CN112304790A - 一种供热直埋管道疲劳试验方法 - Google Patents

一种供热直埋管道疲劳试验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112304790A
CN112304790A CN202011496712.9A CN202011496712A CN112304790A CN 112304790 A CN112304790 A CN 112304790A CN 202011496712 A CN202011496712 A CN 202011496712A CN 112304790 A CN112304790 A CN 112304790A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pipeline
test
fatigue
buried
heat supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011496712.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112304790B (zh
Inventor
王飞
景胜蓝
雷勇刚
宋翀芳
王国伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tangshan Xingbang Pipe Construction Equipment Co ltd
Original Assignee
Shanxi Ligong Hongri Energy Saving Service Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanxi Ligong Hongri Energy Saving Service Co ltd filed Critical Shanxi Ligong Hongri Energy Saving Service Co ltd
Priority to CN202011496712.9A priority Critical patent/CN112304790B/zh
Publication of CN112304790A publication Critical patent/CN112304790A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112304790B publication Critical patent/CN112304790B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
    • G01N3/36—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces generated by pneumatic or hydraulic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
    • G01N3/38—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces generated by electromagnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0001—Type of application of the stress
    • G01N2203/0005—Repeated or cyclic
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0017—Tensile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0019—Compressive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0026—Combination of several types of applied forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means
    • G01N2203/0048—Hydraulic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/005—Electromagnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0073—Fatigue
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022—Environment of the test
    • G01N2203/0222—Temperature
    • G01N2203/0226—High temperature; Heating means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022—Environment of the test
    • G01N2203/0222—Temperature
    • G01N2203/0228—Low temperature; Cooling means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022—Environment of the test
    • G01N2203/0236—Other environments
