CN108507869B - 一种大管径钢管水压试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明应用于钢管精整区域设备，为大管径钢管提供一种大管径钢管水压试验系统及方法。该系统包括固定密封盘，固定支架，拉力梁，顶起装置，各种规格的穿管密封盘，若干支撑轮和主动托辊以及高低压水路系统等。固定支架连接可调高度的固定密封盘，拉力梁为以销轴形式连接单拉力梁和夹板梁，拉力梁两端连接穿管密封盘和固定密封盘，使之成为一个自适应承载结构。主动托辊带动钢管轴向移动，通过穿管密封盘和单拉力梁至固定密封盘。密封盘采用内径密封。对于一定范围长度的钢管可以连续进行水压试验，提高了生产效率。此结构大大降低了钢管水压试验机的整体重量和造价，降低钢管水压试验成本。

Description

一种大管径钢管水压试验系统及方法

技术领域

本发明涉及钢管精整设备技术领域，特别是涉及一种大管径钢管水压试验系统及方法。

背景技术

在目前的钢管精整领域，水压试验机均采用由四根拉力梁组成的框架结构，钢管由径向横移进管至框架结构中完成水压试验，如文献《高压大直径钢管水压试验机研制》，出版于，石油矿场机械2011年第40卷第6期第91页；文章编号：1001-3482（2011）06-0091-03。中小管径中的钢管，框架架构能够保证水压实验高效和稳定。但大管径（管径大于1800mm），水压试验压力较低的钢管，若依然采用框架结构，会造成水压试验机设备体积庞大，重量超重，设备造价高昂。所以大管径底水压的试验机寻求新的结构是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，目的之一是提供一种结构简单，实用性强，设备重量轻，易于实施的大管径钢管水压试验系统。目的之二是提供一种易于实施的大管径钢管水压试验方法。

本发明解决其技术问题采用的解决方案是：

一种大管径钢管水压试验系统，它至少包括固定密封盘、穿管密封盘及拉力梁，其中固定密封盘和穿管密封盘轴心同轴且分别与拉力梁的两端固定连接，固定密封盘一端与所述拉力梁固定，固定密封盘的另一端还固定连接有固定支架，固定密封盘上设置有进水口，所述固定密封盘、穿管密封盘及拉力梁下方设置有待测钢管输送机构。

还包括固定支架，所述的固定密封盘由圆盘本体和内径密封盘构成，所述圆盘本体与所述固定支架连接，所述内径密封盘与所述圆盘本体可拆卸连接。

所述的固定支架或固定密封盘底部连接有高度调节装置,所述的高度调节装置为液压缸，液压缸内设置有液压缸位移传感器。

所述的输送机构由若干主动托辊组成，各主动托辊顶端水平平齐的且不高于密封盘下沿的水平高度。

还包括高压水泵，所述进水口为常压进水口和高压进水口，所述常压进水口连通输水管，所述高压进水口连通所述高压水泵。

所述的进水口通过法兰连接有伸缩输水管，伸缩输水管由内外相套的两水管组成，内外两水管通过“o”型密封圈密封，其中内端水管一端端部外径圆周上开设“o”形凹槽，“o”型密封圈设置在“o”形凹槽内。

所述拉力梁由单拉力梁和可调夹板梁组成，所述单拉力梁上均匀分布有若干销轴孔，所述可调夹板梁与所述单拉力梁若干销轴孔之一销轴连接。

所述单拉力梁由两个可调夹板梁夹持，横截面为凹形的两个可调夹板梁凹槽位置对接横截面为矩形的单拉力梁两侧。

所述拉力梁上固定有钢管内支撑轮，钢管内支撑轮底端与待测钢管两侧端口的密封盘底端平齐，钢管内支撑轮支撑在位于其正下端设置的支撑轮上。

一种大管径钢管水压试验方法，待测钢管首先送入传输机构上，由传输机构输送至拉力梁前端，由于拉力梁前端的穿管密封盘紧贴输送机构，即主动托辊，所以由顶起装置将拉力梁前端穿管密封盘顶起，将待测钢管穿入穿管密封盘中，穿入完成后，下降顶起装置；待测钢管再由主动托辊配合完全穿入两密封盘中，密封完成后，低压进水口灌满待测钢管，灌满后，高压进水口输出高压水，保持管内压力，完成实验。

