CN111257028A - 全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其包括：容置箱，容置箱内设有用于储存润滑液的储液槽；模拟管道，水平固定在储液槽内，模拟管道包括主管道段；清管器，能移动地设于模拟管道中，清管器包括清管器连接轴和固定在清管器连接轴上的皮碗，皮碗的直径大于主管道段的内径，皮碗上设有应变片；拉压传感器，与清管器连接轴连接，并能测量清管器在主管道段内移动时所受的摩擦力；驱动装置，与清管器连接轴连接，驱动装置能驱动清管器在模拟管道内移动，并能控制清管器的移动速度。本发明能对全润滑工况下的清管器皮碗所受的非稳态摩擦阻力的变化进行准确检测。

Description

全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置

技术领域

本发明涉及油气管道清管和检测技术领域，尤其是一种全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置。

背景技术

随着油气探明储量的增长，油气管道的建设里程正在不断增加。在管道运输以其不可替代的优势在全国范围内得到广泛应用的同时，管道运输的安全维护问题也越来越得到重视。

管道施工时，一般采用分段式施工，施工间歇管道密封不严时，外部杂质可能会填塞进管道，影响管道的正常投产。与此同时，由于石油和天然气复杂的性质以及管道穿越地区地貌的多样性，管道运行时内部可能会出现杂质、结垢、变形等问题。所以对管道投产前和运行过程中进行清管处理必不可少。工业中，建立精确的清管动力学模型，可以在清管前有效的模拟和预测清管运动规律，指导清管作业。因此，弄清摩擦力在管道中的动态变化规律，对模型的准确性有着重要意义。

清管器作为一种管道内部清管装置，在管道行业得到了广泛的应用，利用清管器或者内检测器等管道机器人对管道进行清管和检测，已成为管道运营维护必不可少的流程之一。常用的清管器上配备有柔性皮碗，主要靠其密封管道内壁，并在其前后形成压差，推动自身行走。皮碗密封管道所导致的过盈配合会产生皮碗的非线性变形，这种非线性变形直接影响清管器和管壁间的接触应力，造成清管过程中清管器受到的摩擦阻力发生变化，从而影响清管器在管道中运动参数的变化。皮碗所受的非稳态摩擦阻力的变化规律受到多种因素的影响，包括管道的内壁结构和流体介质特性、清管器运行时的速度变化、皮碗的尺寸和材料等，因此有必要研究这些参数对非稳态摩擦力变化规律的影响，以提高清管器清管动力学模拟的准确性。

现有技术中用于测量清管器非稳态摩擦力的实验装置为干摩擦工况下的实验装置，难以对全润滑工况下的清管器皮碗所受的非稳态摩擦阻力的变化进行准确检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，以解决现有技术难以对全润滑工况下的清管器皮碗所受的非稳态摩擦阻力的变化进行准确检测的问题。

为达到上述目的，本发明提出一种全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，用于测试清管器在管道内部运行时皮碗所受的非稳态摩擦阻力，所述实验装置包括：容置箱，所述容置箱内设有用于储存润滑液的储液槽；模拟管道，水平固定在所述储液槽内，所述模拟管道包括主管道段；清管器，能移动地设于所述模拟管道中，所述清管器包括清管器连接轴和固定在所述清管器连接轴上的皮碗，所述皮碗的直径大于所述主管道段的内径，所述皮碗上设有应变片；拉压传感器，与所述清管器连接轴连接，并能测量所述清管器在所述主管道段内移动时所受的摩擦力；驱动装置，与所述清管器连接轴连接，所述驱动装置能驱动所述清管器在所述模拟管道内移动，并能控制所述清管器的移动速度。

如上所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其中，所述容置箱内还设有承接槽，所述储液槽和所述承接槽由隔板分隔，所述隔板上设有连通所述储液槽和所述承接槽的过流孔，所述模拟管道朝向所述过流孔。

如上所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其中，所述拉压传感器和所述驱动装置设于所述容置箱外，所述实验装置还包括传感器连接轴和驱动连接轴，所述清管器连接轴、所述传感器连接轴、所述拉压传感器、所述驱动连接轴和所述驱动装置依次连接，所述传感器连接轴穿过所述过流孔和所述承接槽。

