CN113899616A - 一种油气管道性能测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油气管道性能测试装置，装置包括第一液压传动系统、第二液压传动系统、第三液压传动系统、第四液压传动系统、扭转系统和液压系统；方法可以用于测量轴向压力、弯矩、扭矩、增加内压。本发明通过合理的构成及连接构建了用于油气管道性能测量的平台，基于该平台通过第一液压传动系统和第四液压传动系统向中间挤压，可以用于测量轴向压力；通过第二液压传动系统驱动可以缓慢挤压待测管道中段，可以用于测量弯矩；通过第一液压传动系统和扭转系统，可以用于测量待测管道的扭矩；同时可以模拟管道输送液体过程中的压力情况，再进一步用于轴向压力、弯矩和扭矩的测量，从而使得测量出的数据更加接近实际使用情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气管道性能测试装置及方法，属于材料力学技术领域。
背景技术
弯曲试验测定材料承受弯曲载荷时的力学特性的试验，是材料机械性能试验的基本方法之一。弯曲试验时，试样一侧为单向拉伸，另一侧为单向压缩，最大正应力出现在试样表面，对表面缺陷敏感，因此，弯曲试验常用于检验材料表面缺陷如渗碳或表面淬火层质量等。另外，对于脆性材料，因对偏心敏感，利用拉伸试验不容易准确测定其力学性能指标，因此，常用弯曲试验测定其抗弯强度，并相对比较材料的变形能力。
测定材料承受弯曲载荷时的力学特性的试验，是材料机械性能试验的基本方法之一。弯曲试验主要用于测定脆性和低塑性材料(如铸铁、高碳钢、工具钢等)的抗弯强度并能反映塑性指标的挠度。弯曲试验还可用来检查材料的表面质量。弯曲试验在万能材料机上进行，有三点弯曲和四点弯曲两种加载荷方式。试样的截面有圆形和矩形，试验时的跨距一般为直径的10倍。对于脆性材料弯曲试验一般只产生少量的塑性变形即可破坏，而对于塑性材料则不能测出弯曲断裂强度，但可检验其延展性和均匀性展性和均匀性。塑性材料的弯曲试验称为冷弯试验。试验时将试样加载，使其弯曲到一定程度，观察试样表面有无裂缝。
扭力试验，通过扭转圆棒等试样来测定试样材料的刚性模量和其他性能的试验方法。静态扭力试验，例如克拉什一伯格试验、格曼扭力试验，用于测定高分子材料的低温柔性；动态扭力试验用于测定玻璃化转变温度和各种刚性模量。
当轴杆件处于受压状态时，其受到的外界施加的力称为轴压力，方向垂直于截面并指向截面内部。
目前，油气管道力学性能的实验装置在不断的发展。CN201610012558.0叙述了大变形管道环焊缝弯曲试验机及其方法，该专利将导轨设置在基座的中央位置，在基座的两侧固定设置固定台,矫正压头和弯曲压头设置在导轨中，丝杠的一端与弯曲压头固定连接，另一端与矫正压头连接，在弯曲压头的外侧与液压推进器的推进杆固定相连,弯曲试验机上设置由声发射传感器、信号放大器和声发射数据采集卡组成的声发射系统。CN201911055022.7X叙述了全尺寸四点弯曲试验装置，它包括：加载部件，用于对管道施加载荷；支撑部件，支撑部件设置在加载部件的侧方，用于在对管道施加载荷的过程中支撑管道。加载部件包括锁紧组件和承载组件，其中，锁紧组件与承载组件之间通过过渡件连接，以通过过渡件将承载组件上的压力传递至锁紧组件上，以解决现有技术中的全尺寸四点弯曲试验装置的测量准确性低的问题。
但是目前的测试设备都是一台机器只能试验轴向压力、弯矩、扭矩中的1-2种，而且针对油气管道工作环境的特殊性，需要增加内压进行测试，目前使用的测试设备并没有增加内压的设置，导致数据测量存在误差，以至于油气管道实际使用寿命低于理论使用寿命因此，需要一种油气管道性能测试装置。