    • G01N2203/0242—With circulation of a fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/025—Geometry of the test
    • G01N2203/0252—Monoaxial, i.e. the forces being applied along a single axis of the specimen
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/025—Geometry of the test
    • G01N2203/0254—Biaxial, the forces being applied along two normal axes of the specimen
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/026—Specifications of the specimen
    • G01N2203/0262—Shape of the specimen
    • G01N2203/0274—Tubular or ring-shaped specimens
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
    • G01N2203/0682—Spatial dimension, e.g. length, area, angle
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
    • G01N2203/0694—Temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Abstract

本发明公开了一种供热直埋管道疲劳试验方法，其特征在于，将管道按照施工要求模拟埋设，再将管道两端接入循环冷热水模拟其工作状况，对管道两端进行轴向约束监控并模拟其轴向受力情况，记录管道在不同参数因素作用下直至产生疲劳破坏现象的循环次数，得到管道的S‑N疲劳寿命曲线。本发明能够更好地对直埋管道工作状态下的力学性能进行研究和检测；使其能够更加准确地反应管道工作状态下的使用寿命，以利于对管道进行研究改进或者生产、施工检验，使管道达到预期使用寿命。

Description

一种供热直埋管道疲劳试验方法
技术领域
本发明涉及直埋管道领域，具体涉及一种供热直埋管道的疲劳试验方法。
背景技术
供热直埋管道是我国集中供热工程中最常采用的管道敷设方式。供热直埋管道的运行安全关乎城市工作、生活等方方面面。目前研究表明，供热直埋管道工作时承受到自重、管内流体压力、管外受到周围土壤静压力、机动车动土压力等复杂载荷作用，供热直埋管道的应力状态的确定是非常复杂的。因此，怎样研究检测供热直埋管道在复杂载荷作用条件下的力学性能是保证其安全运行的前提，也是设计、管理和评估管道寿命的重要依据。
CN201720070768.5公开了一种测定预制直埋保温管道切向剪切强度的试验装置，其包括套设在试样管道外侧的外抱瓦、分别设置在外抱瓦两端的夹固装置和扭力装置，外抱瓦两端侧壁上分别沿外抱瓦轴向开设有第一凹槽和第二凹槽；夹固装置包括夹固在试样管道保温层外侧的内抱瓦和设置在内抱瓦上的第一限位杆，第一限位杆一端固定在内抱瓦外侧壁上，另一端卡固在相应的第一凹槽内；扭力装置包括卡固在第二凹槽内的第二限位杆和设置在第二限位杆上的连接件，第二限位杆与外抱瓦轴向垂直设置，连接件另一端与扭矩扳手连接。该实用新型结构简单，操作便捷，检测成本低，便于现场和实验室使用。
CN201920608601.9还公开了一种测定预制直埋保温管道切向剪切强度的试验装置，包括安装板、底座和支撑侧板，所述底座顶部一端通过螺栓安装有安装板，所述底座顶部另一端通过固定槽安装有支撑侧板，所述支撑侧板顶部通过螺丝安装有机壳，所述机壳内底部一端通过安装座安装有伺服电机，所述安装板顶部一端焊接有滑轨，所述滑轨顶部设置有安装支架，所述伺服电机的输出轴贯穿机壳底端且连接有丝杆，所述丝杆外侧套设有丝块，所述丝块一端连接有固定片。该实用新型方便对保温管进行夹持，能方便检测拉力大小，还能方便记录实验数据，适合被广泛推广和使用。
但上述现有的供热直埋管道试验技术，均仅仅停留在直接检测管道未工作状态下聚氨酯保温层和钢管保护层外壳的剪切强度。仅仅属于保温层结构强度的检测，没有对供热直埋管道及其管件在工作状态下整体的力学性能进行测试，特别是介质管道及其管件承受流体内压力、热应力等作用下的一次应力破坏、二次应力破坏以及峰值应力的疲劳破坏。直到目前为止，尚缺乏针对供热直埋管道及其管件疲劳性能的测试方法和试验台。
随着我国城镇化速度不断加快，供热直埋管道的长度2018年已达到近24万公里。但是，据文献报道我国目前供热直埋管道的实际使用寿命仅仅15到20年，而北欧直埋管道的使用寿命50到70年，与预期管道疲劳寿命还有很大的差距，提高我国供热管道供热直埋管道结构的使用寿命刻不容缓。我国现行的《城镇供热直埋热水管道技术规程》（CJJ81）给出了供热直埋管道供热直埋管道应力计算和分析方法，但是许用应力则采用的是管道材料试验件的疲劳试验结果，在设计、评估管道时取适当的安全系数进行修正，缺乏基于全尺寸供热直埋管道供热直埋管道结构的疲劳试验结果。无法更好地保证直埋管道的质量要求。因此，研究全尺寸供热直埋管道疲劳试验，关系到供热直埋管道结构的经济性、安全性和可靠性；可以为管道的设计、管理和评估管道寿命提供科学支撑，以利于对管道进行研究改进或者生产、施工检验，使其达到预期使用寿命。