如上所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其中，所述清管器连接轴和所述传感器连接轴通过三节式万向节连接。

如上所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其中，所述模拟管道、所述过流孔和所述清管器连接轴同轴设置。

如上所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其中，所述实验装置还包括用于检测所述皮碗与所述主管道段内壁之间的接触压力的压力检测装置，所述压力检测装置包括设于所述模拟管道外侧的多个压力传感器，各所述压力传感器分别连接一压力探头，所述主管道段的侧壁上设有多个检测孔，多个所述检测孔沿所述主管道段的周向间隔设置，多个所述压力传感器与多个所述检测孔一一对应，多个所述压力传感器连接的压力探头分别伸入对应的所述检测孔内，且所述压力探头的伸入端与所述主管道段的内壁面平齐。

如上所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其中，所述压力检测装置还包括围绕所述模拟管道的传感器固定架，多个压力传感器分别固定在所述传感器固定架的内侧，所述压力探头位于所述压力传感器的内侧并与所述压力传感器连接。

如上所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其中，所述模拟管道包括依次连接的收发球段、过渡段和所述主管道段，所述收发球段的内径大于所述主管道段的内径，所述过渡段的内径由所述收发球段至所述主管道段减缩，所述皮碗的直径小于所述收发球段的内径，所述皮碗由所述收发球段开始移动，依次经过所述过渡段和所述主管道段，到达所述主管道段的预定位置后停止移动。

如上所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其中，所述驱动装置包括伺服电动滑台和伺服电机控制箱，所述伺服电动滑台包括滑座、设于所述滑座上的导轨、能滑动地设于所述导轨上的滑动平台、以及与所述滑动平台连接的伺服电机，所述伺服电机与所述伺服电机控制箱电连接，所述伺服电机在所述伺服电机控制箱的控制下驱动所述滑动平台沿所述导轨滑动，所述滑动平台与所述清管器连接轴连接，并能驱动所述清管器在所述主管道段内移动，所述伺服电机上设有编码器，所述编码器能实时检测所述清管器的移动速度。

如上所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其中，所述清管器包括套在所述清管器连接轴外且沿所述清管器连接轴的轴向依次设置的第一挡板、第一皮碗组件、第一托盘、第二托盘、第二皮碗组件和第二挡板，所述第一皮碗组件包括至少两个第一压紧块和设于相邻两所述第一压紧块之间的第一皮碗，所述第二皮碗组件包括至少两个第二压紧块和设于相邻两所述第二压紧块之间的第二皮碗，所述第一托盘和所述第二托盘分别与所述清管器连接轴固定连接，所述第一挡板、所述第一压紧块、所述第一皮碗和所述第一托盘通过第一螺栓连接，所述第二挡板、所述第二压紧块、所述第二皮碗和所述第二托盘通过第二螺栓连接。

本发明的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置的特点和优点是：

1、本发明将模拟管道设置在容置箱内，实验时，向储液槽内装入润滑液，使模拟管道完全浸没在润滑液中，实现模拟全润滑工况；通过设置拉压传感器、应变片和驱动装置，可以分别获取清管器在主管道段内移动时的摩擦力信号、变形应力信号和速度变化，从而可以研究清管器所受的摩擦力对皮碗的非线性变形和速度等参数的动态响应，以便拟合成数学模型，完善清管器在全润滑工况下清管时的动力学模型；

2、本发明通过在容置箱内设置与储液槽连通的承接槽，随着清管器在主管道段内朝过流孔移动，清管器前方的一部分液体经由过流孔缓慢流入承接槽内，能防止前方液体对清管器形成阻碍，或者说防止清管器对前方的液体形成挤压，避免对清管器引入附加摩擦，提高摩擦力测试的准确性；

3、本发明通过设置压力探头和压力传感器，能检测皮碗与主管道段内壁之间的接触压力，以便进一步计算出清管器的整体受力，得到清管器在管道中准确的受力分析及运动状态。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置的一实施例的立体示意图；

