CN111929169B - 一种新型深水测试管柱力学性能实验装置 - Google Patents

一种新型深水测试管柱力学性能实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，其不仅可以实现对管道局部变形或者应变的监测，而且，还能够实现对管道整体变形情况的监测，便于对管道的设计与制造提高依据，本发明在实验时，还可以对不同的水压、不同管内输送压力的实验研究，本发明设置了密封机构，可以有效的保证管道与耐高压实验水槽之间的密封配合，保证耐高压实验水槽内的密封性能，保证内部水压的准确性和实验的可靠性。

Description

一种新型深水测试管柱力学性能实验装置
技术领域
本发明具体是一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，涉及测试管柱动力学技术相关领域。
背景技术
对于深海的管线输送，比如天然气、石油、煤层气等的开采与输送来说，往往在深海中铺设管道，而管道在深海中不仅受到海水的腐蚀，而且由于处于深海中，往往受到较大的水下压力，而且由于管道内输送的流体一般也是利用高压输送，因此，输送的环境对管道的力学性能要求极其严格，因此，需要对输送管道进行力学实验。目前的力学实验装置一般结构比较简单，一般简单的利用多个应变片或应变花进行贴覆后进行检测，这种检测方式仅仅能够实现对管道局部或者局部点变形的检测，难以实现对管道的整体变形（比如弯曲或者扭曲）的综合考量，进而影响对管道力学性能的分析，无法为管道的设计与制造提供更好的设计制造依据与指导。
发明内容
因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种新型深水测试管柱力学性能实验装置。
本发明是这样实现的，构造一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，包括耐高压实验水槽、声学多普勒流速剖面仪、可调压力泵、实验管道、密封机构、应变花和轴向监测组件，其中，所述耐高压实验水槽的顶部通过所述声学多普勒流速剖面仪连通至所述可调压力泵，所述可调压力泵向所述耐高压实验水槽内供应所需压力的水，且能够对所述耐高压实验水槽内的压力进行调节，所述耐高压实验水槽内还通过所述连接管连接至外部，所述耐高压实验水槽内设置有所述实验管道，所述实验管道的两端穿出所述耐高压实验水槽，所述实验管道上贴覆设置有多组所述应变花，其特征在于，所述实验管道穿出所述耐高压实验水槽的位置设置有所述密封机构；
各组所述应变花在所述实验管道的轴向方向上间隔设置，且每组所述应变花包括多个沿着实验管道圆周阵列设置的应变花；
所述轴向监测组件包括标准定位块、光学发射探头组、光学接收片组和定位片，其中，
所述实验管道上沿着其轴向方向还贴覆固定设置有多组所述定位片，每个所述定位片上上下密集间隔的设置有多个光学接收器，各个所述光学接收器构设为所述光学接收片组；
所述实验管道的四周设置有固定在耐高压实验水槽内壁上的所述标准定位块，所述标准定位块与所述定位片一一相对的对应设置，所述标准定位块上设置有多个上下密集间隔设置的光学发射探头，多个所述光学发射探头构设为所述光学发射探头组，且所述光学接收片组与所述光学发射探头组相对应设置，所述光学发射探头与所述光学接收器构设为激光测距仪；
还包括控制器，所述控制器能够根据所述光学接收器接收到的所述光学发射探头的情况来计算二者之间的间距或者间距变化，且所述控制器能够根据各个所述间距或间距变化来得到所述实验管道外形轮廓的变化。
进一步，作为优选，所述连接管上串联的设置有流量阀和压力调节控制阀，所述压力调节控制阀与所述可调压力泵的压力相适应。
进一步，作为优选，所述耐高压实验水槽的外部设置有信号输出管线，所述信号输出管线内穿过设置有信号线，各个信号线分别连接至所述应变花、光学发射探头与光学接收器。