综上所述，如何研发一种能够对供热直埋管道工作状态下的力学性能进行研究和检测的技术，以利于对管道进行研究改进或者生产、施工检验，对于提高供热直埋管道的力学性能，使其达到预期使用寿命具有重要意义。是我国供热事业快速发展当中面临的科学技术瓶颈，是本领域技术人员亟待考虑解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够更好地对供热直埋管道工作状态下的性能进行研究和检测的供热直埋管道疲劳试验方法；使其能够更加准确地反应管道工作状态下的力学性能情况，以利于对管道进行研究改进或者生产、施工检验，达到预期使用寿命要求。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种供热直埋管道疲劳试验方法，其特征在于，将管道按照施工要求模拟埋设在一个试验用容置体中，再将管道两端接入循环冷热水模拟其工作状况，对管道两端进行轴向约束监控并模拟其轴向受力情况，记录管道在不同参数因素（可以是管土相互作用、热媒等因素）作用下直至产生疲劳破坏现象的循环次数，得到管道的S-N疲劳寿命曲线。
这样，本发明能够模拟管道具体工作情况进行试验，得到管道在工作模拟情况下的S-N疲劳寿命曲线，使其能够更加准确地反应管道工作情况下的力学性能，以更好地进行管道设计研究以及使用寿命评估，以利于对管道进行研究改进或者生产、施工检验。其中两端理解为至少两个端部，即如果是三通管道则三个端部均需接入循环冷热水。
其中，所述疲劳破坏现象可以为管道外表产生形变或者漏水。以此作为评估，可以试验判断管道使用寿命。本发明能够获得直埋管道在经历了最大应力范围循环作用下产生疲劳破坏现象的循环次数，以此判断当使用年限内超过该次数，管道薄弱处，如缺陷、折角、三通、变径、弯头等处即大概率会出现开裂、漏水、直至断裂等情况，实现寿命评估。
进一步地，试验时在管道竖直方向上施加力模拟其竖直方向所受载荷情况。
这样，可以进一步深度模拟管道实际工作时竖直方向受力状况，提高试验结果准确度和可靠等。
进一步地，试验时对管道表面的温度、位移量和应变力进行检测，采集记录其数据变化情况。
这样可以更好地为进一步进行管道性能研究提供参数依据。
进一步地，本方法采用以下的疲劳试验装置实现，所述试验装置包括一个模拟管槽，模拟管槽下部沿长度方向的两端各开设有一个用于供试验管道端部穿出的孔洞，还包括供水模拟系统，供水模拟系统包括循环水管和连接在循环水管上的循环泵与温控装置，循环水管的两端为用于和试验管道相接的管道连接端；还包括设置在模拟管槽两端孔洞外部的管道轴向约束加载装置，管道轴向约束加载装置能够对管道提供轴向约束加载。
这样，上述试验装置使用时，可以将试验管道安装到模拟管槽下部，使其两端从孔洞露出，然后模拟管槽内填充好回填砂将试验管道掩埋，再将循环水管的管道连接端和试验管道两端连接，将管道轴向约束加载装置安装到管道两端形成轴向约束，再利用循环泵为试验管道提供循环供水，利用温控装置控制水温，利用循环泵控制流量和水压，模拟管道实际工作情况。故本装置能够在模拟管道实际工作情况下进行疲劳试验，检验评估其真实的疲劳极限值和使用寿命。
进一步地，所述温控装置，包括一个加热管路和一个冷却管路，加热管路和冷却管路并联到循环水管中，加热管路上设置有控制用加热装置和阀门，冷却管路上设置有控制用冷却装置和阀门。
这样，试验控制时，可以先打开加热管路开启加热装置，对试验管道提供热水，一次循环或者若干时间后，切换为冷却管路为试验管道提供冷水，模拟供热管道一次循环结束。这样反复交替供应冷热水，可更好地检测管道在冷热交替循环状态下的性能变化。
进一步地，供水模拟系统还包括一个模拟用冷却装置，模拟用冷却装置串联到循环水管内。
这样，模拟用冷却装置可以模拟用户用暖情况，将一次供热循环的热水降温后回到控制端，方便切换为冷却水供应。
进一步地，循环水管的管道连接端包括一个堵头，堵头为弹性材料的锥台形，其小直径端小于试验管道内径，大直径端大于管道内径，循环水管从堵头大直径端穿出到小直径端。
这样，能够方便快捷地实现循环水管和试验管道的连接，避免漏水，且采用封堵的方式连接，能够更好地避免和管道轴向约束加载装置产生干扰。
进一步地，所述管道轴向约束加载装置，包括一个载荷加载装置，载荷加载装置具有一个正对试验管道轴心方向的伸缩轴，伸缩轴前端具有一个用于和试验管道端部固定相接的连接头，连接头内设置有能够检测轴向载荷大小的测力传感器，测力传感器和控制中心连接。
这样，载荷加载装置不仅仅能够对试验管道提供轴向约束，模拟管道填埋使用时受轴向约束情况。同时还可以主动对试验管道轴向载荷进行加载，直接模拟试验管道受冷热变化时，因为热胀冷缩导致轴向载荷的变动情况。这样，基于此方式，可以在试验时采用主动对管道轴向载荷进行正向和反向的反复加载（即反复压缩和拉伸），来模拟管道受冷热水交换循环的情况。这样将冷热水一次循环替换为直接对管道施加轴向拉压一次循环，可以极大地缩短试验时间。
进一步地，所述连接头，包括一个位于前端用于和试验管道对接的法兰盘，法兰盘后端面上同轴向固定连接有一个对接筒，对接筒上开设有循环水管让位槽，对接筒后端固定有一块安装板，安装板上向后连接有一个呈L形的第一连接板，第一连接板和安装板之间形成一个检测腔，连接头还包括一个固定在伸缩轴上的第二连接板，第二连接板前端呈L形且插接入检测腔中，第二连接板位于检测腔中部分的前后两侧各设置有一个测力传感器。
这样，第二连接板前侧的测力传感器可以在伸缩轴伸出加载压力时，更加精确地检测监控该压力大小，第二连接板后侧的测力传感器可以在伸缩轴缩回施加拉力时，更加精确地检测监控该拉力的大小；故能够使得试验过程中，对试验管道的压缩和拉伸的加载监控更加精确可靠。使用时，待循环水管安装到试验管道后，再将法兰盘和试验管道端部的法兰盘（如果试验管道为不具有法兰盘的管道，则先在管道端部焊接法兰盘）对接，并使得循环水管从对接筒上的循环水管让位槽中引出即可。故本连接头结构同时具有结构简单，传力稳定可靠，能够和循环水管配合使用不会产生干扰的优点。
进一步地，还包括数据采集系统，数据采集系统包括用于间隔地安装在试验管道表面的多组应变片、位移传感器和温度传感器，所述应变片、位移传感器和温度传感器与控制中心相连。
