CN112924306A - 铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置，属于油气管道实验设备技术领域。该铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置包括：槽钢，设有多个安装孔；多个可调式地锚机构，每个可调式地锚机构穿过不同安装孔将槽钢固定于实验地面；两个球铰弹簧支座，分别固连于槽钢两端，两个球铰弹簧支座均包括座体、卡环和多个弹簧；多个压力传感器，均布于实验油气管道外壁的背爆面；加速度传感器，设于实验油气管道外壁的背爆面；数据处理器。本发明的铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置保证了实验油气管道与座体和卡环软接触，从而保证实验油气管道变形的独立性，球铰弹簧支座保证实验油气管道变形的非耦合性。
Description
技术领域
本发明涉及油气管道实验设备技术领域，具体涉及铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置。
背景技术
油气资源是国家重要的战略物资，也支撑着国民经济的发展。管道运输作为五大运输方式之一，具有成本低，安全系数高，输送效率高等特点，因此全球三分之二的油气运输广泛采用管输方式。近年来世界范围内意外爆炸事件频繁发生，加之人工爆破施工的影响，爆炸荷载成为了埋地油气管道遭受第三方破坏的主要威胁之一，预先开展爆炸荷载下埋地油气管道安全评价实验对油气管道的安全运维有着非常重要的前瞻意义。因此，设计专业的、适用于爆炸荷载下埋地管道的实验装置是非常必要的。
现有的应用在爆炸荷载下结构响应及安全评价实验多将实验装置与实验油气管道直接固接，这就造成了在爆炸荷载作用时，实验油气管道的变形与实验装置的变形存在耦合的问题，使得爆炸荷载对实验油气管道的影响无法独立测定，也无法缓解冲爆炸荷载对于支座的影响。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置。
本发明提供了铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置，包括：
槽钢，设有多个安装孔；
多个可调式地锚机构，每个可调式地锚机构穿过不同安装孔将槽钢固定于实验地面；
两个球铰弹簧支座，分别固连于槽钢两端，两个球铰弹簧支座均包括座体、卡环和多个弹簧，所述座体一端与槽钢固连，座体另一端设有半圆形槽口，所述卡环可拆卸连接于座体的半圆形槽口处，每个弹簧一端连接于半圆形槽口内壁或卡环内壁，每个弹簧另一端均连接有一个球体，实验油气管道插进半圆形槽口内并与球体紧密接触；
多个压力传感器，均布于实验油气管道外壁的背爆面，用于检测实验油气管道所承受的爆炸载荷；
加速度传感器，设于实验油气管道外壁的背爆面，用于检测实验油气管道在承受的爆炸载荷时的瞬时加速度；
数据处理器，与所述多个压力传感器和加速度传感器均电连接，用于收集并处理多个压力传感器和加速度传感器所采集的数据，数据处理器电连接有电源装置。
较佳的，所述可调式地锚机构包括套管和螺杆，所述套管通过所述安装孔与所述槽钢固连，套管管孔内设有与所述螺杆相配合的内螺纹，所述螺杆一端穿过套管管孔插入地下，螺杆与套管管孔螺纹连接，螺杆另一端设有旋钮。
较佳的，可调式地锚机构还包括拉杆，所述拉杆一端设有梯形齿，所述螺杆插入地下一端铰接有抓地齿，所述抓地齿设有轮齿，所述螺杆设有中心通孔和通槽，拉杆的梯形齿一端穿过螺杆的中心通孔和通槽与抓地齿的轮齿齿接。
较佳的，所述座体的半圆形槽口内壁和卡环内壁固连有蜂窝式吸能材料层，每个弹簧远离实验油气管道一端均穿过蜂窝式吸能材料层与半圆形槽口内壁或卡环内壁固连。
较佳的，蜂窝式吸能材料层与实验油气管道外壁之间弹性保持架，所述弹性保持架外侧壁与蜂窝式吸能材料层固连，弹性保持架设有多个导向孔，弹簧靠近实验油气管道一端穿过导向孔与所述球体固连。
较佳的，所述卡环上设有伸缩绳，所述伸缩绳固连于一个球铰弹簧支座的卡环上，伸缩绳的绳头能连接于另一个球铰弹簧支座的卡环上