进一步，作为优选，所述密封机构包括活动板、限位圈、齿圈、齿轮、螺杆、上法兰、迫紧橡胶圈和下法兰，其中，所述活动板顶端边沿处焊接有限位圈，所述齿圈底端沿限位圈进行转动，所述齿圈内壁与齿轮相互啮合，所述齿轮底端圆心处焊接有螺杆，所述螺杆底端贯穿活动板与上法兰螺纹连接，所述上法兰顶端中部设置有迫紧橡胶圈，所述迫紧橡胶圈套接在测试管柱外侧，且迫紧橡胶圈顶端贯穿活动板伸出，所述上法兰底端通过螺栓与下法兰相互锁固，所述下法兰内侧与隔水管柱固定连接，所述耐高压实验水槽对应所述密封机构的位置设置有供所述密封机构伸入的通孔，所述通孔处设置有内密封连接肩、中间密封肩和外密封肩，所述内密封连接肩延伸至所述上法兰与下法兰之间的区域内，所述中间密封肩密封压紧于所述上法兰与所述活动板之间，且所述中间密封肩的端壁抵靠住所述迫紧橡胶圈的外周壁，所述外密封肩为可变形薄片结构，所述外密封肩限位于所述齿圈与所述限位圈之间。
进一步，作为优选，所述实验管道的一端与气体输送供应泵连通，所述实验管道的另一端通过可调压式稳压阀连接至气体收集器，所述气体输送供应泵输送的压力能够调节设置，以便调节所述实验管道内输送气流的压力。
进一步，作为优选，所述应变花设置有八组，每组所述应变花至少包括六个应变花。
进一步，作为优选，所述耐高压实验水槽上还安装有机械流速仪。
进一步，作为优选，所述螺杆为圆周阵列布置的四个。
进一步，作为优选，所述下法兰的上端面、上法兰的上端面和下端面、所述活动板的下端面均设置有密封橡胶圈。
进一步，作为优选，本发明还提供了一种利用本发明所述一种新型深水测试管柱力学性能实验装置对实验管柱进行力学实验的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
（一）、将实验管柱利用所述密封机构密封穿过的安装在所述耐高压实验水槽内，保证耐高压实验水槽的密封性能；
（二）、利用可调压力泵向耐高压实验水槽内泵入水，在泵入时逐步控制耐高压实验水槽内的压力值，以便使其内部的水压达到设定值，在泵入水的同时，利用气体输送供应泵将氮气泵入实验管道内，并将稳压至一定值内；
（三）、控制器实时收集应变花的应变数据，且控制器实时根据所述光学接收器接收到的所述光学发射探头的情况，并根据该情况来计算定位片与标准定位块之间不同位置的间距或者间距变化，同时，所述控制器根据各个所述间距或间距变化来得到所述实验管道外形轮廓的变化；
（四）、逐步增大气体输送供应泵泵入实验管道内的压力和/或增大耐高压实验水槽内的水压，并不断收集应变花的应变数据以及监测所述实验管道外形轮廓的变化。
本发明具有如下优点：本发明通过改进在此提供一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，与同类型设备相比，具有如下改进：
本发明所述一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，其不仅可以实现对管道局部变形或者应变的监测，而且，还能够实现对管道整体变形情况的监测，便于对管道的设计与制造提高依据，本发明在实验时，还可以对不同的水压、不同管内输送压力的实验研究，本发明设置了密封机构，可以有效的保证管道与耐高压实验水槽之间的密封配合，保证耐高压实验水槽内的密封性能，保证内部水压的准确性和实验的可靠性。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明轴向监测组件的安装结构示意图；
图3是本发明实验管道上应变花的安装结构剖面图；
图4是本发明密封机构结构示意图；
图5是本发明密封机构结构剖面图。
实施方式
下面将结合附图1-5对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明通过改进在此提供一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，包括耐高压实验水槽1、声学多普勒流速剖面仪4、可调压力泵、实验管道5、密封机构52、应变花56和轴向监测组件，其中，所述耐高压实验水槽的顶部通过所述声学多普勒流速剖面仪4连通至所述可调压力泵，所述可调压力泵向所述耐高压实验水槽内供应所需压力的水，且能够对所述耐高压实验水槽内的压力进行调节，所述耐高压实验水槽内还通过所述连接管6连接至外部，所述耐高压实验水槽1内设置有所述实验管道，所述实验管道的两端穿出所述耐高压实验水槽1，所述实验管道上贴覆设置有多组所述应变花，其特征在于，所述实验管道穿出所述耐高压实验水槽1的位置设置有所述密封机构；