发明内容
本发明提供了一种油气管道性能测试装置及方法，通过一台装置就可用于测试轴向压力、弯矩、扭矩，再进一步地可以在增加内压测试的基础上进行轴向压力、弯矩、扭矩的测试。
本发明的技术方案是：一种油气管道性能测试装置，包括第一液压传动系统、第二液压传动系统、第三液压传动系统、第四液压传动系统、扭转系统和液压系统；第一液压传动系统、第四液压传动系统共同配合用于对管道1施加轴向压力；第二液压传动系统用于对通过第一液压传动系统、第四液压传动系统固定的管道1施加弯矩；第三液压传动系统用于调节第四液压传动系统、扭转系统和液压系统的高度；第一液压传动系统、扭转系统共同配合用于对管道1施加扭矩；液压系统用于对管道1施加内压。
还包括中央控制系统、压力传感器、弯矩传感器、扭矩传感器；中央控制系统用于驱动第一液压传动系统、第二液压传动系统、第三液压传动系统、第四液压传动系统、扭转系统和液压系统，用于存储和显示压力传感器、弯矩传感器、扭矩传感器采集的信息。
所述中央控制系统包括供电模块、中央控制器、控制面板，控制面板上设置有屏幕和按键；供电模块用于供电，中央控制器用于对接收压力传感器、弯矩传感器、扭矩传感器采集的信息进行存储并通过屏幕显示，按键用于手动控制驱动第一液压传动系统、第二液压传动系统、第三液压传动系统、第四液压传动系统、扭转系统和液压系统。
所述中央控制系统、第一液压传动系统依次从下往上安装在一侧，第三液压传动系统、第四液压传动系统、扭转系统和液压系统依次从下往上安装在另一侧；第一液压传动系统、第三液压传动系统之间通过加强杆2安装第二液压传动系统；其中第一液压传动系统、第四液压传动系统的液压杆的安装方向与第二液压传动系统、第三液压传动系统的液压杆的安装方向呈垂直。
所述第一液压传动系统、第二液压传动系统、第三液压传动系统、第四液压传动系统均包括液压缸，第一液压传动系统中液压缸的液压杆伸出端通过挤压板I3-1安装卡盘I4-1，第四液压传动系统中液压缸的液压杆伸出端通过挤压板II3-2安装卡盘II4-2；第二液压传动系统中液压缸的液压杆伸出端安装弯矩触头5；第三液压传动系统中液压缸的液压杆伸出端安装第四液压传动系统。
所述扭转系统包括减速电机，减速电机输出轴上固定安装卡盘III4-3。
所述液压系统包括液压泵，液压泵出气口处固定连接泵气管6，泵气管6末端固定连接橡皮管；泵气管内安装有液压传感器。
一种油气管道性能测试方法，包括：
测量轴向压力：将待测管道1一端安装到第一液压传动系统的卡盘I4-1上；第三液压传动系统工作驱动液压杆带动第四液压传动系统的卡盘II4-2运动至与第一液压传动系统的卡盘I4-1在同一水平高度；将待测管道I4-1另一端安装到第四液压传动系统的卡盘II4-2上；通过操作中央控制系统中控制面板，控制第一液压传动系统和第四液压传动系统工作，向中间挤压待测管道1，同时压力传感器检测管道的压力数据传输至中央控制系统进行轴向压力测试数据的存储及显示；
测量弯矩：将待测管道1一端安装到第一液压传动系统的卡盘I4-1上；第三液压传动系统工作驱动液压杆带动第四液压传动系统的卡盘II4-2运动至与第一液压传动系统的卡盘I4-1在同一水平高度；将待测管道I4-1另一端安装到第四液压传动系统的卡盘II4-2上；通过操作中央控制系统中控制面板，控制第二液压传动系统工作，使弯矩触头5待测管道1中段；管道弯曲过程中，弯矩传感器实时监测弯矩数据传输至中央控制系统进行弯矩测试数据的存储及显示；
