CN112781515A - 一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统及方法，能够在水压复合的过程中实时在线检测管材的径向应变，不需要给每一根复合管贴应变片，同时可以控制水压复合的压力大小，从而控制和提高水压复合的质量，实现高效地实时在线测量控制，系统包括安装于水压复合设备的激光位移传感器，所述激光位移传感器通信连接有动态应变仪，所述动态应变仪通信连接有测试电脑，所述激光位移传感器、所述动态应变仪和所述测试电脑均电连接至电源，所述水压复合设备上安装有双金属复合管，所述激光位移传感器的位置与双金属复合管对应，且所述激光位移传感器的发射激光垂直于双金属复合管的轴线。

Description

一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统及方法

技术领域

本发明属于双金属复合管的检测技术领域，具体涉及一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统及方法。

背景技术

近些年，由于双金属复合管的耐高压、耐腐蚀等优良的使用性能，双金属复合管在石油、化工行业得到了广泛地应用。双金属复合管在进行基衬装配工序后，需要通过加压复合来让基管和衬管贴紧，目前主要有爆燃复合和水压复合两种复合方式。在水压复合过程中，复合管在加压过程中会产生径向应变，标准规定加压后的应变不超过1.5D％。因此需要检测加压过程中的应变大小以判定是否满足标准要求。目前的检测方法是在管外壁上贴应变片，检测加压过程的应变变化，但此方法需要在加压前粘贴应变片，并在工作时连接线路，效率低，无法实现逐根检测，且不适合加压过程中连续的在线检测，无法实现高效地实时在线测量。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统及方法，能够在水压复合的过程中实时在线检测管材的径向应变，不需要给每一根复合管贴应变片，同时可以控制水压复合的压力大小，从而控制和提高水压复合的质量，实现高效地实时在线测量控制。

为了实现以上目的，本发明一方面提供了一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统，包括安装于水压复合设备的激光位移传感器，所述激光位移传感器通信连接有动态应变仪，所述动态应变仪通信连接有测试电脑，所述激光位移传感器、所述动态应变仪和所述测试电脑均电连接至电源，所述水压复合设备上安装有双金属复合管，所述激光位移传感器的位置与双金属复合管对应，且所述激光位移传感器的发射激光垂直于双金属复合管的轴线；所述激光位移传感器能够实时监测双金属复合管的位移信号并转换成电压信号反馈给所述动态应变仪，所述动态应变仪能够根据所述激光位移传感器反馈的位移信号得到双金属复合管的径向应变数据，所述测试电脑能够从所述动态应变仪获取双金属复合管的径向应变数据并判断双金属复合管的径向应变结果，若超出阈值，则控制所述水压复合设备调整水压。

进一步地，所述水压复合设备包括相对设置的上部抱持模具和下部抱持模具，所述激光位移传感器安装于所述上部抱持模具或所述下部抱持模具。

进一步地，所述上部抱持模具或所述下部抱持模具上沿双金属复合管的轴线方向安装有至少两个所述激光位移传感器。

进一步地，所述激光位移传感器磁性吸附有磁铁环，所述磁铁环磁性吸附于所述水压复合设备。

进一步地，所述激光位移传感器电连接有电源适配器，所述电源适配器电连接至所述电源。

进一步地，所述激光位移传感器、所述电源适配器、所述电源和所述动态应变仪之间均通过线缆电性连接，所述线缆上设置有磁铁环，所述磁铁环磁性吸附于所述水压复合设备。

进一步地，所述动态应变仪和所述测试电脑之间通过USB电缆通信连接。

进一步地，所述水压复合设备为140Mpa水压机。

本发明另一方面还提供了一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制方法，采用上述的一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统，包括以下步骤：

步骤一、水压复合设备安装模具，并计算水压复合的压力值并输入水压复合设备的控制器，将双金属复合管的衬管插入基管内部进行装配密封后安装于水压复合设备；

步骤二、激光位移传感器测量与双金属复合管的表面的间距，并将此间距设定为零点，然后启动水压复合设备缓慢加压，激光位移传感器实时监测双金属复合管的位移信号并转换成电压信号反馈给动态应变仪，动态应变仪得到双金属复合管的径向应变数据并发送给测试电脑；

