CN109540496A - 一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法,包括1‑台架、2‑应变片、3‑应变通信线、4‑内管、5‑外管、6‑夹持管装置、7‑伸缩管、8‑密封罐、9‑平衡锤安全阀、10‑动态应变测量仪、11‑平衡锤安全阀、12‑流量计、13‑水泵、14‑变频控制器、15‑储水罐,本发明的有益效果是:该装置新颖、结构紧凑、采集数据准确,设计结构巧妙,操作方便,模拟盐穴库液体输送过程中管道的变形情况,并利用动态应变测量仪实时监测管道应变变化情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法,具体为一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法,属于力学技术领域。
背景技术
在对盐穴库的开采过程中,由于管道与流体的耦合作用,加上造腔管道自身的特殊力学结构,导致造腔管道的动力特性较为复杂,在受限的空间内会发生水锤、动力失稳和自激振动等一些力学响应现象。当流体流进管道时会引起管道振动及变形,导致造腔管道发生疲劳损伤,或者导致造腔管道的强度和稳定性降低,并最终有可能引起造腔管道的破坏,因而有必要对盐穴库液体输送管道变形强度进行研究,进而为实际造腔管道建造提供理论依据。
发明内容
本发明的目的是:提供一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法,实现模拟盐穴库液体输送管道的振荡情况,造成管道变形,为研究盐穴库液体输送管道变形提供实验工具。
本发明采用的技术方案是:一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法,包括储水罐的两出水口接有两个水泵,所述的两个水泵连接在变频控制器,所述变频控制器控制两个水泵流量输入,所述水泵连接有流量计,所述流量计测量总体的液体流量,所述流量计连接通过平衡锤安全阀,所述平衡锤安全阀控制流道的通断,所述液体通过固定的塔架到达模拟盐穴库的上端即土层表面,所述液体通过变频控制器控制两个水泵的输入来控制液体从内管输入或者从外管输入,所述三通管装置保持内管与外管以及应变通信线的分离与稳定,所述夹持装置保持外管的稳定,模拟实际钻探过程中外套管的稳定作用,所述稳压装备连接有平衡安全阀保持灌内空气排空,所述稳压装备连接有伸缩管防止液体压力过大破坏管道。所述稳压装备连接有内管和外管伸入罐体内部,所述内管在密封罐内长度大于外管,所述平衡安全锤阀装配在密封罐罐体底部。所述应变片密封于内管外壁,所述应变片连接于通信线,所述通信线连接在动态应变测量仪。
所述内管沿线外壁均密封贴有应变片,且在三通装置不影响内管和外管的液体,直接在三通装置的外壁绝缘连接接通信线。
所述外管在罐外均有等间距的管夹持装置,稳定外管的管壁压力。
所述稳压装置在模拟盐穴库入口处装有特制的伸缩管,可以防止容器压力变化膨胀或者收缩导致外管和内管破坏。
所述的稳压装置(II)装有排气作用的平衡安全锤阀。
所述进出水装置(III),出水口即可以作为进水口,进水口也可以作为出水口,内管的伸出长度要长于外管,可以有效避免压力过大,破坏管壁。
所述罐体底部设置出水口,在实验完毕时可以释放出罐内液体。
所述应变通信线外壁均包有热缩管,防止拉扯产生不良影响,在热缩管外包有PVC阻燃管,动态应变测量仪实时监测管壁应变变化。
所述变频控制器控制水泵的流量大小,但不仅限于用变频控制器控制水泵流量大小。
所述水泵后端均装有应急平衡安全阀。
所述水泵从储水罐取水,储水罐连接有蓄水池供水。
如图1所示的装置,进行提供一种研究盐穴库输送管道变形强度的实验方法,其特征在于:它包括以下步骤:
S1、试验前,检查各接口螺钉是否拧紧,将平衡安全阀全部打开,变频控制器控制水泵进行预流通试验,观察管道情况,通过动态应变测量仪观察每个应变片是否反馈信号;
S2、试验前测试无误后,关闭密封罐下端平衡锤安全阀,保持装置(II)安全阀以及平衡锤安全阀打开状态,检查夹持装置是否夹紧;
S3、变频控制器控制内外管的水泵同时工作,向模拟试验库密封罐内输送流体,通过装置(2)观察罐内液体的盈满状态,待水充满密封罐后,水泵停止工作,关掉装置(II)的安全阀;
S4、变频控制器控制一个水泵开始通过内管向密封罐输入液体,控制好水泵的输入量,观察并记录动态应变测量仪的应变变化情况;
S5、与步骤S4相对应的,变频控制器控制另外一个水泵开始通过外管向密封罐输入液体,控制好水泵的输入量,观察并记录动态应变测量仪的应变变化情况;
S6、统计动态应变测量仪的应变变化数据,检查内管变形情况,实验结束,关闭应急平衡安全阀,打开装置(II)内的泄压阀,再打开密封罐下部的平衡锤安全阀将密封罐内液体排空;
S7、液体排空后,关闭所有阀门,整理仪器器材,打扫实验室;
S8、将应变变换数据统计完毕后,应用仿真软件进行分析得出仿真结果,与实验结果内管的变形情况进行对比,验证实验的准确性。。