本发明的有益效果是：本发明解决了大直径钢管水压试验机设备重量大，造价高的问题，降低了生产成本。对于支架的支撑问题，本发明中使用钢管内支撑轮和支撑轮传递钢管重力，并且由于钢管内支撑轮和支撑轮的配合，只对管壁做挤压力，不会造成钢管变形。拉力梁设置为可调节长度的结构，可以使本发明适应不同管长的试验，对于大管径钢管，输送机构可方便装配拆卸试验。

附图说明

参考以下附图描述了一种大管径钢管水压试验系统的各实施例。可在全文中对象附图中所示的特征和组件的标记使用相同数字：

图1示出了大管径钢管的水压试验系统的结构示意图。

图2示出了大管径钢管的水压试验系统A处的局部放大图。

附图标记

1、固定支架；2、固定密封盘；3、固定密封盘销轴；4、主动托辊；5、单拉力梁；6、销轴；7、可调夹板梁；8、钢管内顶起支架；9、待测钢管；10、钢管内支撑轮；11、穿管密封盘；12、支撑轮；13、穿管密封盘销轴；14、顶起装置。

具体实施方式

实施例1：

一种大管径钢管水压试验系统至少包括固定密封盘2、穿管密封盘11及拉力梁，其中固定密封盘2和穿管密封盘11轴心同轴且分别与拉力梁的两端固定连接，固定密封盘2一端与所述拉力梁固定，固定密封盘2的另一端还固定连接有固定支架1，固定密封盘2上设置有进水口，所述固定密封盘2、穿管密封盘11及拉力梁下方设置有待测钢管9输送机构。还包括固定支架1，所述的固定密封盘2由圆盘本体和内径密封盘构成，所述圆盘本体与所述固定支架1连接，所述内径密封盘与所述圆盘本体可拆卸连接。

在本实施例中，使用单拉力梁与两密封盘同轴固定，组成一个形似杠铃结构，使用时将两端密封盘穿进待测钢管内，密封盘为内径密封盘，完成密封，进水口设置于待测钢管内侧，可以由进水口施加所需压力，其一端与固定直接固定，所以是从另一端穿入，由于钢管较大，人力穿管困难，拉力梁下方设置输送机构，可以承载待测钢管重量并辅助穿管，本实施例解决了大型钢管检测时，固定支架由四根巨大承重梁组成的设备过大，穿管费物费力的缺点，节省了成本。

在实施例中，一种大管径钢管水压试验系统，如图1所示，本发明中，待测钢管9试验时，待测钢管两端由两端的密封，两端的密封盘即穿管密封盘和固定密封盘密封，密封盘可采用外径密封、内径密封或外端千斤顶挤压密封，本发明中采用内径密封；试验时需要模拟水管输水状态，所以密封盘的管壁内侧一面设置有进水口，用于灌满水管内部及灌满后再通入有一定压强的水，模拟水管工作状态，持续接通有一定压强的水，直至试验完成。但水加压时，穿管密封盘和固定密封盘密封由于受到水压而分别受到向两侧端口冲出的力，此时本发明采用安置单拉力梁来抵消这个力，即图1中所示，穿管密封盘和固定密封盘密封向外推力被单拉力梁低消为内部拉力，从而保持系统实验的稳定进行。与固定支架一端连接的密封盘为固定密封盘，另一端为穿管密封盘。

在实施例中，固定密封盘和穿管密封盘与钢管的连接方式可以是，塑封连接，沟槽式(卡箍）连接，螺纹连接，PE管道衔接，焊接或法兰连接，优选的，本实施例选用内径密封连接，使用“o”型密封圈内径胀大进行内径密封，对于低压力水压试验完全能够胜任，并且结构简单，造价低廉；