各组所述应变花在所述实验管道的轴向方向上间隔设置，且每组所述应变花包括多个沿着实验管道圆周阵列设置的应变花；
所述轴向监测组件包括标准定位块108、光学发射探头组10、光学接收片组和定位片9，其中，
所述实验管道上沿着其轴向方向还贴覆固定设置有多组所述定位片，每个所述定位片上上下密集间隔的设置有多个光学接收器，各个所述光学接收器构设为所述光学接收片组；
所述实验管道的四周设置有固定在耐高压实验水槽1内壁上的所述标准定位块108，所述标准定位块108与所述定位片一一相对的对应设置，所述标准定位块108上设置有多个上下密集间隔设置的光学发射探头，多个所述光学发射探头构设为所述光学发射探头组，且所述光学接收片组与所述光学发射探头组相对应设置，所述光学发射探头与所述光学接收器构设为激光测距仪；
还包括控制器，所述控制器能够根据所述光学接收器接收到的所述光学发射探头的情况来计算二者之间的间距或者间距变化，且所述控制器能够根据各个所述间距或间距变化来得到所述实验管道外形轮廓的变化。
在本实施例中，所述连接管上串联的设置有流量阀7和压力调节控制阀8，所述压力调节控制阀与所述可调压力泵的压力相适应。
所述耐高压实验水槽的外部设置有信号输出管线2，所述信号输出管线内穿过设置有信号线，各个信号线分别连接至所述应变花、光学发射探头与光学接收器。
所述密封机构52包括活动板521、限位圈522、齿圈523、齿轮524、螺杆525、上法兰526、迫紧橡胶圈527和下法兰528，其中，所述活动板521顶端边沿处焊接有限位圈522，所述齿圈523底端沿限位圈522进行转动，所述齿圈523内壁与齿轮524相互啮合，所述齿轮524底端圆心处焊接有螺杆525，所述螺杆525底端贯穿活动板521与上法兰526螺纹连接，所述上法兰526顶端中部设置有迫紧橡胶圈527，所述迫紧橡胶圈527套接在测试管柱53外侧，且迫紧橡胶圈527顶端贯穿活动板521伸出，所述上法兰526底端通过螺栓与下法兰528相互锁固，所述下法兰528内侧与隔水管柱51固定连接，所述耐高压实验水槽1对应所述密封机构的位置设置有供所述密封机构伸入的通孔，所述通孔处设置有内密封连接肩、中间密封肩和外密封肩，所述内密封连接肩延伸至所述上法兰与下法兰之间的区域内，所述中间密封肩密封压紧于所述上法兰与所述活动板521之间，且所述中间密封肩的端壁抵靠住所述迫紧橡胶圈527的外周壁，所述外密封肩为可变形薄片结构，所述外密封肩限位于所述齿圈与所述限位圈之间。
所述实验管道的一端与气体输送供应泵连通，所述实验管道的另一端通过可调压式稳压阀连接至气体收集器，所述气体输送供应泵输送的压力能够调节设置，以便调节所述实验管道内输送气流的压力。
所述应变花56设置有八组，每组所述应变花至少包括六个应变花。
所述耐高压实验水槽1上还安装有机械流速仪3。
所述螺杆525为圆周阵列布置的四个。
所述下法兰的上端面、上法兰的上端面和下端面、所述活动板的下端面均设置有密封橡胶圈。
此外，本发明还提供了一种利用本发明所述一种新型深水测试管柱力学性能实验装置对实验管柱进行力学实验的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
（一）、将实验管柱利用所述密封机构密封穿过的安装在所述耐高压实验水槽内，保证耐高压实验水槽的密封性能；
（二）、利用可调压力泵向耐高压实验水槽内泵入水，在泵入时逐步控制耐高压实验水槽内的压力值，以便使其内部的水压达到设定值，在泵入水的同时，利用气体输送供应泵将氮气泵入实验管道内，并将稳压至一定值内；
（三）、控制器实时收集应变花56的应变数据，且控制器实时根据所述光学接收器接收到的所述光学发射探头的情况，并根据该情况来计算定位片与标准定位块之间不同位置的间距或者间距变化，同时，所述控制器根据各个所述间距或间距变化来得到所述实验管道外形轮廓的变化；