测量扭矩：将待测管道1一端安装到第一液压传动系统的卡盘I4-1上；第三液压传动系统工作驱动液压杆带动安装在第四液压传动系统上的扭转系统的卡盘III4-3与第一液压传动系统的卡盘I4-1处在同一水平高度；待测管道另一端安装到扭转系统的卡盘III4-3上；通过操作中央控制系统中控制面板，控制扭转系统的减速电机开始工作，管道1扭转过程中，扭矩传感器实时监测数据传输至中央控制系统进行扭矩测试数据的存储及显示；
增加内压：将液压系统的橡皮管套接在待测管道1的一端，待测管道1的另一端进行封堵；将待测管1选择测量轴向压力、测量弯矩、测量扭矩中任一方式进行安装；通过操作中央控制系统中控制面板，设定液压值，使液压泵对管道内增加压力；即可进行选择的安装方式下的测试数据测量。
本发明的有益效果是：本发明通过合理的构成及连接构建了用于油气管道性能测量的平台，适用于金属材料管道和非金属材料管道的复合载荷下的力学性能测试，具体的：基于该平台通过第一液压传动系统和第四液压传动系统向中间挤压，可以用于测量轴向压力；通过第二液压传动系统驱动可以缓慢挤压待测管道中段，可以用于测量弯矩；通过第一液压传动系统和扭转系统，可以用于测量待测管道的扭矩；同时可以模拟管道输送液体过程中的压力情况，再进一步用于轴向压力、弯矩和扭矩的测量，从而使得测量出的数据更加接近实际使用情况。
附图说明
图1是本发明的立体图；
图2是本发明的主视图；
图3是本发明的左视图；
图4是本发明的局剖剖示示意图；
图5是本发明的控制部分框图；
图中各标号为：1-管道、2-加强杆、3-1-挤压板I、3-2-挤压板II、4-1-卡盘I、4-2-卡盘II、4-3-卡盘III、5-弯矩触头、6-泵气管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对发明作进一步的说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1-5所示，一种油气管道性能测试装置，包括第一液压传动系统、第二液压传动系统、第三液压传动系统、第四液压传动系统、扭转系统和液压系统；第一液压传动系统、第四液压传动系统共同配合用于对管道1施加轴向压力；第二液压传动系统用于对通过第一液压传动系统、第四液压传动系统固定的管道1施加弯矩；第三液压传动系统用于调节第四液压传动系统、扭转系统和液压系统的高度；第一液压传动系统、扭转系统共同配合用于对管道1施加扭矩；液压系统用于对管道1施加内压。
可选地，还包括中央控制系统、压力传感器、弯矩传感器、扭矩传感器；中央控制系统用于驱动第一液压传动系统、第二液压传动系统、第三液压传动系统、第四液压传动系统、扭转系统和液压系统，用于存储和显示压力传感器、弯矩传感器、扭矩传感器采集的信息。
可选地，所述中央控制系统、第一液压传动系统依次从下往上安装在一侧，第三液压传动系统、第四液压传动系统、扭转系统和液压系统依次从下往上安装在另一侧；第一液压传动系统、第三液压传动系统之间通过加强杆2安装第二液压传动系统；其中第一液压传动系统、第四液压传动系统的液压杆的安装方向与第二液压传动系统、第三液压传动系统的液压杆的安装方向呈垂直(如图中展现的布局方式：第一液压传动系统、第四液压传动系统的液压杆的安装方向相同且呈水平方向安装，第二液压传动系统、第三液压传动系统的液压杆的安装方向相同且呈垂直方向安装)。