作为承载内部横向拉力的受力件单拉力梁，将固定密封盘和穿管密封盘连接，并承载拉力，与固定密封盘和穿管密封盘之间的单拉力梁可以由多根，其主要需要解决的问题是平衡受力问题，本实施例中，使用一根单拉力梁承载拉力，降低工艺难度和造价，单拉力梁与固定密封盘和穿管密封盘两者中心垂直固定，可有效分散内部压力，避免漏液。作为承载和运输钢管的托辊，其位置必须水平于钢管下端，承载钢管的主要压力；托辊可以为电动式或被动式，由电机控制或人力托送。固定密封盘上会设置导向结构，在钢管插入固定密封盘的过程中，由导向结构调整中心。这种设计在径向密封中普遍采用。

在本实施例中，固定密封盘和单拉力梁采用固定密封盘销轴连接，其连接方式还可以是螺纹连接，焊接，插接等常用连接手段。

本实施例中，可调夹板梁与穿管密封盘采用钢管内顶起支架连接，连接方式还可以是螺纹连接，焊接，插接等常用连接手段。

在穿管密封盘端可采用两道径向密封圈。

理论上，在钢管长度500mm的变化范围内，可以选择使用其中一道径向密封圈来完成水压试压。这种方式会造成钢管管端一部分（最大250mm）未进行水压试验。这种情况在实际生产中是允许的。所以本实施例中，销轴孔设置小于250mm可适应较大范围的钢管试验。

一般情况下，水压试验压力小于25MPa，采用端面密封方式，试验压力大于25MPa采用径向密封。这里是为了将设备轻量化，所用采用径向密封。但一般情况下径向密封的直径均小于1200mm，由于本发明主要检测大管径低压钢管，这里使用的径向密封直径最大可达到3000mm。

在进行水压试验时，固定密封盘2与穿管密封盘11采用内径密封方式，本实施例中，进入口分为两个，一个为低压水进口，主要为了灌满整个待测钢管，另一个为高压水进口，由于需要高压水进口产生足够压力，高压水进口一般不能输出较多水量，可以采用如千斤顶，压缩机物理加压，高压水泵等加压。

内径密封盘与圆盘本体可拆卸连接，如果测量不同管径的待测钢管，固定密封盘的内径密封盘需要更换不同型号以应对待测钢管，或增大或缩小，本实施例中，密封盘采用可拆卸连接，可以应对不同管径的测量；此时进水口则设置于圆盘本体上，与待测钢管管内连通，开口可以通过固定密封盘内盘上的通孔进行水及水压的交换。

实施例2

在实施例1的基础上，所述的固定支架1或固定密封盘2底部连接有高度调节装置,所述的高度调节装置为液压缸，液压缸内设置有液压缸位移传感器。

在本实施例中，检测不同管径的待测钢管时，更换穿管密封盘上的密封盘时，密封盘轴心势必会随之上移，固定密封盘如果是固定在一个位置，则配合相应钢管时，一种办法是调整输送机构的高度，但作为输送机构，可以调节高并依然保持水平精度的输送机构很少见，如果购买势必成本高昂，得不偿失，所以本实施例中于固定支架上或密封盘上设置高度可调的机构，可以是螺杆调节机构，优选的，本实施例中使用油缸驱动。

为了本系统可以支持多种管径的待测钢管，固定支架与密封盘为可于重力方向上下移动的滑动式连接方式，其固定密封盘下端设置高度调节装置；或固定支架和密封盘完全固定，固定支架下方设置高度调节装置，调节密封盘与主动托辊相距的距离，实现不同管径待测钢管的测量。液压缸位移传感器可精确测量调整的上下位移，使得安装待测钢管时顺利进行。