这样，可以在试验过程中，监测和记录试验管道在试验过程中的应变、位移和温度，其中应变和位移达到预设阈值时，可以判定为产生疲劳破坏现象；或者可以用于监测应变和位移使其被控制在预设阈值进行试验。
进一步地，还包括竖直载荷模拟装置，竖直载荷模拟装置包括位于模拟管槽上端的盖板，盖板使用时盖设在回填砂上且四周保持和模拟管槽侧壁呈浮动状态，盖板上设置有可移动小车。
这样，可以定向模拟道路下方安装管道的实际工作情况，可移动小车的重量和移动速度，可以根据实际管道上所受的机动车辆的特点进行设置。这样获得的数据可更加真实的反应道路下方管道的性能。
综上所述，本发明能够对供热直埋管道工作状态下的管道力学性能进行研究和检测；使其能够更加准确地反应管道工作状态下的疲劳破坏现象，以利于对管道进行研究改进或者生产、施工检验。
附图说明
图1为本发明实施采用的试验装置使用时的结构示意图。
图2为图1中单独连接头的局部结构示意图。
图3为本发明实施时，采用带有角度的弯管试验的示意图。
图4为本发明实施时，采用带变径管件管道试验的示意图。
图5为本发明实施时，采用带有折角管件管道试验的示意图。
图6为本发明实施时，采用带有三通管件管道试验的示意图。
图7为本发明实施时，供水模拟系统采用另外一种结构的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
具体实施时：参见图1-2所示（图中箭头表示流动方向），一种供热直埋管道疲劳试验方法，本方法中，将管道按照施工要求模拟埋设在一个试验用容置体中，再将管道两端接入循环冷热水模拟其工作状况，对管道两端进行轴向约束监控并模拟其轴向受力情况，记录管道在不同参数因素作用下直至产生疲劳破坏现象的循环次数，得到管道的S-N疲劳寿命曲线。
这样，本发明能够模拟管道具体工作情况进行试验，得到管道在工作模拟情况下的S-N疲劳寿命曲线，使其能够更加准确地反应管道工作情况下的力学性能，以更好地进行管道设计研究以及使用寿命评估。其中不同参数因素包括循环水温度，水压力，水流速，轴向载荷力，所述循环次数可以是加热水冷暖变化循环次数（此时轴向载荷装置保持固定不主动施加力，只记录轴向力的变化），得到的S-N曲线表达式用于管道设计寿命评估。
其中，所述疲劳破坏现象可以为管道外表产生形变或者漏水。以此作为评估，可以试验判断管道使用寿命。
实施时，还可以在管道竖直方向上施加力模拟其竖直方向所受载荷情况。
这样，可以进一步深度模拟管道实际工作时竖直方向受力状况，提高试验结果准确度和可靠等。
试验时对管道表面的温度、位移量和应变力进行检测，采集记录其数据变化情况。
这样可以更好地为进一步进行管道性能研究提供参数依据。
具体地说，本方法采用以下的疲劳试验装置实现，所述试验装置包括一个模拟管槽1，模拟管槽1下部沿长度方向的两端各开设有一个用于供试验管道4端部穿出的孔洞2，还包括供水模拟系统，供水模拟系统包括循环水管3和连接在循环水管上的循环泵5与温控装置，循环水管3的两端为用于和试验管道4相接的管道连接端；还包括设置在模拟管槽两端孔洞外部的管道轴向约束加载装置，管道轴向约束加载装置能够对管道提供轴向约束加载。
这样，上述试验装置使用时，可以将试验管道安装到模拟管槽下部，使其两端从孔洞露出，然后模拟管槽内填充好回填砂将试验管道掩埋，再将循环水管的管道连接端和试验管道两端连接，将管道轴向约束加载装置安装到管道两端形成轴向约束，再利用循环泵为试验管道提供循环供水，利用温控装置控制水温，利用循环泵控制流量和水压，模拟管道实际工作情况。故本装置能够在模拟管道实际工作情况下进行疲劳试验，检验评估其真实的疲劳极限值和使用寿命。
其中，所述温控装置，包括一个加热管路和一个冷却管路，加热管路和冷却管路并联到循环水管中，加热管路上设置有控制用加热装置6和阀门，冷却管路上设置有控制用冷却装置7和阀门。
这样，试验控制时，可以先打开加热管路开启加热装置，对试验管道提供热水，一次循环或者若干时间后，切换为冷却管路为试验管道提供冷水，模拟供热管道一次循环结束。这样反复交替供应冷热水，可更好地检测管道在冷热交替循环状态下的性能变化。其中加热装置可以采用电加热模块加热，方便控制。冷却装置可以采用（流动的 ）冷却水容器进行换热冷却。其各自自身结构可为常规技术，不在此详述。
其中，供水模拟系统还包括一个模拟用冷却装置8，模拟用冷却装置串联到循环水管内。
这样，模拟用冷却装置可以模拟用户用暖情况，将一次供热循环的热水降温后回到控制端，方便切换为冷却水供应。
具体实施时，供水模拟系统还可以采用图7所示的结构模式，即将加热管路、冷却管路和模拟用冷却装置各自并联一个阀门后串联到加热管路上。这样，可以方便根据需要切换控制加热管路、冷却管路和模拟用冷却装置工作。
其中，循环水管3的管道连接端包括一个堵头9，堵头为弹性材料的锥台形，其小直径端小于试验管道内径，大直径端大于管道内径，循环水管从堵头大直径端穿出到小直径端。
这样，能够方便快捷地实现循环水管和试验管道的连接，避免漏水，且采用封堵的方式连接，能够更好地避免和管道轴向约束加载装置产生干扰。
其中，所述管道轴向约束加载装置，包括一个载荷加载装置10，载荷加载装置10具有一个正对试验管道轴心方向的伸缩轴11，伸缩轴11前端具有一个用于和试验管道端部固定相接的连接头12，连接头12内设置有能够检测轴向载荷大小的测力传感器13，测力传感器13和控制中心14连接。
这样，载荷加载装置不仅仅能够对试验管道提供轴向约束，模拟管道填埋使用时受轴向约束情况。同时还可以主动对试验管道轴向载荷进行加载，直接模拟试验管道受冷热变化时，因为热胀冷缩导致轴向载荷的变动情况。这样，基于此方式，可以在试验时采用主动对管道轴向载荷进行正向和反向的反复加载（即反复压缩和拉伸），来模拟管道受冷热水交换循环的情况。这样将冷热水一次循环替换为直接对管道施加轴向拉压一次循环，可以极大地缩短试验时间。同时值得说明的是此种试验方法，申请人另外单独申请了专利进行保护，如果他人实施此种试验方式，仍然会侵犯到申请人保护权利。其中载荷加载装置，可以是电动推杆，电缸，液压缸等动力装置，具体结构不在此详述。
