感器与控制器电连接，所述控制器与流量控制阀电连接，控制器与水泵电连接，所述过滤器堵塞传感器与控制器电连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种针对内外流的多悬跨穿越河流输油管道力学实验装置，其特征在于：所述管道的一端设有管道接头，管道的另一端位于低位水箱内腔或者位于低位水箱的正上方。

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