实施例3

在实施例1或2的基础上，所述的输送机构由若干主动托辊4组成，各主动托辊4顶端水平平齐的且不高于密封盘下沿的水平高度。

在各实施例中，传输机构使用主动托辊，由于本发明用于大管径钢管测试，对准套管密封盘，对待测钢管的拆卸很费力，实验中，采用主动托辊进行钢管的输送节省了相应人力，主动托辊设置于拉力梁下端，优选的，主动托辊正好位于水平待测钢管的下面平行接触位置。

在本实施例中，考虑到本发明系统的易操作和稳定准确性，穿管密封盘和固定密封盘不但中心轴连线与水平面平行，穿管密封盘和固定密封盘也垂直于水平面，使得内腔充满水之后，密封盘收到水压均匀分布，有利于密封盘的密封和对待测钢管检测的准确性，作为推进装置的主动托辊，垂直于单拉力梁轴向，使得主动托辊送入待测钢管时，可以轻松套入至待测钢管中。

实施例4

在实施例1或2或3的基础上，还包括高压水泵，所述进水口为常压进水口和高压进水口，所述常压进水口连通输水管，所述高压进水口连通所述高压水泵。

本实施例中，对于待测钢管水压试验，使用穿管密封盘和固定密封盘密封后，需要在待测钢管内模拟水管输水时的压力状态，本实施例使用两个进水口完成这一目的，首先使用常压进水口往水管内注满水，注满后关闭水阀门，使常压进水口密封，然后启动高压水泵，有高压水泵输出高压水，高压水压力分布于待测钢管内，完成模拟水管输水时的压力状态，继而完成实验。

实施例5

在实施例1、2、3或4的基础上，所述的进水口通过法兰连接有伸缩输水管，伸缩输水管由内外相套的两水管组成，内外两水管通过“o”型密封圈密封，其中内端水管一端端部外径圆周上开设“o”形凹槽，“o”型密封圈设置在“o”形凹槽内。

可伸缩输水管可以是可弯曲的胶管，以保持密封盘上下移动时进水管跟随其移动，本实施例中使用两金属或硬质材料制成的不可弯曲的管，其一管套另一管，两管之间使用o型密封圈径向密封，o型密封圈被设置于内管与外管接触位置的一个环形凹槽内，环形凹槽用于兜住密封圈，以此完成密封，工作时，一管固定于地面，一管固定于穿管密封盘上，穿管密封盘上下移动时，固定于密封盘上一管随之上移移动，由于o型密封圈密封作用，保证其密封性。密封盘上下可调的油缸驱动结构的上下移动技术在机械行业是很普遍的。

输水管也可采用软管，两端固定于固定密封盘和输水设备上，固定密封盘上下活动时，由软管提供相应活动余差。

实施例6

在实施例1、2、3、4或5的基础上，所述拉力梁由单拉力梁5和可调夹板梁7组成，所述单拉力梁5上均匀分布有若干销轴孔，所述可调夹板梁7与所述单拉力梁5若干销轴孔之一销轴连接。所述单拉力梁5由两个可调夹板梁7夹持，横截面为凹形的两个可调夹板梁7凹槽位置对接横截面为矩形的单拉力梁5两侧。

在本实施例中，为了应付不同长度钢管的水压试验，拉力梁由单拉力梁和可调夹板梁组成，拉力梁由单拉力梁和可调夹板梁可以调整长度以适应不同管长的试验，其中，在单拉力梁上分布有销轴孔，可调夹板梁与不同销轴孔固定连接以调节整个支撑结构的长度。如图2中单拉力梁和可调夹板梁采用夹板梁的连接形式，此处为固定结构，不可以上下旋转；单拉力梁和固定密封盘的接口处也可以使用此固定形式。使用双凹槽的夹板梁咬住矩形单拉力梁，这种结合方式可以有效固定两者，再使用销轴固定可以更加稳固。

实施例7

在实施例1、2、3、4、5或6的基础上，所述拉力梁上固定有钢管内支撑轮10，钢管内支撑轮10底端与待测钢管9两侧端口的密封盘底端平齐，钢管内支撑轮10支撑在位于其正下端设置的支撑轮12上。