可选地，所述第一液压传动系统、第二液压传动系统、第三液压传动系统、第四液压传动系统均包括液压缸，第一液压传动系统中液压缸的液压杆伸出端通过固定连接的挤压板I3-1安装卡盘I4-1，第四液压传动系统中液压缸的液压杆伸出端通过固定连接的挤压板II3-2安装卡盘II4-2；第二液压传动系统中液压缸的液压杆伸出端安装弯矩触头5；第三液压传动系统中液压缸的液压杆伸出端安装第四液压传动系统。
可选地，所述扭转系统包括减速电机，减速电机输出轴上固定安装卡盘III4-3。
可选地，所述液压系统包括液压泵，液压泵出气口处固定连接泵气管6，泵气管6末端固定连接橡皮管；泵气管内还可安装有液压传感器。
可选地，所述中央控制系统包括供电模块、中央控制器、控制面板，控制面板上设置有屏幕和按键；供电模块用于供电，中央控制器用于对接收压力传感器、弯矩传感器、扭矩传感器采集的信息进行存储并通过屏幕显示，按键用于手动控制驱动第一液压传动系统、第二液压传动系统、第三液压传动系统、第四液压传动系统、扭转系统和液压系统。
一种油气管道性能测试方法，包括：
测量轴向压力：将待测管道1一端安装到第一液压传动系统的卡盘I4-1上；第三液压传动系统工作驱动液压杆带动第四液压传动系统的卡盘II4-2运动至与第一液压传动系统的卡盘I4-1在同一水平高度；将待测管道I4-1另一端安装到第四液压传动系统的卡盘II4-2上；通过操作中央控制系统中控制面板，控制第一液压传动系统和第四液压传动系统工作，向中间挤压待测管道1，同时压力传感器检测管道的压力数据传输至中央控制系统进行轴向压力测试数据的存储及显示；
测量弯矩：将待测管道1一端安装到第一液压传动系统的卡盘I4-1上；第三液压传动系统工作驱动液压杆带动第四液压传动系统的卡盘II4-2运动至与第一液压传动系统的卡盘I4-1在同一水平高度；将待测管道I4-1另一端安装到第四液压传动系统的卡盘II4-2上；通过操作中央控制系统中控制面板，控制第二液压传动系统工作，使弯矩触头5缓慢挤压待测管道1中段；管道弯曲过程中，弯矩传感器实时监测弯矩数据传输至中央控制系统进行弯矩测试数据的存储及显示；
测量扭矩：将待测管道1一端安装到第一液压传动系统的卡盘I4-1上；第三液压传动系统工作驱动液压杆带动安装在第四液压传动系统上的扭转系统的卡盘III4-3与第一液压传动系统的卡盘I4-1处在同一水平高度；待测管道另一端安装到扭转系统的卡盘III4-3上；通过操作中央控制系统中控制面板，控制扭转系统的减速电机开始工作，管道1扭转过程中，扭矩传感器实时监测数据传输至中央控制系统进行扭矩测试数据的存储及显示；
增加内压：将液压系统的橡皮管套接在待测管道1的一端，待测管道1的另一端进行封堵；将待测管1选择测量轴向压力、测量弯矩、测量扭矩中任一方式进行安装；通过操作中央控制系统中控制面板，设定液压值，使液压泵对管道内增加压力；即可进行选择的安装方式下的测试数据测量。
对于弯矩测量部分，现阶段一般采用三点抗弯测试或四点抗弯测试的方法来进行评测。不同的加载方式得到的抗弯强度亦不同，两者加载方式各有优劣，三点弯曲加载方式简单，单由于加载方式集中，弯曲分布不均匀，四点弯曲则弯矩均匀分布，但是压夹结构复杂，工业生产中较少使用。因此本发明采用三点弯曲的方式对管道施加弯矩。油气管道在使用中由于各种因素的影响，会发生弹性变形、塑性变形以及破坏。该测试装置对管道施加应力也能达到同样的效果。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种油气管道性能测试装置，其特征在于：包括第一液压传动系统、第二液压传动系统、第三液压传动系统、第四液压传动系统、扭转系统和液压系统；