（四）、逐步增大气体输送供应泵泵入实验管道内的压力和/或增大耐高压实验水槽内的水压，并不断收集应变花56的应变数据以及监测所述实验管道外形轮廓的变化。
本发明所述一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，其不仅可以实现对管道局部变形或者应变的监测，而且，还能够实现对管道整体变形情况的监测，便于对管道的设计与制造提高依据，本发明在实验时，还可以对不同的水压、不同管内输送压力的实验研究，本发明设置了密封机构，可以有效的保证管道与耐高压实验水槽之间的密封配合，保证耐高压实验水槽内的密封性能，保证内部水压的准确性和实验的可靠性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,并且本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买,异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制,各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中,常规的型号,加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式,在此不再详述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，包括耐高压实验水槽（1）、声学多普勒流速剖面仪（4）、可调压力泵、实验管道（5）、密封机构（52）、应变花（56）和轴向监测组件，其中，所述耐高压实验水槽（1）的顶部通过所述声学多普勒流速剖面仪（4）连通至所述可调压力泵，所述可调压力泵向所述耐高压实验水槽（1）内供应所需压力的水，且能够对所述耐高压实验水槽（1）内的压力进行调节，所述耐高压实验水槽（1）内还通过连接管（6）连接至外部，所述耐高压实验水槽（1）内设置有所述实验管道（5），所述实验管道（5）的两端穿出所述耐高压实验水槽（1），所述实验管道（5）上贴覆设置有多组所述应变花（56），其特征在于，所述实验管道（5）穿出所述耐高压实验水槽（1）的位置设置有所述密封机构（52）；
各组所述应变花（56）在所述实验管道（5）的轴向方向上间隔设置，且每组所述应变花（56）包括多个沿着实验管道（5）圆周阵列设置的应变花（56）；
所述轴向监测组件包括标准定位块（108）、光学发射探头组（10）、光学接收片组和定位片（9），其中，
所述实验管道（5）上沿着其轴向方向还贴覆固定设置有多组所述定位片（9），每个所述定位片（9）上上下密集间隔的设置有多个光学接收器，各个所述光学接收器构设为所述光学接收片组；
所述实验管道（5）的四周设置有固定在耐高压实验水槽（1）内壁上的所述标准定位块（108），所述标准定位块（108）与所述定位片（9）一一相对的对应设置，所述标准定位块（108）上设置有多个上下密集间隔设置的光学发射探头，多个所述光学发射探头构设为所述光学发射探头组（10），且所述光学接收片组与所述光学发射探头组（10）相对应设置，所述光学发射探头与所述光学接收器构设为激光测距仪；
还包括控制器，所述控制器能够根据所述光学接收器接收到的所述光学发射探头的情况来计算二者之间的间距或者间距变化，且所述控制器能够根据各个所述间距或间距变化来得到所述实验管道（5）外形轮廓的变化；