较佳的，所述座体与槽钢之间还设有钢锭，所述钢锭固连于槽钢之上，座体固连于钢锭之上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置不仅能在实验油气管道外壁收到爆炸冲击时压紧实验油气管道，对实验油气管道的径向运动进行约束。更进一步，球铰弹簧支座的弹簧保证了实验油气管道与座体和卡环软接触，从而保证实验油气管道变形的独立性和实验油气管道变形的非耦合性。通过旋钮可以调整螺杆插入土地的深度。通过提拉拉杆，将与拉杆齿接的抓地齿撑开，进行二次紧固，从而优化紧固效果，提升了实验数据的准确性。蜂窝式吸能材料层能有效防止冲击经实验油气管道传导至座体导致座体变形，从而有效保障实验油气管道变形独立性。蜂窝式吸能材料层也可以在一定程度上避免实验油气管道与座体的连接处在爆炸冲击下造成破坏。通过设置伸缩绳，能够快速量测实验油气管道的轴向形变量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的左视图；
图4为本发明的卡环处的结构示意图；
图5为本发明可调式地锚机构的结构示意图；
图6为本发明抓地齿处的结构示意图。
附图标记说明：
1.槽钢，2.钢锭，3.卡环，4.座体，5.半圆形槽口，6.螺栓，7.可调式地锚机构，8.实验油气管道，9.拉杆，10.旋钮，11.抓地齿，12.伸缩绳，13.蜂窝式吸能材料层，14.螺杆，15.压力传感器，16.加速度传感器，17.梯形齿，18.套管，19.弹簧，20.球体，21.弹性保持架，22.导向孔，23.轮齿，24.通槽。
具体实施方式
下面结合附图1-6，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。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，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1-3所示，本发明提供的铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置，包括：槽钢1、多个可调式地锚机构7、两个球铰弹簧支座、多个压力传感器15、加速度传感器16和数据处理器，槽钢1，设有多个安装孔；多个可调式地锚机构7，每个可调式地锚机构7穿过不同安装孔将槽钢1固定于实验地面；两个球铰弹簧支座，分别固连于槽钢1两端，两个球铰弹簧支座均包括座体4、卡环3和多个弹簧19，所述座体4一端与槽钢1固连，座体4另一端设有半圆形槽口5，所述卡环3可拆卸连接于座体4的半圆形槽口5处，每个弹簧19一端连接于半圆形槽口5内壁或卡环3内壁，每个弹簧19另一端均连接有一个球体20，实验油气管道8插进半圆形槽口5内并与球体20紧密接触；多个压力传感器15，均布于实验油气管道8外壁的背爆面，用于检测实验油气管道8所承受的爆炸载荷；加速度传感器16，设于实验油气管道8外壁的背爆面，用于检测实验油气管道8在承受的爆炸载荷时的瞬时加速度；数据处理器，与所述多个压力传感器15和加速度传感器16均电连接，用于收集并处理多个压力传感器15和加速度传感器16所采集的数据，数据处理器电连接有电源装置。
现简述实施例1的工作原理：
将本实验装置放置于实验场地的埋设点内，通过可调式地锚机构7将槽钢1固定于实验地面。将实验油气管道8插进座体4的半圆形槽口5内，再用卡环3卡紧实验油气管道8，通过螺栓6将座体4和卡环3固定连接。所述螺栓6采用高强度螺栓，保证球铰弹簧支座的球体20与实验油气管道8相切接触，将压力传感器15均布于实验油气管道8外壁的背爆面、压力传感器15和加速度传感器16与处理器电连接，数据处理器接通电源装置，对实验油气管道8外壁施加爆炸冲击荷载，压力传感器15和加速度传感器16实时监测实验油气管道8受到的冲击力和管道8振动的瞬时加速度，并将测量的数据传输至数据处理器，经由数据处理器处理进行输出。