图2是图1的实验装置的主视图；

图3是图1的实验装置的俯视图；

图4是本发明中容置槽的示意图；

图5是本发明中压力检测装置的示意图；

图6是本发明中模拟管道的示意图；

图7是本发明中伺服电动滑台的示意图；

图8是本发明中容置箱放置在支架上的示意图；

图9是本发明中清管器的分解示意图。

主要元件标号说明：

1、容置箱；11、储液槽；12、承接槽；13、隔板；131、过流孔；14、排液孔；

2、模拟管道；21、主管道段；211、检测孔；22、收发球段；23、过渡段；

3、清管器；31、清管器连接轴；33、第一挡板；34、第一皮碗组件；

341、第一压紧块；342、第一皮碗；35、第一托盘；37、第二托盘；

38、第二皮碗组件；381、第二压紧块；382、第二皮碗；39、第二挡板；

4、拉压传感器；5、驱动装置；

51、伺服电动滑台；511、滑座；512、导轨；513、滑动平台；514、伺服电机；

515、滑台耳板；52、伺服电机控制箱；53、编码器；

6、压力检测装置；

61、压力传感器；62、压力探头；63、传感器固定架；631、连接板；

7、支架；71、上层支架；72、下层支架；73、支撑柱；74、斜撑梁；

101、传感器连接轴；102、驱动连接轴；103、三节式万向节；104、支撑架。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1、图2、图3所示，本发明提供一种全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，用于测试清管器在管道内部运行时皮碗所受的非稳态摩擦阻力，其包括容置箱1、模拟管道2、清管器3、拉压传感器4和驱动装置5，容置箱1内设有用于储存润滑液的储液槽11，该润滑液可以是水、油或其他液体，通过更换不同液体可以模拟不同的润滑条件，模拟管道2水平固定在储液槽11内，模拟管道2包括主管道段21，实验时，向储液槽11内注入润滑液，润滑液的液面高于模拟管道2，以使模拟管道2浸没在润滑液中，保证模拟管道2的内部充满润滑液，以模拟全润滑工况；

清管器3能移动地设于模拟管道2中，清管器3包括清管器连接轴31和固定在清管器连接轴31上的皮碗，皮碗上设有应变片，皮碗的直径大于主管道段21的内径，因此皮碗和主管道段21过盈配合，当清管器3在主管道段21内移动时，皮碗会产生非线性变形，这种非线性变形直接影响清管器3和模拟管道2的管壁间的接触应力，造成清管过程中清管器3受到的摩擦阻力发生变化(即受到非稳态摩擦阻力)，通过在皮碗上设置应变片，可以获取皮碗的变形应力信号；

拉压传感器4与清管器连接轴31连接，并能测量清管器3在主管道段21内移动时所受的摩擦力，因此通过拉压传感器4和应变片可以分别获取清管器3在主管道段21内移动时的摩擦力信号和变形应力信号，通过该变形应力信号和摩擦力信号可以研究清管器3所受的摩擦阻力与皮碗的非线性变形这一参数的动态关系；

驱动装置5与清管器连接轴31连接，驱动装置5能驱动清管器3在模拟管道2内移动，并能控制清管器3的移动速度，通过改变清管器3的速度模拟变速条件下清管器3的清管过程，从而研究清管器3所受的摩擦阻力与速度这一参数的动态关系。

本发明将模拟管道2设置在容置箱1内，实验时，向储液槽11内装入润滑液，使模拟管道2完全浸没在润滑液中，即可模拟全润滑工况，通过设置拉压传感器4、应变片和驱动装置5，可以分别获取清管器3在主管道段21内移动时的摩擦力信号、变形应力信号和速度变化，从而可以研究清管器3所受的摩擦力与皮碗的非线性变形和速度等参数的动态关系，以便拟合成数学模型，完善清管器3在全润滑工况下清管时的动力学模型。

如图1、图4所示，在一个实施例中，容置箱1内还设有承接槽12，储液槽11和承接槽12由隔板13分隔，隔板13上设有连通储液槽11和承接槽12的过流孔131，模拟管道2朝向过流孔131，也就是模拟管道2的端口朝向过流孔131，随着清管器3在主管道段21内朝过流孔131移动，清管器3前方的一部分液体经由过流孔131缓慢流入承接槽12内，因此能防止前方液体对清管器3形成阻碍，或者说防止清管器3对前方的液体形成挤压，避免对清管器3引入附加摩擦，提高摩擦力测试的准确性。

