CN109780987B - 一种油气管道凹陷变形应变场测量中应变片粘贴定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油气管道凹陷变形应变场测量中应变片粘贴定位方法，定位管道内壁凹陷中心，然后画出螺旋形标尺，根据螺旋形标尺制作螺旋形应变片定位模具；固定应变片并涂抹粘接剂；粘贴应变片，最后取出螺旋形应变片定位模具，完成应变片粘贴定位。本发明可以同时将多片应变片粘贴到各种内径的管道内壁指定的位置，同时应变片的粘贴装置可依据试验要求而调节，从而实现在油气管道凹陷缺陷预制试验的同时，进行管道内壁凹陷应变场响应的实时测量。
Description
技术领域
本发明属于管道检测测试技术领域，具体涉及一种油气管道凹陷变形应变场测量中应变片粘贴定位方法。
背景技术
油气管道凹陷是指由于管壁永久塑性变形而使管道横截面发生的总的变形，是管道几何缺陷的常见形式之一。凹陷对管道安全运行的影响主要有四个方面：凹陷导致管壁变形产生应力集中并降低承压能力或者直接导致其破裂泄漏；周期性的内压波动也可能使凹陷区域出现疲劳损伤乃至断裂；对于一些延性较差的老管道，即使凹陷引起的应力集中不大，也可能引起管道裂纹的产生甚至加快应力腐蚀速率；较深的凹陷会阻止清管器及内检测器等设备的通过，给管道的检测和管理带来困难。可见，凹陷的存在影响着管道的承载能力，严重威胁了管道的安全运行。
在油气管道凹陷的评估研究方面，传统的评估方法是将凹陷深度作为评估的主要参数，但随着深入研究和现场实际运用的反馈信息显示，单依靠深度参数得出的评估结果与管道实际安全状态有很大出入。因此，美国机械工程师协会推荐使用基于应变的凹陷缺陷评价方法，但该方法尚缺少足够的理论依据。因此，需要开展油气管道凹陷缺陷预制试验，进行凹陷周围应变场实时测量，并基于试验数据建立准确的凹陷缺陷评估模型对油气管道的安全性进行评估。由此可见，油气管道在凹陷缺陷预制试验中，应变场的实时测量显得尤为重要。
油气管道的凹陷缺陷预制中，普遍采用压头进行凹陷压制，管道外壁的凹陷区域直接与压头接触，凹陷底部及边缘无法粘贴应变片进行应变采集。因此，需要在管道内部多个部位粘贴应变片进行实时应变场的采集。如何确定管道内壁的应变片粘贴位置并完成应变片的粘贴成为试验的难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种油气管道凹陷变形应变场测量中应变片粘贴定位方法，可用于在油气管道凹陷缺陷预制试验的同时，实现管道内壁凹陷应变场响应的实时测量。
本发明采用以下技术方案：
一种油气管道凹陷变形应变场测量中应变片粘贴定位方法，定位管道内壁凹陷中心，然后画出螺旋形标尺，根据螺旋形标尺制作螺旋形应变片定位模具；固定应变片并涂抹粘接剂；粘贴应变片，最后取出螺旋形应变片定位模具，完成应变片粘贴定位。
具体的，定位管道内壁凹陷中心具体为：首先确定管道待预制凹陷位置，在管道外壁标记凹陷中心位置，并依据外壁中心位置确定管道内壁凹陷中心位置。
具体的，画出螺旋形标尺具体为：以外壁凹陷中心为起点，画出螺旋形标尺，根据压头尺寸及凹陷深度计算凹陷直径及所需测量应变场的区域，确定螺旋线长度L。
进一步的，螺旋线长度L计算如下：
其中，
为螺旋线极点到最外层对应的极角；d为螺旋线环形间距；DN为凹陷直径。