本发明的铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置，通过设置球铰弹簧支座，不仅能在实验油气管道8外壁收到爆炸冲击时，球铰弹簧支座的球体20在弹簧19的作用下压紧实验油气管道8，对实验油气管道8的径向运动进行约束。更进一步，弹簧19能够压缩，保证了实验油气管道8与座体4和卡环3软接触，实验油气管道8在受到爆炸冲击后，座体4由于弹簧19缓冲不发生变形，从而保证实验油气管道8变形的独立性。并且，球体20与实验油气管道8高副接触，因此球铰弹簧支座不限制实验油气管道8沿管道轴向的运动，从而保证实验油气管道8变形的非耦合性。
实施例2：
再实施例1的基础上，为了防止实验油气管道8在受到爆炸冲击载荷时，地锚机构固定不牢靠造成整个实验装置松动，影响实验数据的准确性。
如图1和5所示，其中，所述可调式地锚机构7包括套管18和螺杆14，所述套管18通过所述安装孔与所述槽钢1固连，套管18管孔内设有与所述螺杆14相配合的内螺纹，所述螺杆14一端穿过套管18管孔插入地下，螺杆14与套管18管孔螺纹连接，螺杆14另一端设有旋钮10。
如图5和6所示，其中，可调式地锚机构7还包括拉杆9，所述拉杆9一端设有梯形齿17，所述螺杆14插入地下一端铰接有抓地齿11，所述抓地齿11设有轮齿23，所述螺杆14设有中心通孔和通槽24，拉杆9的梯形齿17一端穿过螺杆14的中心通孔和通槽24与抓地齿11的轮齿23齿接。
套管18与槽钢1固连，螺杆14穿过套管18将槽钢1固定于地面上，通过旋钮10可以调整螺杆14插入土地的深度。铰接于螺杆14上的抓地齿11插入土地内，然后通过提拉拉杆9，将与拉杆9齿接的抓地齿11撑开，进行二次紧固，从而提升紧固效果。通过设置套管18、螺杆14、拉杆9和抓地齿11能有效防止实验油气管道8在受到爆炸冲击载荷时，地锚机构固定不牢靠造成整个实验装置松动，从而提升了实验数据的准确性。
实施例3：
在实施例1的基础上，为了减轻爆炸荷载对于座体4的冲击，防止座体4受冲击变形，从而有效保障实验油气管道8变形独立性。
如图3和4所示，其中，所述座体4的半圆形槽口5内壁和卡环3内壁固连有蜂窝式吸能材料层13，每个弹簧19远离实验油气管道8一端均穿过蜂窝式吸能材料层13与半圆形槽口5内壁或卡环3内壁固连。
通过在座体4的半圆形槽口5内壁和卡环3内壁镶嵌蜂窝式吸能材料层13，蜂窝式吸能材料层13通过自身的吸能缓冲，将实验油气管道8的冲击隔绝。防止冲击经实验油气管道传导至座体4导致座体4变形，从而有效保障实验油气管道8变形独立性。同时，蜂窝式吸能材料层13也可以在一定程度上避免实验油气管道8与座体4的连接处在爆炸冲击下造成破坏。
实施例4：
在实施例3的基础上，球体20和弹簧19受到冲击，为了防止球体20和弹簧19沿实验油气管道8轴向方向偏斜，影响弹簧19的缓冲效果。
如图4所示，其中，蜂窝式吸能材料层13与实验油气管道8外壁之间弹性保持架21，所述弹性保持架21外侧壁与蜂窝式吸能材料层13固连，弹性保持架21设有多个导向孔22，弹簧19靠近实验油气管道8一端穿过导向孔22与所述球体20固连。
球体20和弹簧19受到冲击时，球体20和弹簧19在弹性保持架21在导向孔22内沿实验油气管道8径向运动，能够有效防止球体20和弹簧19沿实验油气管道8轴向方向偏斜，影响弹簧19的缓冲效果。
作为一种优选方案，如图1所示，其中，所述卡环3上设有伸缩绳12，所述伸缩绳12固连于一个球铰弹簧支座的卡环3上，伸缩绳12的绳头能连接于另一个球铰弹簧支座的卡环3上。爆炸荷载施加完后，管道凹陷变形，伸缩绳爆炸冲击载荷施加完成后，拉动固连于一个球铰弹簧支座的卡环3上的伸缩绳12绳头，将伸缩绳12绳头连接于另一个球铰弹簧支座的卡环3上，从而能够快速量测实验油气管道8的轴向形变量。
作为一种优选方案，如图1和2所示，其中，所述座体4与槽钢1之间还设有钢锭2，所述钢锭2固连于槽钢1之上，座体4固连于钢锭2之上。在座体4与槽钢1之间加装钢锭2，能够在钢锭2自身重力的作用下，防止实验装置松动在冲击载荷的作用下发生松动。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置，其特征在于，包括：