其中，所述连接头，包括一个位于前端用于和试验管道对接的法兰盘15，法兰盘15后端面上同轴向固定连接有一个对接筒16，对接筒16上开设有循环水管让位槽，对接筒后端固定有一块安装板17，安装板17上向后连接有一个呈L形的第一连接板18，第一连接板18和安装板之间形成一个检测腔，连接头还包括一个固定在伸缩轴上的第二连接板19，第二连接板19前端呈L形且插接入检测腔中，第二连接板19位于检测腔中部分的前后两侧各设置有一个测力传感器13。
这样，第二连接板前侧的测力传感器可以在伸缩轴伸出加载压力时，更加精确地检测监控该压力大小，第二连接板后侧的测力传感器可以在伸缩轴缩回施加拉力时，更加精确地检测监控该拉力的大小；故能够使得试验过程中，对试验管道的压缩和拉伸的加载监控更加精确可靠。使用时，待循环水管安装到试验管道后，再将法兰盘和试验管道端部的法兰盘（如果试验管道为不具有法兰盘的管道，则先在管道端部焊接法兰盘）对接，并使得循环水管从对接筒上的循环水管让位槽中引出即可。故本连接头结构同时具有结构简单，传力稳定可靠，能够和循环水管配合使用不会产生干扰的优点。
其中，还包括数据采集系统，数据采集系统包括用于间隔地安装在试验管道表面的多组应变片20、位移传感器21和温度传感器22，所述应变片、位移传感器和温度传感器与控制中心14相连。
这样，可以在试验过程中，监测和记录试验管道在试验过程中的应变、位移和温度，其中应变和位移达到预设阈值时，可以判定为产生疲劳破坏现象；或者可以用于监测应变和位移使其被控制在预设阈值进行试验。
其中，还包括竖直载荷模拟装置，竖直载荷模拟装置包括位于模拟管槽上端的盖板，盖板使用时盖设在回填砂上且四周保持和模拟管槽侧壁呈浮动状态，盖板上设置有可移动小车24。
这样，可以定向模拟道路下方安装管道的实际工作情况，可移动小车的重量和移动速度，可以根据实际管道上所受的机动车辆的特点进行设置。这样获得的数据可更加真实的反应道路下方管道的性能。
另外，参见图3～图6，本发明实施时还可以用于带有角度的弯管、带变径管件、带有折角管件、带有三通管件等管件或管道的试验检测，具体过程和上述一致，只需装置部分根据需要稍作调整即可，不在此累述。

Claims (10)

1.一种供热直埋管道疲劳试验方法，其特征在于，将管道按照施工要求模拟埋设，再将管道两端接入循环冷热水模拟其工作状况，对管道两端进行轴向约束监控并模拟其轴向受力情况，记录管道在不同参数因素作用下直至产生疲劳破坏现象的循环次数，得到管道的S-N疲劳寿命曲线。
2.如权利要求1所述的供热直埋管道疲劳试验方法，其特征在于，试验时在管道竖直方向上施加力模拟其竖直方向所受载荷情况。
3.如权利要求1所述的供热直埋管道疲劳试验方法，其特征在于，试验时对管道表面的温度、位移量和应变力进行检测，采集记录其数据变化情况。
4.如权利要求1所述的供热直埋管道疲劳试验方法，其特征在于，本方法采用以下的试验装置实现，所述试验装置包括一个模拟管槽，模拟管槽下部沿长度方向的两端各开设有一个用于供试验管道端部穿出的孔洞，还包括供水模拟系统，供水模拟系统包括循环水管和连接在循环水管上的循环泵与温控装置，循环水管的两端为用于和试验管道相接的管道连接端；还包括设置在模拟管槽两端孔洞外部的管道轴向约束加载装置，管道轴向约束加载装置能够对管道提供轴向约束加载。
5.如权利要求4所述的供热直埋管道疲劳试验方法，其特征在于，所述温控装置，包括一个加热管路和一个冷却管路，加热管路和冷却管路并联到循环水管中，加热管路上设置有控制用加热装置和阀门，冷却管路上设置有控制用冷却装置和阀门。
6.如权利要求5所述的供热直埋管道疲劳试验方法，其特征在于，供水模拟系统还包括一个模拟用冷却装置，模拟用冷却装置串联到循环水管内。
7.如权利要求4所述的供热直埋管道疲劳试验方法，其特征在于，循环水管的管道连接端包括一个堵头，堵头为弹性材料的锥台形，其小直径端小于试验管道内径，大直径端大于管道内径，循环水管从堵头大直径端穿出到小直径端。
8.如权利要求4所述的供热直埋管道疲劳试验方法，其特征在于，所述管道轴向约束加载装置，包括一个载荷加载装置，载荷加载装置具有一个正对试验管道轴心方向的伸缩轴，伸缩轴前端具有一个用于和试验管道端部固定相接的连接头，连接头内设置有能够检测轴向载荷大小的测力传感器，测力传感器和控制中心连接。
9.如权利要求8所述的供热直埋管道疲劳试验方法，其特征在于，所述连接头，包括一个位于前端用于和试验管道对接的法兰盘，法兰盘后端面上同轴向固定连接有一个对接筒，对接筒上开设有循环水管让位槽，对接筒后端固定有一块安装板，安装板上向后连接有一个呈L形的第一连接板，第一连接板和安装板之间形成一个检测腔，连接头还包括一个固定在伸缩轴上的第二连接板，第二连接板前端呈L形且插接入检测腔中，第二连接板位于检测腔中部分的前后两侧各设置有一个测力传感器。
10.如权利要求4所述的供热直埋管道疲劳试验方法，其特征在于，还包括数据采集系统，数据采集系统包括用于间隔地安装在试验管道表面的多组应变片、位移传感器和温度传感器，所述应变片、位移传感器和温度传感器与控制中心相连；
还包括竖直载荷模拟装置，竖直载荷模拟装置包括位于模拟管槽上端的盖板，盖板使用时盖设在回填砂上且四周保持和模拟管槽侧壁呈浮动状态，盖板上设置有可移动小车。
CN202011496712.9A 2020-12-17 2020-12-17 一种供热直埋管道疲劳试验方法 Active CN112304790B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011496712.9A CN112304790B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 一种供热直埋管道疲劳试验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011496712.9A CN112304790B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 一种供热直埋管道疲劳试验方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112304790A true CN112304790A (zh) 2021-02-02