具体的，制作螺旋形应变片定位模具具体为：根据外壁凹陷螺旋形标尺绘制图纸，并制作成螺旋形应变片定位模具，沿螺旋形应变片定位模具的螺旋线，每隔10mm画一刻度用于标记应变的测量位置，依据管道内径调节定位模具的平面曲率，使其能够贴合管道内壁。
具体的，固定应变片并涂抹粘接剂具体为：在螺旋形应变片定位模具上间隔固定多组连接导线的应变片，面对管道方向的应变片表面涂抹粘接剂。
具体的，粘贴应变片具体为：将固定好应变片的螺旋形应变片定位模具深入管道内壁凹陷中心定位处，确保螺旋线起点处即凹陷中心；使螺旋形应变片定位模具贴合管道内壁，粘贴应变片。
具体的，待应变片表面涂抹的粘接剂与管道内壁粘接后，取出螺旋形应变片定位模具，完成应变片粘贴。
进一步的，粘贴完成后将每组应变片的导线与动态应变采集系统连接。
更进一步的，将管道凹陷预制的压头对准管道外壁的凹陷中心位置，开始压制凹陷的同时实时采集凹陷内壁的应变，获得管道内壁凹陷应力场变化。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供一种油气管道凹陷变形应变场测量中应变片粘贴定位方法，通过定位器及曲率可调节的螺旋形应变片定位模具实现管道内壁凹陷区域多组应变片的定位及粘贴，应变片粘贴位置可依据凹陷尺寸及待研究位置进行调节，定位准确，操作简单。
进一步的，通过定位管道内壁凹陷中心进行应变场测量，可解决管道外壁凹陷区直接与压头接触，凹陷底部与凹陷边缘而无法粘贴应变片进行应变采集的技术问题。
进一步的，画出螺旋线及计算螺旋线长度，可对应变片的测量位置点进行标定。
进一步的，制作螺旋形应变片定位模具，可将应变片固定于定位模具并深入管道内壁进行应变片定位，解决了由于管道直径的限制而导致操作人员无法进行管道内壁进行凹陷区应变场测量定位的问题。
进一步的，应变片固定于螺旋形应变片定位模具处并在其面对管道方向的表面涂抹粘接剂，可使其在随螺旋形应变片定位模具深入管道内壁并贴合管道内壁时实现应变片在管道内壁的粘接。
进一步的，粘贴应变片可实现管道凹陷区应变场的测量。
进一步的，将每组应变片的导线与动态应变采集系统连接，可实时获得试验过程中凹陷管道内壁凹陷应力场变化。
综上所述，本发明能够同时将多片应变片粘贴到各种内径的管道内壁指定的位置，同时应变片的粘贴装置可依据试验要求而调节，从而实现在油气管道凹陷缺陷预制试验的同时，进行管道内壁凹陷应变场响应的实时测量。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为螺旋形标尺的示意图。
具体实施方式
本发明一种油气管道凹陷变形应变场测量中应变片粘贴定位方法，包括以下步骤：
S1、定位管道内壁凹陷中心；
首先确定管道待预制凹陷位置，在管道外壁标记凹陷中心位置，并依据外壁中心位置确定管道内壁凹陷中心位置；
S2、画出螺旋形标尺；
请参阅图1，以外壁凹陷中心为起点，画出螺旋形标尺，根据压头尺寸及凹陷深度计算凹陷直径及所需测量应变场的区域，确定螺旋形标尺的大小；以外壁凹陷中心为起点，画螺旋形标尺，螺旋线长度L计算公式：
其中，
为螺旋线极点到最外层对应的极角；d为螺旋线环形间距；DN为凹陷直径。
S3、制作螺旋形应变片定位模具；
根据外壁凹陷螺旋形标尺绘制图纸，并制作成螺旋形应变片定位模具，沿螺旋形应变片定位模具的螺旋线，每隔10mm画一刻度用于标记应变的测量位置，依据管道内径调节定位模具的平面曲率，使其能够贴合管道内壁；
S4、固定应变片并涂抹粘接剂；