如图1、图2、图3所示，进一步，拉压传感器4和驱动装置5设于容置箱1外，实验装置还包括传感器连接轴101和驱动连接轴102，清管器连接轴31、传感器连接轴101、拉压传感器4、驱动连接轴102和驱动装置5依次连接，传感器连接轴101穿过过流孔131和承接槽12。

具体是，传感器连接轴101和过流孔131的孔壁之间具有环形空间，当清管器3在主管道段21内朝过流孔131移动时，清管器前方的一部分液体经由该环形空间流入承接槽12内。实验时，储液槽11内的液面高于过流孔131。

如图1、图4所示，更进一步，承接槽12的槽壁上设有排液孔14，流入承接槽12内的液体经由排液孔14排出，以便收集处理。

进一步，模拟管道2、过流孔131和清管器连接轴31同轴设置，提高实验测量的准确性。

如图2所示，进一步，清管器连接轴31和传感器连接轴101通过三节式万向节103连接，以保证清管器3运动过程中始终与传感器连接轴101同轴，提高实验测量的准确性。

进一步，容置箱1为透明箱，模拟管道2为透明管道，实验所用的润滑液最好也是透明液体，以便于观察。例如，透明管道为有机玻璃管道，以保证透明管道具有足够的强度，满足全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验。

更进一步，实验装置还包括设置在模拟管道2外的用于观察模拟管道2的显微镜(图未示出)、以及用于对显微镜拍照的摄像机(图未示出)，例如摄像机为高速摄像机，当清管器3在模拟管道2内运行时，摄像机和显微镜能记录皮碗的非线性变形过程、以及皮碗和管壁的接触过程，实现可视化研究。

如图4所示，进一步，容置箱1内设有支撑模拟管道2的支撑架104，可以采用卡箍将模拟管道2固定在支撑架104上。例如，支撑架104包括水平固定在容置箱1的底板上的两根间隔排列的下横梁、竖直固定在下横梁上方的四根间隔排列的纵梁、以及水平固定在纵梁顶部的两根间隔排列的上横梁，上横梁和下横梁垂直，模拟管道2的主管道段21放置在两根上横梁上，各根梁的相交部位通过直角连接件固定连接。其中两根下横梁能够降低纵梁对容置箱底板的压力，防止压坏容置箱底板。

如图1、图5所示，在一个实施例中，实验装置还包括用于检测皮碗与主管道段21内壁之间的接触压力的压力检测装置6，压力检测装置6包括设于模拟管道2外侧的多个压力传感器61，各压力传感器61分别连接一压力探头62，主管道段21的侧壁上设有多个检测孔211，多个检测孔211沿主管道段21的周向间隔设置，多个压力传感器61与多个检测孔211一一对应，多个压力传感器61连接的压力探头62分别伸入对应的检测孔211内，且压力探头62的伸入端与主管道段21的内壁面平齐。

本实施例通过设置压力探头62和压力传感器61，能检测皮碗与主管道段21内壁之间的接触压力(或称为正压力)，以便进一步计算出清管器3的整体受力，而现有技术无法检测二者之间的接触压力，也就无法得到清管器在管道中准确的受力分析及运动状态。

进一步，多个压力传感器61围绕主管道段21等间隔排列。

进一步，压力传感器61为微型压力传感器。

如图5所示，进一步，压力检测装置6还包括围绕模拟管道2设置的传感器固定架63，多个压力传感器61分别固定在传感器固定架63的内侧，压力探头62位于压力传感器61的内侧并与压力传感器61连接,。通过设置传感器固定架63，能很方便地将压力传感器61固定在模拟管道2的外周侧。

再如图5所示，具体是，例如，传感器固定架63包括多个连接板631，多个连接板631依次首尾连接形成多边形框架，即传感器固定架63为多边形框架，多个压力传感器61设于多边形框架的内侧，并分别与各连接板631固定连接(比如通过螺钉连接)，多个压力探头62设于多个压力传感器61的内侧，并分别与各压力传感器61连接，主管道段21位于多个压力传感器61的内侧，且多个压力传感器61所连接的压力探头62分别对应伸入主管道段21上的检测孔211内。