步骤三：用户通过测试电脑获取径向应变结果，通过操控水压复合设备的控制器控制水压；或者测试电脑将径向应变结果与设定的阈值比较，若超出阈值，则发送控制指令控制所述水压复合设备调整水压。

进一步地，所述步骤一中在基管开设排气孔，用于排出水压复合过程中双金属复合管的内外两层金属间隙中的空气。

与现有技术相比，本发明在水压复合设备对应双金属复合管的位置安装激光位移传感器，激光位移传感器的发射激光垂直于双金属复合管的轴线，激光位移传感器能够实时监测双金属复合管的位移信号并转换成电压信号反馈给动态应变仪，动态应变仪能够根据激光位移传感器反馈的位移信号得到双金属复合管的径向应变数据，测试电脑能够从动态应变仪获取双金属复合管的径向应变数据并判断双金属复合管的径向应变结果，若超出阈值，则控制水压复合设备调整水压，本发明实现了双金属复合管水压复合过程的实时监测，不需要在生产过程中操作，不会打断管材的装载、加压和卸载，不需要在管壁上贴应变片和工装，能够实时在线监测双金属复合管水压复合过程中管材的径向变化，能够逐根监测双金属复合管在水压过程中的径向变化，实时控制双金属复合管的复合压力值，根据应变及时调节水压复合的压力值，提高水压复合效果和效率，从而加强复合管的质量控制。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

其中，1-激光位移传感器，2-电源，3-动态应变仪，4-USB电缆，5-测试电脑，6-电源适配器，7-水压复合设备，8-线缆。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明作进一步地解释说明，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本发明实施例提供了一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统，参见图1，其具体包括安装于水压复合设备7的激光位移传感器1，激光位移传感器1通信连接有动态应变仪3，动态应变仪3通信连接有测试电脑5，激光位移传感器1、动态应变仪3和测试电脑5均电连接至电源2，水压复合设备7上安装有双金属复合管，激光位移传感器1的位置与双金属复合管对应，且激光位移传感器1的发射激光垂直于双金属复合管的轴线；激光位移传感器1能够实时监测双金属复合管的位移信号并转换成电压信号反馈给动态应变仪3，动态应变仪3能够根据激光位移传感器1反馈的位移信号得到双金属复合管的径向应变数据，测试电脑5能够从动态应变仪3获取双金属复合管的径向应变数据并判断双金属复合管的径向应变结果，若超出阈值，则控制水压复合设备7调整水压。

本发明实施例实现了双金属复合管水压复合过程的实时监测，不需要在生产过程中操作，不会打断管材的装载、加压和卸载，不需要在管壁上贴应变片和工装，能够实时在线监测双金属复合管水压复合过程中管材的径向变化，能够逐根监测双金属复合管在水压过程中的径向变化，实时控制双金属复合管的复合压力值，根据应变及时调节水压复合的压力值，提高水压复合效果和效率，从而加强复合管的质量控制。

本实施例中，用户可以通过测试电脑5获取径向应变结果，根据径向应变结果自行判断双金属复合管水压复合过程中管材的径向变化趋势，并通过操控水压复合设备7的控制器控制水压，实现复合压力值调整；或者测试电脑5设置阈值，将径向应变结果与设定的阈值比较，若超出阈值，则发送控制指令自动控制水压复合设备7调整水压，以使双金属复合管水压复合过程中应变不超过1.5D％，满足工艺要求。

具体地，水压复合设备7包括相对设置的上部抱持模具和下部抱持模具，激光位移传感器1安装于上部抱持模具或下部抱持模具。优选地，上部抱持模具或下部抱持模具上沿双金属复合管的轴线方向安装有至少两个激光位移传感器1，通过多个激光位移传感器1实现对双金属复合管的全方位监测。

优选地，激光位移传感器1磁性吸附有磁铁环，磁铁环磁性吸附于水压复合设备7，这样便于激光位移传感器1的安装拆卸，操作简便。

优选地，激光位移传感器1电连接有电源适配器6，电源适配器6电连接至电源2，多个激光位移传感器1通过电源适配器6进行配电，以保证激光位移传感器1正常的工作供电。

激光位移传感器1、电源适配器6、电源2和动态应变仪3之间均通过线缆8电性连接，线缆8上设置有磁铁环，磁铁环磁性吸附于水压复合设备7的外壳，这样便于走线，安装拆卸方便。动态应变仪3和测试电脑5之间通过USB电缆4通信连接，保证数据传输的可靠性。