本发明具有以下优点:
1、该用于研究盐穴库液体输送管道变形强度的试验机装置结构简单,操作方便,较好的模拟了盐穴库液体输送过程中管道的实际变化情况,可以直观的观察管道变形位置,也可以和后期的数值模拟仿真对比,验证实验的准确性,可信度高。
2、该装置方便拆卸,可以分别称量出钻杆套管的磨损量也可以通过扫描电镜得到钻杆与套管的扫描电镜图,更有利于分析钻杆套管的摩擦磨损情况。并且该装置使用结束后方便清洗,提高工作效率,减小劳动量。
附图说明
图1为本发明的总装配示意图;
图2为本发明三通装置示意图;
图3密封罐上端局部示意图;
图4为密封罐罐内管体示意图;
图1中:1-台架 2-应变片 3-应变片通信线 4-内管 5-外管 6-夹持管装置 7-泄压阀 8-模拟盐穴库装置 9-出水口 10-应变振荡测量仪 11-平衡锤安全阀 12-流量计13-水泵 14-变频控制器 15-储水罐I-图2II-图3III图4
图2中:1-变径三通接头 2-外管 3-内管 4-水管夹持装置 5-应变片 6-应变片通信线
图3中:1-伸缩管卡扣 2-伸缩管 3-平衡锤安全阀 4-盖板 5-六角螺母
6-内管 7-外管 8-应变片
图4中:1-内管 2-应变片 3-外管 4.5-液体流向。
具体实施方法
下面结合附图对本发明做进一步的描述,但本发明的保护范围不局限于以下所述。
请参阅图1所示一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法,包括储水罐(15)的两出水口接有两个水泵(13),所述的两个水泵(13)连接在变频控制器(14),所述变频控制器(14)控制两个水泵(13)流量输入,所述水泵(13)连接有流量计(12),所述流量计(12)连接通过平衡锤安全阀(11),所述平衡锤安全阀(11)控制流道的通断,所述液体通过固定的塔架(1)到达模拟盐穴库的上端即土层表面,所述液体通过变频控制器(14)控制两个水泵(13)的输入来控制液体从内管(4)输入或者从外管(5)输入,所述三通管装置(I)保持内管(4)与外管(5)以及应变通信线(3)的分离与稳定,所述夹持装置(6)保持外管(5)的稳定,模拟实际钻探过程中外套管的稳定作用,所述稳压装备(II)连接有平衡安全阀(9)保持灌内空气排空,所述稳压装备(II)连接有伸缩管(7)防止液体压力过大破坏管道。所述稳压装备(II)连接有内管(4)和外管(5)伸入罐体内部,所述内管(4)在密封罐(8)内长度大于外管(5),所述平衡安全锤阀(9)装配在密封罐(8)罐体底部。所述应变片(2)密封于内管(4)外壁,所述应变片(2)连接于通信线(3),所述通信线(3)连接在动态应变测量仪(10)
如图2所示,内管2,外管3与应变片通信线5通过变径三通连接互不干扰,减小了实验误差
如图3所示,外管7与伸缩管2通过卡扣1连接,稳定不漏液,在液体急剧变化时,防止容器压力变化膨胀或者收缩导致外管和内管破坏,两块盖板4通过六角头螺栓固定,盖板间用防水胶沾合,防止漏气液,应变片8贴于内管6上,并套上防水管隔离。
如图4所示,内管1在密封罐罐内的长度大于外管3的长度,避免抽吸时压力集中破坏管壁,液体的流动方向如4,5所示意。
如图1所示的装置,进行模拟盐穴库液体输送管道变形强度的实验装置及方法,其特征在于:它包括以下步骤:
S1、试验前,检查各接口螺钉是否拧紧,将平衡安全阀全部打开,变频控制器控制水泵进行预流通试验,观察管道情况,通过动态应变测量仪观察每个应变片是否反馈信号;
S2、试验前测试无误后,关闭密封罐下端平衡锤安全阀,保持装置(II)安全阀以及平衡锤安全阀打开状态,检查夹持装置是否夹紧;
S3、变频控制器控制内外管的水泵同时工作,向模拟试验库密封罐内输送流体,通过装置(2)观察罐内液体的盈满状态,待水充满密封罐后,水泵停止工作,关掉装置(II)的安全阀;
S4、变频控制器控制一个水泵开始通过内管向密封罐输入液体,控制好水泵的输入量,观察并记录动态应变测量仪的应变变化情况;
S5、与步骤S4相对应的,变频控制器控制另外一个水泵开始通过外管向密封罐输入液体,控制好水泵的输入量,观察并记录动态应变测量仪的应变变化情况;
S6、统计动态应变测量仪的应变变化数据,检查内管变形情况,实验结束,关闭应急平衡安全阀,打开装置(II)内的泄压阀,再打开密封罐下部的平衡锤安全阀将密封罐内液体排空;
S7、液体排空后,关闭所有阀门,整理仪器器材,打扫实验室;
S8、将应变变换数据统计完毕后,应用仿真软件进行分析得出仿真结果,与实验结果内管的变形情况进行对比,验证实验的准确性。
Claims (10)