比如，压力传感器61的数量和检测孔211的数量均为六个，对应地，连接板631的数量也是六个，六个连接板631依次首尾连接形成六边形框架，相邻的连接板631通过螺栓连接，便于拆装。对于压力传感器61的数量，本领域技术人员可以根据需要进行设置，压力传感器61的数量越多，对接触压力的测量精度越高。

如图6所示，在一个实施例中，模拟管道2包括依次连接的收发球段22、过渡段23和主管道段21，收发球段22的内径大于主管道段21的内径，过渡段23的内径由收发球段22至主管道段21减缩，皮碗的直径小于收发球段22的内径，清管器3由收发球段22开始移动，依次经过过渡段23和主管道段21，到达主管道段21的预定位置后停止移动，即完成皮碗的非稳态摩擦运动。

例如，收发球段22和主管道段21为圆柱形筒，过渡段23为锥形筒。

如图1、图2、图7所示，在一个实施例中，驱动装置5包括伺服电动滑台51、伺服电机控制箱52和编码器53，伺服电动滑台51包括滑座511、设于滑座511上的导轨512、能滑动地设于导轨512上的滑动平台513、以及与滑动平台513连接的伺服电机514，伺服电机514与伺服电机控制箱52电连接，伺服电机514在伺服电机控制箱52的控制下驱动滑动平台513沿导轨512滑动，滑动平台513与清管器连接轴31连接，并能带动清管器3在主管道段21内移动，编码器53与伺服电机514的电机轴连接，编码器53能实时检测并记录清管器3的移动速度，例如，编码器53为光电编码器，伺服电机514通过滚珠丝杠机构与滑动平台513连接，以通过滚珠丝杠机构带动滑动平台513沿导轨512运动。

如图2所示，具体是，滑动平台513上固定有滑台耳板515，滑台耳板515、驱动连接轴102、拉压传感器4、传感器连接轴101和清管器连接轴31依次连接，例如滑台耳板515与驱动连接轴102通过螺栓连接。

本实施例中，伺服电动滑台51用于控制清管器3的运动速度，实验时通过改变清管器3的速度来模拟变速条件下清管器3的清管过程，从而得出清管器3的皮碗与管壁之间的摩擦力随速度变化的非线性响应关系，通过进一步将这种非线性响应关系拟合成数学模型，即可完善清管器清管时的动力学模型。

如图1、图9所示，在一个实施例中，清管器3包括套在清管器连接轴31外且沿清管器连接轴31的轴向依次设置的第一挡板33、第一皮碗组件34、第一托盘35、第二托盘37、第二皮碗组件38和第二挡板39，清管器连接轴31呈圆柱状，第一皮碗组件34包括至少两个第一压紧块341和设于相邻两第一压紧块341之间的第一皮碗342，也就是两两相邻的第一压紧块341之间夹设有一个第一皮碗342，第二皮碗组件38包括至少两个第二压紧块381和设于相邻两第二压紧块381之间的第二皮碗382，也就是两两相邻的第二压紧块381之间夹设有一个第二皮碗382，第一托盘35和第二托盘37分别与清管器连接轴31固定连接，例如通过焊接的方式固定连接，第一挡板33、第一压紧块341、第一皮碗342和第一托盘35通过第一螺栓连接，第二挡板39、第二压紧块381、第二皮碗382和第二托盘37通过第二螺栓连接，但本发明并不以此为限，还可以将第一挡板33和第二挡板39分别与清管器连接轴31螺纹连接，通过旋紧第一挡板33使第一挡板33、第一压紧块341和第一皮碗342的轴向位置固定，通过旋紧第二挡板39使第二挡板39、第二压紧块381和第二皮碗382的轴向位置固定。

例如，第一压紧块341、第二压紧块381、第一挡板33和第二挡板39均为圆环状。

本实施例中，第一皮碗342被第一压紧块341夹紧，第二皮碗382被第二压紧块381夹紧，这样不仅将第一皮碗342被和第二皮碗382在清管器连接轴31的轴向上固定，还能通过第一压紧块341和第二压紧块381来调节夹紧力，从而调节第一皮碗342和第二皮碗382所受到的轴向压力，以便研究皮碗与管壁之间的摩擦力与该轴向压力这一参数的动态关系。