所述密封机构（52）包括活动板（521）、限位圈（522）、齿圈（523）、齿轮（524）、螺杆（525）、上法兰（526）、迫紧橡胶圈（527）和下法兰（528），其中，所述活动板（521）顶端边沿处焊接有限位圈（522），所述齿圈（523）底端沿限位圈（522）进行转动，所述齿圈（523）内壁与齿轮（524）相互啮合，所述齿轮（524）底端圆心处焊接有螺杆（525），所述螺杆（525）底端贯穿活动板（521）与上法兰（526）螺纹连接，所述上法兰（526）顶端中部设置有迫紧橡胶圈（527），所述迫紧橡胶圈（527）套接在测试管柱（53）外侧，且迫紧橡胶圈（527）顶端贯穿活动板（521）伸出，所述上法兰（526）底端通过螺栓与下法兰（528）相互锁固，所述下法兰（528）内侧与隔水管柱（51）固定连接，所述耐高压实验水槽（1）对应所述密封机构（52）的位置设置有供所述密封机构（52）伸入的通孔，所述通孔处设置有内密封连接肩、中间密封肩和外密封肩，所述内密封连接肩延伸至所述上法兰（526）与下法兰（528）之间的区域内，所述中间密封肩密封压紧于所述上法兰（526）与所述活动板（521）之间，且所述中间密封肩的端壁抵靠住所述迫紧橡胶圈（527）的外周壁，所述外密封肩为可变形薄片结构，所述外密封肩限位于所述齿圈（523）与所述限位圈（522）之间。
2.根据权利要求1所述一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，其特征在于：所述连接管（6）上串联的设置有流量阀（7）和压力调节控制阀（8），所述压力调节控制阀与所述可调压力泵的压力相适应。
3.根据权利要求1所述一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，其特征在于：所述耐高压实验水槽（1）的外部设置有信号输出管线（2），所述信号输出管线内穿过设置有信号线，各个信号线分别连接至所述应变花（56）、光学发射探头与光学接收器。
4.根据权利要求1所述一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，其特征在于：所述实验管道（5）的一端与气体输送供应泵连通，所述实验管道（5）的另一端通过可调压式稳压阀连接至气体收集器，所述气体输送供应泵输送的压力能够调节设置，以便调节所述实验管道（5）内输送气流的压力。
5.根据权利要求1所述一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，其特征在于：所述应变花（56）设置有八组，每组所述应变花（56）至少包括六个应变花（56）。
6.根据权利要求1所述一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，其特征在于：所述耐高压实验水槽（1）上还安装有机械流速仪（3）。
7.根据权利要求1所述一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，其特征在于：所述螺杆（525）为圆周阵列布置的四个。
8.根据权利要求7所述一种新型深水测试管柱力学性能实验装置，其特征在于：所述下法兰（528）的上端面、上法兰（526）的上端面和下端面、所述活动板（521）的下端面均设置有密封橡胶圈。
9.一种利用权利要求1-8任意一项所述一种新型深水测试管柱力学性能实验装置对实验管柱进行力学实验的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
（一）、将实验管柱利用所述密封机构（52）密封穿过的安装在所述耐高压实验水槽（1）内，保证耐高压实验水槽（1）的密封性能；
（二）、利用可调压力泵向耐高压实验水槽（1）内泵入水，在泵入时逐步控制耐高压实验水槽（1）内的压力值，以便使其内部的水压达到设定值，在泵入水的同时，利用气体输送供应泵将氮气泵入实验管道（5）内，并将稳压至一定值内；
（三）、控制器实时收集应变花（56）的应变数据，且控制器实时根据所述光学接收器接收到的所述光学发射探头的情况，并根据该情况来计算定位片（9）与标准定位块（108）之间不同位置的间距或者间距变化，同时，所述控制器根据各个所述间距或间距变化来得到所述实验管道（5）外形轮廓的变化；
（四）、逐步增大气体输送供应泵泵入实验管道（5）内的压力和/或增大耐高压实验水槽（1）内的水压，并不断收集应变花（56）的应变数据以及监测所述实验管道（5）外形轮廓的变化。
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