CN112198056A - 用于测试管道加载变形的试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于测试管道加载变形的试验系统，包括：用于向测试管道施加载荷的试件夹具，包括：支撑框架、固定于所述支撑框架上的上支座、以及位于所述上支座的下方的滑动支座；所述滑动支座可滑动地安装在所述支撑框架上；所述滑动支座的上端设有下承载弯口，所述上支座的下端设有面向所述下承载弯口的上承载弯口；所述下承载弯口和所述上承载弯口之间用于放置测试管道；用于驱动所述滑动支座向所述测试管道施加载荷的驱动构件；用于测试所述驱动构件施加载荷的载荷测试构件；用于测试所述测试管道变形信号的变形测试构件。

Description

用于测试管道加载变形的试验系统
技术领域
本发明涉及一种用于测试管道加载变形的试验装置，属于试验测试技术领域。
背景技术
油气管道在服役过程中常常会受到多种载荷的共同作用，管道除了承受内压，还会受到覆盖土层和岩石硬物等外部载荷的联合作用。外部载荷会使管道产生弯曲应力并引起横截面“椭圆化”变形，而过大的凹陷变形也会导致管道发生结构性破坏，进而影响管道的正常使用。为了保障油气管道的服役安全性，需要测定管道的加载变形。
目前，国内外尚缺乏有效的满足全尺寸管道性能测试的设备。
发明内容
鉴于上述不足，本发明的一个目的是提供一种用于测试管道加载变形的试验系统，以能够实现管道所受外部载荷的模拟和观测，为管道加载变形的测试提供了技术手段。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于测试管道加载变形的试验系统，包括：
用于向测试管道施加载荷的试件夹具，包括：支撑框架、固定于所述支撑框架上的上支座、以及位于所述上支座的下方的滑动支座；所述滑动支座可滑动地安装在所述支撑框架上；所述滑动支座的上端设有下承载弯口，所述上支座的下端设有面向所述下承载弯口的上承载弯口；所述下承载弯口和所述上承载弯口之间用于放置测试管道；
用于驱动所述滑动支座向所述测试管道施加载荷的驱动构件；
用于测试所述驱动构件施加载荷的载荷测试构件；
用于测试所述测试管道变形信号的变形测试构件。
作为一种优选的实施方式，所述下承载弯口的内表面上还设有下橡胶块；所述上承载弯口的内表面上还设有上橡胶块；所述下橡胶块和上橡胶块的弹性模量为土壤的弹性模量的0.9倍-1.2倍。
作为一种优选的实施方式，所述下承载弯口所对应的圆心角为140度-160度，其直径为测试管道直径的1.2倍；所述上承载弯口所对应的圆心角为140度-160度。
作为一种优选的实施方式，所述下橡胶块沿圆周方向的长度大于所述上橡胶块沿圆周方向的长度，所述下橡胶块和所述上橡胶块居中设置。
作为一种优选的实施方式，所述上支座和所述滑动支座为圆弧钢板和等厚度的平面钢板焊接形成。
作为一种优选的实施方式，所述支撑框架包括框架底座、两个导向立柱、以及固定横梁；两个所述导向立柱以相向设置的方式固定在所述框架底座上；所述固定横梁固定连接在所述框架底座的上端；所述上支座位于两个导向立柱之间并固定连接所述固定横梁；所述导向立柱的内侧壁设有供所述滑动支座滑动地滑轨；所述驱动构件包括支撑于所述滑动支座和所述框架底座之间将所述滑动支座支撑顶起。
作为一种优选的实施方式，所述支撑框架采用矩形闭口钢材焊接形成。
作为一种优选的实施方式，所述驱动构件包括工作行程不小于所述测试管道的0.2倍的管道直径的顶举设备。
作为一种优选的实施方式，所述载荷测试构件包括设置于所述顶举设备和所述框架底座之间的力传感器。
作为一种优选的实施方式，所述变形测试构件包括贴合在所述测试管道外壁上的应变片、以及与所述应变片电性连接的电阻应变仪；所述电阻应变仪连接有设有显示部的控制装置。
有益效果：
本发明一个实施例中的用于测试管道加载变形的试验系统利用试件夹具将测试管道进行夹持，利用驱动构件驱动滑动支座将测试管道挤压施加载荷，进而模拟管道所承受的外部载荷，并利用变形测试构件获得测试管道被夹持挤压过程中变形信号，进而可以模拟管道在埋地环境下的承载能力测试，实现了管道所受外部载荷的模拟和观测，为管道加载变形的测试提供了解决方案。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例所提供的用于测试管道加载变形的试验系统示意图；