在螺旋形应变片定位模具上，每隔一定距离固定一组连接导线的应变片，面对管道方向的应变片表面涂抹粘接剂；
S5、粘贴应变片；
将固定好应变片的螺旋形应变片定位模具深入管道内壁凹陷中心定位处，确保螺旋线起点处即凹陷中心；轻压螺旋形应变片定位模具，使其贴合管道内壁，粘贴应变片；
S6、取出螺旋形应变片定位模具。
待应变片表面涂抹的粘接剂与管道内壁粘接后，取出螺旋形应变片定位模具，完成应变片粘贴。
粘贴完成后将每组应变片的导线与动态应变采集系统连接。
将管道凹陷预制的压头对准管道外壁的凹陷中心位置，开始压制凹陷的同时实时采集凹陷内壁的应变，获得管道内壁凹陷应力场变化。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
对Φ813×8.8mm X70螺旋缝埋弧焊管体进行凹陷预制，并测量凹陷周围的实时应变场，凹陷预制压头直径300mm，预制凹陷深度40mm，可计算出凹陷最大外径为204mm。
步骤一：确定管道待预制凹陷位置，在管道外壁标记凹陷中心位置。将定位器的磁力片吸在管端外壁任意位置，将可被磁力吸附的金属圆片(直径50mm)吸附在管端内壁对应位置。移动管体外壁磁力片带动管体内壁金属圆片移动至管道外壁标记的凹陷中心位置；
步骤二：根据凹陷直径(300mm)及所需测量应变场的区域(凹陷中心至凹陷边缘)，以外壁凹陷中心为起点画螺旋形标尺，螺旋形标尺的环形间距为50mm，沿螺旋线每隔10mm画一刻度线标记。螺旋线总长度至少为668mm；
步骤三：根据外壁凹陷螺旋形标尺绘制图纸，并制作成螺旋形应变片定位模具。同样，沿螺旋形应变片定位模具的螺旋线，每隔10mm画一刻度用于标记应变的测量位置。依据管道内径调节定位模具的平面曲率，使其能够贴合管道内壁；
步骤四：沿刻度标记每隔60mm用双面胶将一组连接导线的应变片固定在螺旋形应变片定位模具上，共计至少11组应变片，面对管道方向的应变片表面涂抹粘接剂；
步骤五：将固定好应变片的螺旋形应变片定位模具深入管道内壁凹陷中心定位处，确保螺旋线起点处即凹陷中心，然后去除管道外壁的磁力片，使管道内壁定位中心点的金属圆片脱落。轻压螺旋形应变片定位模具，使其贴合管道内壁，粘贴应变片；
步骤六：待应变片表面涂抹的粘接剂与管道内壁粘接后，拉动螺旋形应变片定位模具使其脱离双面胶的固定，取出螺旋形应变片定位模具，完成应变片粘贴。
粘贴完成后将每组应变片的导线与动态应变采集系统连接。将管道凹陷预制的压头对准管道外壁的凹陷中心位置，开始压制凹陷的同时实时采集凹陷内壁的应变，获得管道内壁凹陷应力场变化。
实施例2
对Φ219×8mm 20#无缝管管体进行凹陷预制，并测量凹陷周围的实时应变场，凹陷预制压头直径100mm，预制凹陷深度22mm，可计算出凹陷最大外径为82.8mm。
步骤一：确定管道待预制凹陷位置，在管道外壁标记凹陷中心位置。将定位器的磁力片吸在管端外壁任意位置，将可被磁力吸附的金属圆片(直径20mm)吸附在管端内壁对应位置。移动管体外壁磁力片带动管体内壁金属圆片移动至管道外壁标记的凹陷中心位置；
步骤二：根据凹陷直径(100mm)及所需测量应变场的区域(凹陷中心至凹陷边缘)，以外壁凹陷中心为起点画螺旋形标尺，螺旋形标尺的环形间距为20mm，沿螺旋线每隔10mm画一刻度线标记。螺旋线总长度至少为275mm；
步骤三：根据外壁凹陷螺旋形标尺绘制图纸，并制作成螺旋形应变片定位模具。同样，沿螺旋形应变片定位模具的螺旋线，每隔10mm画一刻度用于标记应变的测量位置。依据管道内径调节定位模具的平面曲率，使其能够贴合管道内壁；