在本实施例中，钢管内支撑轮10与支撑轮12配合使用，钢管内顶起支架8与顶起装置14配合使用。钢管内支撑轮10用于撑起穿管密封盘11的重量，与钢管内管壁接触，支撑轮12位于钢管内支撑轮10正下方，用于将穿管密封盘重量传递到地面基础（避免破坏钢管内壁）。

在图1中，钢管内支撑轮位于穿管密封盘中心的突出杆的延伸上，钢管内支撑轮与穿管密封盘一体设计，钢管内支撑轮的长度和穿管密封盘半径相同，更换穿管密封盘时，钢管内支撑轮也一起被更换。

在各实施例中，钢管内支撑轮只需与穿管密封盘固定，并接触钢管内腔底壁，传递力量于管壁就可以。钢管内支撑轮正下方的支撑轮用来承接整个钢管重力，而受力点管壁只需受到挤压力，这样避免试验钢管的变形。钢管注水后，由于主动托辊为活动部件，承受压力强度相对较弱，支撑轮和钢管内支撑轮可有效承重，使整个装置安全运行。

钢管内支撑轮主要为支撑待测钢管及管内储水的重力，以往设计中，使用四根支撑架支撑，大型钢管试验时内储水量达到几顿，而管体直接放置于支撑架，钢管下端与支撑架接触的位置会产生相当大的重力，而支撑点只是最下端的两根支撑架，以往采用垫铺方式，增加其接触面积，但效果只是减弱，本发明中采用两个支撑轮结构，将钢管全部重力全部转化为钢管壁的压力，其受力点也均匀的分布在了密封盘上，增大了接触面积，使得试验更加精确。

钢管内支撑轮可以和单拉力梁、可调夹板梁或未与支撑架连接的穿管密封盘固定，将重力引入其配套使用的支撑轮传递至地面。

钢管内支撑轮10设计为可调结构，调整钢管内支撑轮10的水平位置，适应钢管长度（由于本设备轻量化设计，在更换规格时较繁琐，但钢管生产时更改规格不频繁。通常情况下，一个订单的钢管均是同一种规格）

水压试验机不工作时，钢管内支撑轮10会直接压在支撑轮12上面。装配待测钢管时，钢管需要从两轮之间穿过。这时需要使用顶起装置将单拉力梁结构及穿管密封盘抬高，然后钢管轴向进入，钢管穿过钢管内支撑轮10与支撑轮12后，顶起装置作用完成，将单拉力梁结构及穿管密封盘落下，其重量由钢管内支撑轮10传递至钢管管壁，再直接由支撑轮12传递到地面。顶起装置由油缸驱动，油缸内安装磁质位移传感器，可精确控制油缸位移。

支撑轮12，钢管内支撑轮10与钢管接触的轮子的轮面均采用弧度设计，弧度直径与钢管内外径相同（保证接触面积最大）。由于轮子用来承载整个实验装置的大部分重力，虽然管壁只需要承担两轮之间的压力，但如果受力面积过小也会造成管壁局部凹陷，所以，对于接触点可以采用弧度设计，来增大接触面积，也可以增加适量的轮子弹性使用较厚橡胶轮，增大接触面积。

实施例8

在实施例1、2、3、4、5、6或7的基础上，所述拉力梁管壁下端固定有钢管内顶起支架8，钢管内顶起支架8正下方设置顶起装置14，顶起装置为液压缸，其内设置有液压缸位移传感器。

顶起装置工作为了将待测钢管顺利装配，需要提升拉力梁，将待测钢管前端送入密封盘中，待测钢管送入前端穿管密封盘后，顶起装置收回，待测钢管顺利完成装配。

顶起装置14不与待测钢管接触，其只与钢管内顶起支架接触，接触面为平面。优选的，顶起装置使用液压提升试验装置的高度，进而使待测钢管顺利进入穿管密封盘和主动托辊之间，钢管内支撑轮和支撑轮之间，随后依靠滑动送入钢管。