本实施例的水压复合设备7采用使用中国重型机械研究院股份公司成套供货的140Mpa水压复合机。

本实施例系统的工作原理：每次在新的双金属复合管送入抱持模具后，将初始的静止状态认为是0点，在双金属复合管水压受压变化的过程中，双金属复合管随着压力产生的变形，激光位移传感器1实时监测位移信号并转换成电压信号，然后激光位移传感器1将电压信号实时传递给动态应变仪3，动态应变仪3与测试电脑5通过USB电缆4相连，工作人员可以在后端的测试电脑5上观测试件的检测数据和状态，可以实时人工观测数据或设定上限阈值，来判定试件检测结果。测试数据可以电压形式读取显示，也可以根据传感器的灵敏度系数，换算成实际的形变位移数据显示。

本发明实施例还提供了一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制方法，包括以下步骤：

步骤一、安装模具，将相关数据(批次、规格、材质、管号等)输入140MPa水压机的软件中，将衬管插入基管装配于水压机，进行装配密封，移动及装配过程中应注意不要碰伤管端；

步骤二、启动水压复合在线应变监测系统，记录双金属复合管未加压时的管径，然后开始向双金属复合管内部缓慢注水加压，在加压过程中双金属复合管会发生径向变化；

步骤三、在水压复合的同时监测双金属复合管的管径，依据管径变化的大小，及时调节水压复合时设定的压力值，控制水压复合的质量和效果，可以有效保证水压复合的效果，控制和提高管材的质量。

具体包括以下步骤：

步骤一、在140MPa水压机上安装对应的模具，同时将计算得出的复合所需的压力值等数据输入控制器，将衬管插入基管内部，进行装配密封，在基管开设两个排气孔，水压复合过程存在于双金属复合管内外两层金属间隙中的空气可由排气孔排出，将双金属复合管装配上水压机，移动及装配过程中应注意不要碰伤管端；

步骤二、启动水压复合在线应变检测系统，使用激光位移传感器1测量此时与双金属复合管表面的间距，将此间距设定为零点，然后启动水压机开始缓慢加压，双金属复合管随着压力产生的变形，激光位移传感器1实时监测位移信号并转换成电压信号，然后激光位移传感器1将电压信号实时传递给动态应变仪3，动态应变仪3与测试电脑5通过USB电缆4相连，工作人员可以在后端的测试电脑5上观测试件的检测数据和状态，可以实时人工观测数据或设定上限阈值，来判定试件检测结果；

步骤三、使用水压复合在线应变检测系统实时激光位移传感器1和基管表面的间距变化，通过后方测试电脑5转变为双金属复合管的径向变化，依据管径变化的大小及操作系统的反馈，及时调节压力值，避免产生复合管的管径超出许可限制的情况，从而控制水压复合的质量和效果。这里用户可以通过测试电脑5获取径向应变结果，自行通过操控水压复合设备7的控制器控制水压；或者测试电脑5将径向应变结果与设定的阈值比较，若超出阈值，则发送控制指令控制水压复合设备7调整水压。

本发明使用由激光位移传感器1和数据采集仪组成的水压复合在线应变监测系统，数据采集仪包括动态应变仪3和测试电脑5。监测系统主要用于在水压复合过程中测试复合管在加压时的管径变化。工作人员依据管径变化的大小及操作系统的反馈，及时调节压力值，避免产生复合管的管径超出许可限制1.5D％的情况，从而控制水压复合的质量和效果。本发明系统为非接触测量，在不改变原有工装和打断生产工序的情况下，仅需要事前安装线路和传感器，就可以测量管材轴线上的形变量，通过实时监控复合管形变值，在生产过程中可以根据形变值来调节水压复合时的应力大小和速率，从而控制和提高管材的质量。