CN112304790B CN112304790B (zh) 2023-06-02

Family

ID=74487851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011496712.9A Active CN112304790B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 一种供热直埋管道疲劳试验方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112304790B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112557196A (zh) * 2020-12-17 2021-03-26 山西理工红日节能服务有限公司 地底直埋管道质量检验方法
CN113804337A (zh) * 2021-09-15 2021-12-17 国家石油天然气管网集团有限公司 一种管道应力监测系统及其监测试验方法
CN115493922A (zh) * 2022-09-29 2022-12-20 四川宁怡科技有限公司 一种可提供不同应力应变载荷的高通量测试模块和装置
CN116296900A (zh) * 2023-05-25 2023-06-23 四川职业技术学院 一种测量河底输气管道剪切应力变化的控制系统及方法

Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03267736A (ja) * 1990-03-16 1991-11-28 Makoto Kikukawa 脆性材料の破壊力学的疲労試験方法および装置
EP0598644A1 (en) * 1992-11-17 1994-05-25 Dynisco, Inc. Capillary rheometer plunger pressure transducer and measurement technique
JPH10213532A (ja) * 1997-01-28 1998-08-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 腐食疲労試験方法
CN102680176A (zh) * 2012-05-24 2012-09-19 中国石油天然气集团公司 一种管材实物应力腐蚀试验机
RU2467299C1 (ru) * 2011-05-12 2012-11-20 Дочернее Открытое Акционерное Общество (ДОАО) "Оргэнергогаз" ОАО "Газпром" Способ гидравлического испытания на удар и реабилитации трубопровода, осуществляемый при его нагружении повышенным давлением в полевых условиях
CN202793776U (zh) * 2012-08-30 2013-03-13 北京星达科技发展有限公司 一种柔性热管疲劳试验设备
CN104089810A (zh) * 2014-07-08 2014-10-08 天津大学 不同埋设条件下薄壁管线热屈曲试验装置
CN203929585U (zh) * 2014-05-20 2014-11-05 黄河勘测规划设计有限公司 一种钻孔压水试验室内模拟设备
CN104237043A (zh) * 2013-06-18 2014-12-24 山东科技大学 一种定量测量合金热疲劳性能及预测合金寿命的方法
CN106013276A (zh) * 2016-07-04 2016-10-12 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 海上风机大直径钢管桩应力应变测试系统及施工方法
CN205879709U (zh) * 2016-07-18 2017-01-11 中国海洋石油总公司 一种深水管道湿式保温涂层疲劳弯曲试验装置
CN106383055A (zh) * 2016-08-29 2017-02-08 中国十七冶集团有限公司 一种超大型炼钢余热锅炉软化给水管道试压方法
CN206056900U (zh) * 2016-09-27 2017-03-29 河北建筑工程学院 供热管道受力测试机
CN107894368A (zh) * 2017-11-03 2018-04-10 中国石油大学(华东) 一种基于应变检测的管道安全评价装置及方法
CN108240901A (zh) * 2016-12-26 2018-07-03 北京有色金属研究总院 太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置与方法
CN109764400A (zh) * 2019-03-07 2019-05-17 北京市热力集团有限责任公司 热网、地热跨季节储热、供热方法及系统
CN110196156A (zh) * 2019-03-12 2019-09-03 天津大学 一种深海管线复杂荷载联合加载试验方法
CN209372540U (zh) * 2018-10-25 2019-09-10 中国石油天然气股份有限公司 用于研究多种型式断层对埋地管线作用机制的试验装置