步骤四：沿刻度标记每隔30mm用双面胶将一组连接导线的应变片固定在螺旋形应变片定位模具上，共计至少9组应变片，面对管道方向的应变片表面涂抹粘接剂；
步骤五：将固定好应变片的螺旋形应变片定位模具深入管道内壁凹陷中心定位处，确保螺旋线起点处即凹陷中心，然后去除管道外壁的磁力片，使管道内壁定位中心点的金属圆片脱落。轻压螺旋形应变片定位模具，使其贴合管道内壁，粘贴应变片；
步骤六：待应变片表面涂抹的粘接剂与管道内壁粘接后，拉动螺旋形应变片定位模具使其脱离双面胶的固定，取出螺旋形应变片定位模具，完成应变片粘贴。
粘贴完成后将每组应变片的导线与动态应变采集系统连接。将管道凹陷预制的压头对准管道外壁的凹陷中心位置，开始压制凹陷的同时实时采集凹陷内壁的应变，获得管道内壁凹陷应力场变化。
结合以上两个实施例可以看出，本发明可以实现将多片应变片粘贴到各种内径的管道内壁的指定位置，同时应变片的粘贴装置可依据试验要求而调节，从而实现在油气管道凹陷缺陷预制试验的同时，进行管道内壁凹陷应变场响应的实时采集。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种油气管道凹陷变形应变场测量中应变片粘贴定位方法，其特征在于，定位管道内壁凹陷中心，然后画出螺旋形标尺，根据螺旋形标尺制作螺旋形应变片定位模具；固定应变片并涂抹粘接剂；粘贴应变片，最后取出螺旋形应变片定位模具，完成应变片粘贴定位；
定位管道内壁凹陷中心具体为：首先确定管道待预制凹陷位置，在管道外壁标记凹陷中心位置，并依据外壁中心位置确定管道内壁凹陷中心位置；
画出螺旋形标尺具体为：以外壁凹陷中心为起点，画出螺旋形标尺，根据压头尺寸及凹陷深度计算凹陷直径及所需测量应变场的区域，确定螺旋线长度L；
制作螺旋形应变片定位模具具体为：根据外壁凹陷螺旋形标尺绘制图纸，并制作成螺旋形应变片定位模具，沿螺旋形应变片定位模具的螺旋线，每隔10mm画一刻度用于标记应变的测量位置，依据管道内径调节定位模具的平面曲率，使其能够贴合管道内壁；
固定应变片并涂抹粘接剂具体为：在螺旋形应变片定位模具上间隔固定多组连接导线的应变片，面对管道方向的应变片表面涂抹粘接剂；
粘贴应变片具体为：将固定好应变片的螺旋形应变片定位模具深入管道内壁凹陷中心定位处，确保螺旋线起点处即凹陷中心；使螺旋形应变片定位模具贴合管道内壁，粘贴应变片。
2.根据权利要求1所述的油气管道凹陷变形应变场测量中应变片粘贴定位方法，其特征在于，螺旋线长度L计算如下：
其中，
为螺旋线极点到最外层对应的极角；d为螺旋线环形间距；DN为凹陷直径。
3.根据权利要求1所述的油气管道凹陷变形应变场测量中应变片粘贴定位方法，其特征在于，待应变片表面涂抹的粘接剂与管道内壁粘接后，取出螺旋形应变片定位模具，完成应变片粘贴。
4.根据权利要求1或2或3所述的油气管道凹陷变形应变场测量中应变片粘贴定位方法，其特征在于，粘贴完成后将每组应变片的导线与动态应变采集系统连接。
5.根据权利要求4所述的油气管道凹陷变形应变场测量中应变片粘贴定位方法，其特征在于，将管道凹陷预制的压头对准管道外壁的凹陷中心位置，开始压制凹陷的同时实时采集凹陷内壁的应变，获得管道内壁凹陷应力场变化。
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