本实施例中，通过更换不同数量的第一压紧块341，不同直径的第一压紧块341、不同数量的第一皮碗342、不同直径的第一皮碗342、不同厚度的第一皮碗342、不同间距的第一皮碗342、不同数量的第二压紧块381、不同直径的第二压紧块381、不同数量的第二皮碗382、不同直径的第二皮碗382、不同厚度的第二皮碗382、不同间距的第二皮碗382，可以研究皮碗与管壁之间的摩擦力与压紧块的数量和直径，以及皮碗的数量、直径、厚度、间距这些参数的动态关系。

本实施例中，第一挡板33、第一压紧块341和第一皮碗342通过第一螺栓与第一托盘35连接，第二挡板39、第二压紧块381和第二皮碗382通过第二螺栓与第二托盘37连接，便于安装和拆卸。

实验时，预先在伺服电机控制箱52中设置好伺服电动滑台51的速度、加速度和运行位移等运动参数，然后启动电源，伺服电动滑台51以预设的速度和加速度正向牵引清管器3由收发球段22的初始位置出发，清管器3通过过渡段23后进入主管道段21，在经过主管道段21上的检测孔211时，压力传感器61通过压力探头62检测皮碗与主管道段21内壁之间的接触压力，到达主管道段21的预定位置后停止运行，即完成皮碗的非稳态摩擦运动；

然后将清管器3复位，具体复位操作是：将清管器3整体从传感器连接轴101上卸下，再通过伺服电机控制箱52反向驱动传感器连接轴101朝收发球段22运动，当传感器连接轴101回到收发球段22时，将清管器31放在收发球段22的初始位置，并将清管器连接轴31与传感器连接轴101连接，即完成清管器3的复位，之后可以重复上述实验过程。

在实验过程中，当清管器3在主管道段21内正向移动时，拉压传感器4能够实时采集皮碗和管道内壁之间产生的摩擦力，应变片能够采集在此过程中皮碗的变形应力，压力传感器61能够采集皮碗与模拟管道2之间的接触压力，编码器53能够采集清管器3移动过程中的实时速度，通过改变清管器3的结构、皮碗的规格和伺服电动滑台51的运行速度、加速度，可以模拟不同条件下清管器3与管道产生的非稳态摩擦变化规律，为进一步分析清管器清管过程的动力学模型提供理论指导。

如图1、图8所示，为了增加实验的稳定性、可靠性、减少占地空间，在一个实施例中，本发明的实验装置还包括支架7，支架7包括上层支架71、下层支架72和多根竖直的呈矩形排列的支撑柱73，上层支架71和下层支架72与支撑柱73连接并由支撑柱73支撑，为提高支架7的稳定性，在支撑柱73与上层支架71和下层支架72之间设置斜撑梁74，上层支架71位于下层支架72上方，容置箱1放置在上层支架71上并通过连接件与上层支架71固定连接，伺服电动滑台51也放置在上层支架71上并通过连接件与上层支架71固定连接，伺服电机控制箱52放置在下层支架72上，例如上层支架71和下层支架72均由多根横梁交叉连接而成，例如上层支架71整体呈方形，下层支架72整体呈方形，其中的连接件可以是三角连接件，比如三角形形状的角铁。

本发明能够研究清管器清管时皮碗所受的非稳态摩擦阻力的变化规律，通过设置多种不同的参数研究皮碗与管壁之间的摩擦阻力对于相关参数的动态响应，并可测得在不同液体润滑条件下清管器运行时的参数变化，这些参数包括模拟管道的结构、清管器移动时的速度变化、皮碗与模拟管道配合的过盈量、皮碗的分布、清管器自身的结构等，通过设置压力传感器，还可采集皮碗与模拟管道之间的接触压力，通过对采集的信号进行处理与分析，一方面在现有模型的基础上构建包含清管器皮碗非线性变形等因素的动力学模型，修正清管器皮碗运动过程中的受力模型，另一方面用于评估清管器的参数变化对于清管效果的影响，从而为清管器的实际清管作业提供指导意见。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，用于测试清管器在管道内部运行时皮碗所受的非稳态摩擦阻力，其特征在于，所述实验装置包括：