图2是图1的试件夹具结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1至图2，本发明提供一种用于测试管道加载变形的试验系统，包括：用于向测试管道施加载荷的试件夹具100，驱动构件200，载荷测试构件300，变形测试构件600。
其中，所述试件夹具100包括：支撑框架、固定于所述支撑框架上的上支座104、以及位于所述上支座104的下方的滑动支座105；所述滑动支座105可滑动地安装在所述支撑框架上。所述滑动支座105的上端设有下承载弯口106，所述上支座104的下端设有面向所述下承载弯口106的上承载弯口102；所述下承载弯口106和所述上承载弯口102之间用于放置测试管道。
所述驱动构件200用于驱动所述滑动支座105向所述测试管道施加载荷。所述载荷测试构件300用于测试所述驱动构件200施加载荷。所述变形测试构件600用于测试所述测试管道变形信号。
本实施例中的用于测试管道加载变形的试验系统利用试件夹具100将测试管道进行夹持，利用驱动构件200驱动滑动支座105将测试管道挤压施加载荷，进而模拟管道所承受的外部载荷，并利用变形测试构件600获得测试管道被夹持挤压过程中变形信号，进而可以模拟管道在埋地环境下的承载能力测试，实现了管道所受外部载荷的模拟和观测，为管道加载变形的测试提供了解决方案。另外，试件夹具100可以露天放置，进而可以直接观测测试管道的形变状态。
在本实施例中，所述下承载弯口106的内表面上还设有下橡胶块109。所述上承载弯口102的内表面上还设有上橡胶块108。为更好地模拟真实的埋地环境，上橡胶块108和下橡胶块109的弹性模量和土壤相近，具体的，所述下橡胶块109和上橡胶块108的弹性模量为土壤的弹性模量的0.9倍-1.2倍。所述下橡胶块109沿圆周方向的长度大于所述上橡胶块108沿圆周方向的长度。下橡胶块109可以将下承载弯口106的弧形内表面全部覆盖，其长度和弧形内表面的长度相同。如此可以利用下橡胶块109模拟地层环压，利用上橡胶块108模拟局部地层压力，进而实现不同地层环境情况下的真实模拟。所述下橡胶块109和所述上橡胶块108居中设置。上橡胶块108和下橡胶块109作为载荷传递介质，介于测试管道和上支座104、滑动支座105之间，能够有效分散载荷。
在本实施例中，下承载弯口106和上承载弯口102均为弧形口。所述下承载弯口106所对应的圆心角为140度-160度。下承载弯口106和上承载弯口102大致相同，为给测试管道提供全面的地层载荷压力，下承载弯口106和上承载弯口102的直径为测试管道直径的0.8倍至1.5倍。具体的，下承载弯口106和上承载弯口102的直径为测试管道直径的1.2倍。所述上承载弯口102所对应的圆心角为140度-160度。
进一步地，所述上支座104和所述滑动支座105为圆弧钢板和等厚度的平面钢板焊接形成。其中，圆弧钢板焊接在平面钢板的一端形成上支座104或滑动支座105。在上支座104上，圆弧钢板焊接在平面钢板的下端，在滑动支座105上，圆弧钢板焊接在平面钢板的上端。圆弧钢板的圆弧长度对应圆心角为150度。
在本实施例中，所述支撑框架采用矩形闭口钢材焊接形成。具体的，所述支撑框架包括框架底座101、两个导向立柱103、以及固定横梁107。两个所述导向立柱103以相向设置的方式固定在所述框架底座101上。所述固定横梁107固定连接在所述框架底座101的上端。所述上支座104位于两个导向立柱103之间并固定连接所述固定横梁107。上支座104可以通过紧固件固定连接固定横梁107。所述导向立柱103的内侧壁设有供所述滑动支座105滑动地滑轨。所述驱动构件200包括支撑于所述滑动支座105和所述框架底座101之间将所述滑动支座105支撑顶起。
其中，导向立柱103的内壁的导轨为设置于内壁上的轨道槽，滑动支座105与导向立柱103相向的侧壁上连接有滚轮，从而降低在支撑框架上滑动所带来的摩擦，如此减少滑动时的阻力对于传递到测试管道上的载荷影响。
在本实施例中，所述驱动构件200包括工作行程不小于所述测试管道的0.2倍的管道直径的顶举设备。顶举设备可以液压顶举设备(例如液压缸、千斤顶)。所述载荷测试构件300包括设置于所述顶举设备和所述框架底座101之间的力传感器。所述的顶举设备具有体积小，重量轻、载荷波动小、控制精度高等特点，其工作行程不小于管道直径的20％，其传递载荷可由力传感器读出。