CN110231230A (zh) * 2019-05-14 2019-09-13 宁波奥克斯电气股份有限公司 一种空调管路疲劳寿命的判定方法
CN209784071U (zh) * 2019-01-30 2019-12-13 郑州大学 一种交通荷载作用下埋地管道力学响应试验装置
CN110702598A (zh) * 2019-11-26 2020-01-17 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 一种连续油管酸性腐蚀评价以及弯曲疲劳寿命评测方法
CN111504799A (zh) * 2020-04-26 2020-08-07 中国石油天然气集团有限公司 一种机械复合管衬层塌陷评价装置及方法
US20200386661A1 (en) * 2019-06-04 2020-12-10 Zhejiang University Corrosion-fatigue-coupled test method and device for steel bridge deck

Patent Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03267736A (ja) * 1990-03-16 1991-11-28 Makoto Kikukawa 脆性材料の破壊力学的疲労試験方法および装置
EP0598644A1 (en) * 1992-11-17 1994-05-25 Dynisco, Inc. Capillary rheometer plunger pressure transducer and measurement technique
JPH10213532A (ja) * 1997-01-28 1998-08-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 腐食疲労試験方法
RU2467299C1 (ru) * 2011-05-12 2012-11-20 Дочернее Открытое Акционерное Общество (ДОАО) "Оргэнергогаз" ОАО "Газпром" Способ гидравлического испытания на удар и реабилитации трубопровода, осуществляемый при его нагружении повышенным давлением в полевых условиях
CN102680176A (zh) * 2012-05-24 2012-09-19 中国石油天然气集团公司 一种管材实物应力腐蚀试验机
CN202793776U (zh) * 2012-08-30 2013-03-13 北京星达科技发展有限公司 一种柔性热管疲劳试验设备
CN104237043A (zh) * 2013-06-18 2014-12-24 山东科技大学 一种定量测量合金热疲劳性能及预测合金寿命的方法
CN203929585U (zh) * 2014-05-20 2014-11-05 黄河勘测规划设计有限公司 一种钻孔压水试验室内模拟设备
CN104089810A (zh) * 2014-07-08 2014-10-08 天津大学 不同埋设条件下薄壁管线热屈曲试验装置
CN106013276A (zh) * 2016-07-04 2016-10-12 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 海上风机大直径钢管桩应力应变测试系统及施工方法
CN205879709U (zh) * 2016-07-18 2017-01-11 中国海洋石油总公司 一种深水管道湿式保温涂层疲劳弯曲试验装置
CN106383055A (zh) * 2016-08-29 2017-02-08 中国十七冶集团有限公司 一种超大型炼钢余热锅炉软化给水管道试压方法
CN206056900U (zh) * 2016-09-27 2017-03-29 河北建筑工程学院 供热管道受力测试机
CN108240901A (zh) * 2016-12-26 2018-07-03 北京有色金属研究总院 太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置与方法
CN107894368A (zh) * 2017-11-03 2018-04-10 中国石油大学(华东) 一种基于应变检测的管道安全评价装置及方法
CN209372540U (zh) * 2018-10-25 2019-09-10 中国石油天然气股份有限公司 用于研究多种型式断层对埋地管线作用机制的试验装置
CN209784071U (zh) * 2019-01-30 2019-12-13 郑州大学 一种交通荷载作用下埋地管道力学响应试验装置
CN109764400A (zh) * 2019-03-07 2019-05-17 北京市热力集团有限责任公司 热网、地热跨季节储热、供热方法及系统
CN110196156A (zh) * 2019-03-12 2019-09-03 天津大学 一种深海管线复杂荷载联合加载试验方法
CN110231230A (zh) * 2019-05-14 2019-09-13 宁波奥克斯电气股份有限公司 一种空调管路疲劳寿命的判定方法
US20200386661A1 (en) * 2019-06-04 2020-12-10 Zhejiang University Corrosion-fatigue-coupled test method and device for steel bridge deck