容置箱，所述容置箱内设有用于储存润滑液的储液槽；

模拟管道，水平固定在所述储液槽内，所述模拟管道包括主管道段；

清管器，能移动地设于所述模拟管道中，所述清管器包括清管器连接轴和固定在所述清管器连接轴上的皮碗，所述皮碗的直径大于所述主管道段的内径，所述皮碗上设有应变片；

拉压传感器，与所述清管器连接轴连接，并能测量所述清管器在所述主管道段内移动时所受的摩擦力；

驱动装置，与所述清管器连接轴连接，所述驱动装置能驱动所述清管器在所述模拟管道内移动，并能控制所述清管器的移动速度。

2.如权利要求1所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其特征在于，所述容置箱内还设有承接槽，所述储液槽和所述承接槽由隔板分隔，所述隔板上设有连通所述储液槽和所述承接槽的过流孔，所述模拟管道朝向所述过流孔。

3.如权利要求2所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其特征在于，所述拉压传感器和所述驱动装置设于所述容置箱外，所述实验装置还包括传感器连接轴和驱动连接轴，所述清管器连接轴、所述传感器连接轴、所述拉压传感器、所述驱动连接轴和所述驱动装置依次连接，所述传感器连接轴穿过所述过流孔和所述承接槽。

4.如权利要求3所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其特征在于，所述清管器连接轴和所述传感器连接轴通过三节式万向节连接。

5.如权利要求2所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其特征在于，所述模拟管道、所述过流孔和所述清管器连接轴同轴设置。

6.如权利要求1所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括用于检测所述皮碗与所述主管道段内壁之间的接触压力的压力检测装置，所述压力检测装置包括设于所述模拟管道外侧的多个压力传感器，各所述压力传感器分别连接一压力探头，所述主管道段的侧壁上设有多个检测孔，多个所述检测孔沿所述主管道段的周向间隔设置，多个所述压力传感器与多个所述检测孔一一对应，多个所述压力传感器连接的压力探头分别伸入对应的所述检测孔内，且所述压力探头的伸入端与所述主管道段的内壁面平齐。

7.如权利要求6所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其特征在于，所述压力检测装置还包括围绕所述模拟管道的传感器固定架，多个压力传感器分别固定在所述传感器固定架的内侧，所述压力探头位于所述压力传感器的内侧并与所述压力传感器连接。

8.如权利要求1至7任一项所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其特征在于，所述模拟管道包括依次连接的收发球段、过渡段和所述主管道段，所述收发球段的内径大于所述主管道段的内径，所述过渡段的内径由所述收发球段至所述主管道段减缩，所述皮碗的直径小于所述收发球段的内径，所述皮碗由所述收发球段开始移动，依次经过所述过渡段和所述主管道段，到达所述主管道段的预定位置后停止移动。

9.如权利要求1至7任一项所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其特征在于，所述驱动装置包括伺服电动滑台和伺服电机控制箱，所述伺服电动滑台包括滑座、设于所述滑座上的导轨、能滑动地设于所述导轨上的滑动平台、以及与所述滑动平台连接的伺服电机，所述伺服电机与所述伺服电机控制箱电连接，所述伺服电机在所述伺服电机控制箱的控制下驱动所述滑动平台沿所述导轨滑动，所述滑动平台与所述清管器连接轴连接，并能驱动所述清管器在所述主管道段内移动，所述伺服电机上设有编码器，所述编码器能实时检测所述清管器的移动速度。

10.如权利要求1至7任一项所述的全润滑工况下的清管器非稳态摩擦在线测试实验装置，其特征在于，所述清管器包括套在所述清管器连接轴外且沿所述清管器连接轴的轴向依次设置的第一挡板、第一皮碗组件、第一托盘、第二托盘、第二皮碗组件和第二挡板，所述第一皮碗组件包括至少两个第一压紧块和设于相邻两所述第一压紧块之间的第一皮碗，所述第二皮碗组件包括至少两个第二压紧块和设于相邻两所述第二压紧块之间的第二皮碗，所述第一托盘和所述第二托盘分别与所述清管器连接轴固定连接，所述第一挡板、所述第一压紧块、所述第一皮碗和所述第一托盘通过第一螺栓连接，所述第二挡板、所述第二压紧块、所述第二皮碗和所述第二托盘通过第二螺栓连接。

Images