在本实施例中，所述变形测试构件600包括贴合在所述测试管道外壁上的应变片400、以及与所述应变片400电性连接的电阻应变仪500。该应变片400可以为电阻应变片400。多个电阻应变片400可以贴合在测试管道的不同部位，进而同时测量测试管道不同部位的形变信息。所述电阻应变仪500连接有设有显示部的控制装置。具体的，该控制装置可以为带有显示器的计算器。电阻应变仪500可以通过网线连接控制装置。控制装置还可以电性连接载荷测试构件300以获取驱动构件200所施加的载荷。控制装置可以获取不同载荷下所对应的测试管道的形变信息，并将其以表格或者折线图进行展示。控制装置还可以与驱动构件200相电连接。控制装置具有存储有不同测试载荷的存储器，并根据所存储的不同测试载荷控制驱动构件200施加的载荷大小，实现测试管道的自动化载荷加载。
在需要对测试管道加载变形时，在测试管道的目标形变位置粘贴电阻应变片400，可以在测试管道的周向和/或轴向布置多个电阻应变片400，多个电阻应变片400通过线缆连接电阻应变仪500。电阻应变仪500连接计算机。再将顶举设备的顶杆下降到下死点位置，将测试管道穿入上支座104和滑动支座105之间，并放置在滑动支座105上。操作顶举设备将滑动支座105举升直至将测试管道夹紧。根据载荷测试构件300所测量的载荷大小，调整向测试管道施加的形变载荷。计算机可以读取并显示电阻应变仪500的变形信号。
本文引用的任何数值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种用于测试管道加载变形的试验系统，其特征在于，包括：
用于向测试管道施加载荷的试件夹具，包括：支撑框架、固定于所述支撑框架上的上支座、以及位于所述上支座的下方的滑动支座；所述滑动支座可滑动地安装在所述支撑框架上；所述滑动支座的上端设有下承载弯口，所述上支座的下端设有面向所述下承载弯口的上承载弯口；所述下承载弯口和所述上承载弯口之间用于放置测试管道；
用于驱动所述滑动支座向所述测试管道施加载荷的驱动构件；
用于测试所述驱动构件施加载荷的载荷测试构件；
用于测试所述测试管道变形信号的变形测试构件。
2.如权利要求1所述的用于测试管道加载变形的试验系统，其特征在于，所述下承载弯口的内表面上还设有下橡胶块；所述上承载弯口的内表面上还设有上橡胶块；所述下橡胶块和上橡胶块的弹性模量为土壤的弹性模量的0.9倍-1.2倍。
3.如权利要求1所述的用于测试管道加载变形的试验系统，其特征在于，所述下承载弯口所对应的圆心角为140度-160度，其直径为测试管道直径的1.2倍；所述上承载弯口所对应的圆心角为140度-160度。
4.如权利要求2所述的用于测试管道加载变形的试验系统，其特征在于，所述下橡胶块沿圆周方向的长度大于所述上橡胶块沿圆周方向的长度，所述下橡胶块和所述上橡胶块居中设置。
5.如权利要求1所述的用于测试管道加载变形的试验系统，其特征在于，所述上支座和所述滑动支座为圆弧钢板和等厚度的平面钢板焊接形成。
6.如权利要求1所述的用于测试管道加载变形的试验系统，其特征在于，所述支撑框架包括框架底座、两个导向立柱、以及固定横梁；两个所述导向立柱以相向设置的方式固定在所述框架底座上；所述固定横梁固定连接在所述框架底座的上端；所述上支座位于两个导向立柱之间并固定连接所述固定横梁；所述导向立柱的内侧壁设有供所述滑动支座滑动地滑轨；所述驱动构件包括支撑于所述滑动支座和所述框架底座之间将所述滑动支座支撑顶起。
7.如权利要求6所述的用于测试管道加载变形的试验系统，其特征在于，所述支撑框架采用矩形闭口钢材焊接形成。
8.如权利要求6所述的用于测试管道加载变形的试验系统，其特征在于，所述驱动构件包括工作行程不小于所述测试管道的0.2倍的管道直径的顶举设备。
9.如权利要求8所述的用于测试管道加载变形的试验系统，其特征在于，所述载荷测试构件包括设置于所述顶举设备和所述框架底座之间的力传感器。
10.如权利要求1所述的用于测试管道加载变形的试验系统，其特征在于，所述变形测试构件包括贴合在所述测试管道外壁上的应变片、以及与所述应变片电性连接的电阻应变仪；所述电阻应变仪连接有设有显示部的控制装置。
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