CN110702598A (zh) * 2019-11-26 2020-01-17 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 一种连续油管酸性腐蚀评价以及弯曲疲劳寿命评测方法
CN111504799A (zh) * 2020-04-26 2020-08-07 中国石油天然气集团有限公司 一种机械复合管衬层塌陷评价装置及方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CUNHA DJS 等: "Fatigue analysis of corroded pipelines subjected to pressure and temperature loadings" *
任智铨 等: "直埋热力管道沙箱试验研究", 《2012年全国特种设备安全与节能学术会议》 *
孙少南 等: "焊后热处理对反应堆压力容器内环形件焊接残余应力的影响" *
孙文君 等: "循环载荷作用下埋地管道力学与变形性能研究" *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112557196A (zh) * 2020-12-17 2021-03-26 山西理工红日节能服务有限公司 地底直埋管道质量检验方法
CN113804337A (zh) * 2021-09-15 2021-12-17 国家石油天然气管网集团有限公司 一种管道应力监测系统及其监测试验方法
CN115493922A (zh) * 2022-09-29 2022-12-20 四川宁怡科技有限公司 一种可提供不同应力应变载荷的高通量测试模块和装置
CN115493922B (zh) * 2022-09-29 2024-01-30 四川宁怡科技有限公司 一种可提供不同应力应变载荷的高通量测试模块和装置
CN116296900A (zh) * 2023-05-25 2023-06-23 四川职业技术学院 一种测量河底输气管道剪切应力变化的控制系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112304790B (zh) 2023-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112304790A (zh) 一种供热直埋管道疲劳试验方法
CN211784742U (zh) 埋地弯管内压-温差共同作用下应力与位移测量装置
WO2017190476A1 (zh) 一种水工程渗流性态融合感知系统及方法
CN206523391U (zh) 岩样循环干湿冻融环境模拟及损伤劣化测试装置
CN108982346B (zh) 一种评价钢管表面状态对开裂行为影响的试验装置及方法
CN111220452A (zh) 一种煤岩模拟试验用真三轴压力室及其试验方法
CN113358316A (zh) 一种掺氢天然气管道流动规律研究及腐蚀模拟试验装置及方法
CN204611352U (zh) 一种便携式热力管道检测装置
CN112557196A (zh) 地底直埋管道质量检验方法
CN110940605A (zh) 一种传热管磨损、应力、腐蚀耦合作用试验装置及传热管服役行为评价方法
RU91431U1 (ru) Гидравлический стенд для испытаний корпусов глубоководных аппаратов
CN108680314B (zh) 一种套管滑套热模拟试验装置
CN203869838U (zh) 塑料管道抗震性能测试装置
CN203216822U (zh) 一种抗硫化氢应力腐蚀开裂弯曲试验装置
CN105909910B (zh) 一种衬胶完整性在线监测系统
CN104977158A (zh) 一种管内燃烧超高温在线测压液动高温三通球阀试验装置
CN1595089A (zh) 管路接头快速测漏方法
CN212319425U (zh) 管道泄漏监测简易综合试验台
CN111398051A (zh) 极地环境船舶结构静动态力学性能测试装置及其试验方法
CN104712909A (zh) 一种便携式热力管道检测装置
CN206488986U (zh) 一种带有外部引压式压力平衡结构的加载装置
RU2666161C1 (ru) Способ испытания трубных сталей на коррозионное растрескивание под напряжением и устройство для его осуществления
CN113237782A (zh) 一种全尺寸立管疲劳试验装置
CN220322987U (zh) 用于埋地钢质管道管体损伤致力学性能衰退的实验装置
CN112161879A (zh) 温压环境下静态半圆盘三点弯曲断裂韧性测量装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20231011

Address after: 064100 Hebei Tangshan City Yutian County Hou Hu industrial gathering area

Patentee after: TANGSHAN XINGBANG PIPE CONSTRUCTION EQUIPMENT Co.,Ltd.

Address before: 030006 Zhongchuang space of qingqingchuang company, block a, 529 South Central Street, Taiyuan Xuefu Park, comprehensive reform demonstration zone, Taiyuan City, Shanxi Province

Patentee before: SHANXI LIGONG HONGRI ENERGY SAVING SERVICE Co.,Ltd.