槽钢(1)，设有多个安装孔；
多个可调式地锚机构(7)，每个可调式地锚机构(7)穿过不同安装孔将槽钢(1)固定于实验地面；
两个球铰弹簧支座，分别固连于槽钢(1)两端，两个球铰弹簧支座均包括座体(4)、卡环(3)和多个弹簧(19)，所述座体(4)一端与槽钢(1)固连，座体(4)另一端设有半圆形槽口(5)，所述卡环(3)可拆卸连接于座体(4)的半圆形槽口(5)处，每个弹簧(19)一端连接于半圆形槽口(5)内壁或卡环(3)内壁，每个弹簧(19)另一端均连接有一个球体(20)，实验油气管道(8)插进半圆形槽口(5)内并与球体(20)紧密接触；
多个压力传感器(15)，均布于实验油气管道(8)外壁的背爆面，用于检测实验油气管道(8)所承受的爆炸载荷；
加速度传感器(16)，设于实验油气管道(8)外壁的背爆面，用于检测实验油气管道(8)在承受的爆炸载荷时的瞬时加速度；
数据处理器，与所述多个压力传感器(15)和加速度传感器(16)均电连接，用于收集并处理多个压力传感器(15)和加速度传感器(16)所采集的数据，数据处理器电连接有电源装置。
2.如权利要求1所述的铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置，其特征在于，所述可调式地锚机构(7)包括套管(18)和螺杆(14)，所述套管(18)通过所述安装孔与所述槽钢(1)固连，套管(18)管孔内设有与所述螺杆(14)相配合的内螺纹，所述螺杆(14)一端穿过套管(18)管孔插入地下，螺杆(14)与套管(18)管孔螺纹连接，螺杆(14)另一端设有旋钮(10)。
3.如权利要求2所述的铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置，其特征在于，可调式地锚机构(7)还包括拉杆(9)，所述拉杆(9)一端设有梯形齿(17)，所述螺杆(14)插入地下一端铰接有抓地齿(11)，所述抓地齿(11)设有轮齿(23)，所述螺杆(14)设有中心通孔和通槽(24)，拉杆(9)的梯形齿(17)一端穿过螺杆(14)的中心通孔和通槽(24)与抓地齿(11)的轮齿(23)齿接。
4.如权利要求1所述的铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置，其特征在于，所述座体(4)的半圆形槽口(5)内壁和卡环(3)内壁固连有蜂窝式吸能材料层(13)，每个弹簧(19)远离实验油气管道(8)一端均穿过蜂窝式吸能材料层(13)与半圆形槽口(5)内壁或卡环(3)内壁固连。
5.如权利要求4所述的铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置，其特征在于，蜂窝式吸能材料层(13)与实验油气管道(8)外壁之间弹性保持架(21)，所述弹性保持架(21)外侧壁与蜂窝式吸能材料层(13)固连，弹性保持架(21)设有多个导向孔(22)，弹簧(19)靠近实验油气管道(8)一端穿过导向孔(22)与所述球体(20)固连。
6.如权利要求1所述的铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置，其特征在于，所述卡环(3)上设有伸缩绳(12)，所述伸缩绳(12)固连于一个球铰弹簧支座的卡环(3)上，伸缩绳(12)的绳头能连接于另一个球铰弹簧支座的卡环(3)上。
7.如权利要求1所述的铰接缓冲自锚式埋地油气管道静爆实验装置，其特征在于，所述座体(4)与槽钢(1)之间还设有钢锭(2)，所述钢锭(2)固连于槽钢(1)之上，座体(4)固连于钢锭(2)之上。
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| CN112924306B (zh) | 2024-03-01 |
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