1.一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法,包括储水罐(15)的两出水口接有两个水泵(13),所述的两个水泵(13)连接在变频控制器(14),所述变频控制器(14)控制两个水泵(13)流量输入,所述水泵(13)连接有流量计(12),所述流量计(12)测量总体的液体流量,所述流量计(12)连接通过平衡锤安全阀(11),所述平衡锤安全阀(11)控制流道的通断,所述液体通过固定的塔架(1)到达模拟盐穴库的上端即土层表面,所述液体通过变频控制器(14)控制两个水泵(13)的输入来控制液体从内管(4)输入或者从外管(5)输入,所述三通管装置(I)保持内管(4)与外管(5)以及应变通信线(3)的分离与稳定,所述夹持装置(6)保持外管(5)的稳定,模拟实际钻探过程中外套管的稳定作用,所述稳压装备(II)连接有平衡安全阀(9)保持灌内空气排空,所述稳压装备(II)连接有伸缩管(7)防止液体压力过大破坏管道;所述稳压装备(II)连接有内管(4)和外管(5)伸入罐体内部,所述内管(4)在密封罐(8)内长度大于外管(5),所述平衡安全锤阀(9)装配在密封罐(8)罐体底部;所述应变片(2)密封于内管(4)外壁,所述应变片(2)连接于通信线(3),所述通信线(3)连接在动态应变测量仪(10)。
2.根据权利1要求所述的一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法,其特征在于所述内管(4)沿线外壁均密封贴有应变片(2),且在三通装置(I)不影响内管(4)和外管(5)的液体,直接在三通装置(I)的外壁绝缘连接接通信线。
3.根据权利1要求所述的一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法,其特征在于所述外管(5)在罐外均有等间距的管夹持装置(6),稳定外管(5)的管壁压力。
4.根据权利1要求所述的一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法,其特征在于所述稳压装置(II)在模拟盐穴库入口处装有特制的伸缩管,可以防止容器压力变化膨胀或者收缩导致外管(5)和内管(4)破坏。
5.根据权利4要求所述的稳压装置(II)装有排气作用的平衡安全锤阀。
6.根据权利1要求所述的一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法,其特征在于所述进出水装置(III),出水口即可以作为进水口,进水口也可以作为出水口,内管(4)的伸出长度要长于外管(5),可以有效避免压力过大,破坏管壁。
7.根据权利1要求所述的一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法,其特征在于所述罐体(8)底部设置出水口(9),在实验完毕时可以释放出罐内液体。
8.根据权利1要求所述的一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法,其特征在于所述应变通信线(3)外壁均包有热缩管,防止拉扯产生不良影响,在热缩管外包有PVC阻燃管,动态应变测量仪(10)实时监测管壁应变变化。
9.根据权利1要求所述的一种用于研究盐穴库输送管道变形强度的实验装置及方法,其特征在于所述变频控制器(14)控制水泵(13)的流量大小,但不仅限于用变频控制器(14)控制水泵(13)流量大小,水泵(13)从储水罐(15)取水,储水罐(15)连接有蓄水池(16)供水。在水泵(13)后端均装有应急平衡安全阀(11)。
10.根据权利要求1~11中任意一项所述的装置进行盐穴库输送管道变形强度实验方法,其特征在于:它包括以下步骤:
S1、试验前,检查各接口螺钉是否拧紧,将平衡安全阀全部打开,变频控制器(14)控制水泵(13)进行预流通试验,观察管道情况,通过动态应变测量仪(10)观察每个应变片(2)是否反馈信号;
S2、试验前测试无误后,关闭平衡锤安全阀(9),保持装置(II)安全阀以及平衡锤安全阀(11)打开状态,检查夹持装置(6)是否夹紧;
S3、变频控制器(14)控制内外管的水泵(13)同时工作,向模拟试验库密封罐(8)内输送流体,通过装置(2)观察罐内液体的盈满状态,待水充满密封罐后,水泵(13)停止工作,关掉装置(II)的安全阀;
S4、变频控制器(14)控制一个水泵(13)开始通过内管(4)向密封罐(8)输入液体,控制好水泵(13)的输入量,观察并记录动态应变测量仪(10)的应变变化情况;
S5、与步骤S4相对应的,变频控制器(14)控制另外一个水泵(13)开始通过外管(5)向密封罐(8)输入液体,控制好水泵(13)的输入量,观察并记录动态应变测量仪(10)的应变变化情况;
S6、统计动态应变测量仪(10)的应变变化数据,检查内管(4)变形情况,实验结束,关闭应急平衡安全阀(11),打开装置(II)内的泄压阀,再打开密封罐(8)下部的平衡锤安全阀(9)将密封罐内液体排空;
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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