本发明在测试前安装监测系统，不需要在生产过程中操作，不会打断管材的装载、加压和卸载，不需要在管壁上贴应变片和工装，可以逐根连续实时在线测量应变数据，根据应变及时调节水压复合的压力值，提高水压复合效果和效率，从而加强双金属复合管的质量控制，同时本发明系统可以适应不同规格的管材，根据实际需求进行安装拆卸。

本发明实现了实时在线检测复合管水压复合过程中管材的径向变化，能够逐根检测复合管在水压过程中的径向变化，实时控制复合管的复合压力，可以在水压复合的过程中实时在线检测管材的径向应变，不需要给每一根复合管贴应变片，同时可以控制水压复合的压力大小，从而控制和提高水压复合的质量，实现高效地实时在线测量控制。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统，其特征在于，包括安装于水压复合设备(7)的激光位移传感器(1)，所述激光位移传感器(1)通信连接有动态应变仪(3)，所述动态应变仪(3)通信连接有测试电脑(5)，所述激光位移传感器(1)、所述动态应变仪(3)和所述测试电脑(5)均电连接至电源(2)，所述水压复合设备(7)上安装有双金属复合管，所述激光位移传感器(1)的位置与双金属复合管对应，且所述激光位移传感器(1)的发射激光垂直于双金属复合管的轴线；所述激光位移传感器(1)能够实时监测双金属复合管的位移信号并转换成电压信号反馈给所述动态应变仪(3)，所述动态应变仪(3)能够根据所述激光位移传感器(1)反馈的位移信号得到双金属复合管的径向应变数据，所述测试电脑(5)能够从所述动态应变仪(3)获取双金属复合管的径向应变数据并判断双金属复合管的径向应变结果，若超出阈值，则控制所述水压复合设备(7)调整水压。

2.根据权利要求1所述的一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统，其特征在于，所述水压复合设备(7)包括相对设置的上部抱持模具和下部抱持模具，所述激光位移传感器(1)安装于所述上部抱持模具或所述下部抱持模具。

3.根据权利要求2所述的一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统，其特征在于，所述上部抱持模具或所述下部抱持模具上沿双金属复合管的轴线方向安装有至少两个所述激光位移传感器(1)。

4.根据权利要求1所述的一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统，其特征在于，所述激光位移传感器(1)磁性吸附有磁铁环，所述磁铁环磁性吸附于所述水压复合设备(7)。

5.根据权利要求1所述的一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统，其特征在于，所述激光位移传感器(1)电连接有电源适配器(6)，所述电源适配器(6)电连接至所述电源(2)。

6.根据权利要求5所述的一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统，其特征在于，所述激光位移传感器(1)、所述电源适配器(6)、所述电源(2)和所述动态应变仪(3)之间均通过线缆(8)电性连接，所述线缆(8)上设置有磁铁环，所述磁铁环磁性吸附于所述水压复合设备(7)。

7.根据权利要求1所述的一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统，其特征在于，所述动态应变仪(3)和所述测试电脑(5)之间通过USB电缆(4)通信连接。

8.根据权利要求1所述的一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统，其特征在于，所述水压复合设备(7)为140Mpa水压机。

9.一种采用权利要求1至8任一项所述的一种双金属复合管水压复合在线应变监测控制系统的监测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、水压复合设备(7)安装模具，并计算水压复合的压力值并输入水压复合设备(7)的控制器，将双金属复合管的衬管插入基管内部进行装配密封后安装于水压复合设备(7)；

步骤二、激光位移传感器(1)测量与双金属复合管的表面的间距，并将此间距设定为零点，然后启动水压复合设备(7)缓慢加压，激光位移传感器(1)实时监测双金属复合管的位移信号并转换成电压信号反馈给动态应变仪(3)，动态应变仪(3)得到双金属复合管的径向应变数据并发送给测试电脑(5)；

步骤三：用户通过测试电脑(5)获取径向应变结果，通过操控水压复合设备(7)的控制器控制水压；或者测试电脑(5)将径向应变结果与设定的阈值比较，若超出阈值，则发送控制指令控制所述水压复合设备(7)调整水压。

10.根据权利要求9所述的一种监测控制方法，其特征在于，所述步骤一中在基管开设排气孔，用于排出水压复合过程中双金属复合管的内外两层金属间隙中的空气。

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