本发明中，待测钢管首先送入传输机构上，由传输机构输送至拉力梁前端，由于拉力梁前端的穿管密封盘紧贴输送机，即主动托辊，所以由顶起装置将拉力梁前端穿管密封盘顶起，主动托辊再与操作人员配合，将待测钢管穿入穿管密封盘中，穿入完成后，下降顶起装置；待测钢管再由主动托辊配合完全穿入两密封盘中，密封，密封完成后，低压进水口灌满待测钢管，灌满后，高压进水口输出高压水，保持管内压力，完成实验。

需要说明，本实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后…… )仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，涉及“ 第一”、“ 第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“ 第一”、“ 第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (8)

1.一种大管径钢管水压试验系统，其特征在于：它至少包括固定密封盘（2）、穿管密封盘（11）及拉力梁，其中固定密封盘（2）和穿管密封盘（11）轴心同轴且分别与拉力梁的两端固定连接，固定密封盘（2）一端与所述拉力梁固定，固定密封盘（2）的另一端还连接有固定支架（1），固定密封盘（2）上设置有进水口，所述固定密封盘（2）、穿管密封盘（11）及拉力梁下方设置有待测钢管（9）输送机构；

所述拉力梁上固定有钢管内支撑轮（10），钢管内支撑轮（10）底端与待测钢管（9）两侧端口的密封盘底端平齐，钢管内支撑轮（10）支撑在位于其正下端设置的支撑轮（12）上；

所述拉力梁的管壁下端固定有钢管内顶起支架（8），钢管内顶起支架（8）正下方设置有顶起装置（14）；

所述的输送机构由若干主动托辊（4）组成，各主动托辊（4）顶端水平平齐的且不高于密封盘下沿的水平高度。

2.如权利要求1所述一种大管径钢管水压试验系统，其特征在于，还包括固定支架（1），所述的固定密封盘（2）由圆盘本体和内径密封盘构成，所述圆盘本体与所述固定支架（1）连接，所述内径密封盘与所述圆盘本体可拆卸连接。

3.如权利要求2所述一种大管径钢管水压试验系统，其特征在于，所述的固定支架（1）或固定密封盘（2）底部连接有高度调节装置,所述的高度调节装置为液压缸，液压缸内设置有液压缸位移传感器。

4.如权利要求1所述一种大管径钢管水压试验系统，其特征在于，还包括高压水泵，所述进水口为常压进水口和高压进水口，所述常压进水口连通输水管，所述高压进水口连通所述高压水泵。

5.如权利要求1所述一种大管径钢管水压试验系统，其特征在于，所述的进水口通过法兰连接有伸缩输水管，伸缩输水管由内外相套的两水管组成，内外两水管通过“o”型密封圈密封，其中内端水管一端端部外径圆周上开设“o”形凹槽，“o”型密封圈设置在“o”形凹槽内。

6.如权利要求1所述一种大管径钢管水压试验系统，其特征在于，所述拉力梁由单拉力梁（5）和可调夹板梁（7）组成，所述单拉力梁（5）上均匀分布有若干销轴孔，所述可调夹板梁（7）与所述单拉力梁（5）若干销轴孔之一销轴连接。

7.如权利要求6所述一种大管径钢管水压试验系统，其特征在于，所述单拉力梁（5）由两个可调夹板梁（7）夹持，横截面为凹形的两个可调夹板梁（7）凹槽位置对接横截面为矩形的单拉力梁（5）两侧。

8.一种大管径钢管水压试验方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任意一项所述的大管径钢管水压试验系统，包括如下步骤：待测钢管首先送入传输机构上，由传输机构输送至拉力梁前端，由于拉力梁前端的穿管密封盘紧贴输送机构，即主动托辊，所以由顶起装置将拉力梁前端穿管密封盘顶起，将待测钢管穿入穿管密封盘中，穿入完成后，下降顶起装置；待测钢管再由主动托辊配合完全穿入两密封盘中，密封完成后，低压进水口灌满待测钢管，灌满后，高压进水口输出高压水，保持管内压力，完成实验。