第一液压传动系统、第四液压传动系统共同配合用于对管道(1)施加轴向压力；第二液压传动系统用于对通过第一液压传动系统、第四液压传动系统固定的管道(1)施加弯矩；第三液压传动系统用于调节第四液压传动系统、扭转系统和液压系统的高度；第一液压传动系统、扭转系统共同配合用于对管道(1)施加扭矩；液压系统用于对管道(1)施加内压。
2.根据权利要求1所述的油气管道性能测试装置，其特征在于：还包括中央控制系统、压力传感器、弯矩传感器、扭矩传感器；中央控制系统用于驱动第一液压传动系统、第二液压传动系统、第三液压传动系统、第四液压传动系统、扭转系统和液压系统，用于存储和显示压力传感器、弯矩传感器、扭矩传感器采集的信息。
3.根据权利要求2所述的油气管道性能测试装置，其特征在于：所述中央控制系统包括供电模块、中央控制器、控制面板，控制面板上设置有屏幕和按键；供电模块用于供电，中央控制器用于对接收的压力传感器、弯矩传感器、扭矩传感器采集的信息进行存储并通过屏幕显示，按键用于手动控制驱动第一液压传动系统、第二液压传动系统、第三液压传动系统、第四液压传动系统、扭转系统和液压系统。
4.根据权利要求2所述的油气管道性能测试装置，其特征在于：所述中央控制系统、第一液压传动系统依次从下往上安装在一侧，第三液压传动系统、第四液压传动系统、扭转系统和液压系统依次从下往上安装在另一侧；第一液压传动系统、第三液压传动系统之间通过加强杆(2)安装第二液压传动系统；其中第一液压传动系统、第四液压传动系统的液压杆的安装方向与第二液压传动系统、第三液压传动系统的液压杆的安装方向呈垂直。
5.根据权利要求1所述的油气管道性能测试装置，其特征在于：所述第一液压传动系统、第二液压传动系统、第三液压传动系统、第四液压传动系统均包括液压缸，第一液压传动系统中液压缸的液压杆伸出端通过挤压板I(3-1)安装卡盘I(4-1)，第四液压传动系统中液压缸的液压杆伸出端通过挤压板II(3-2)安装卡盘II(4-2)；第二液压传动系统中液压缸的液压杆伸出端安装弯矩触头(5)；第三液压传动系统中液压缸的液压杆伸出端安装第四液压传动系统。
6.根据权利要求1所述的油气管道性能测试装置，其特征在于：所述扭转系统包括减速电机，减速电机输出轴上固定安装卡盘III(4-3)。
7.根据权利要求1所述的油气管道性能测试装置，其特征在于：所述液压系统包括液压泵，液压泵出气口处固定连接泵气管(6)，泵气管(6)末端固定连接橡皮管；泵气管内安装有液压传感器。
8.一种油气管道性能测试方法，其特征在于：包括：
测量轴向压力：将待测管道(1)一端安装到第一液压传动系统的卡盘I(4-1)上；第三液压传动系统工作驱动液压杆带动第四液压传动系统的卡盘II(4-2)运动至与第一液压传动系统的卡盘I(4-1)在同一水平高度；将待测管道I(4-1)另一端安装到第四液压传动系统的卡盘II(4-2)上；通过操作中央控制系统中控制面板，控制第一液压传动系统和第四液压传动系统工作，向中间挤压待测管道(1)，同时压力传感器检测管道的压力数据传输至中央控制系统进行轴向压力测试数据的存储及显示；
测量弯矩：将待测管道(1)一端安装到第一液压传动系统的卡盘I(4-1)上；第三液压传动系统工作驱动液压杆带动第四液压传动系统的卡盘II(4-2)运动至与第一液压传动系统的卡盘I(4-1)在同一水平高度；将待测管道I(4-1)另一端安装到第四液压传动系统的卡盘II(4-2)上；通过操作中央控制系统中控制面板，控制第二液压传动系统工作，使弯矩触头(5)待测管道(1)中段；管道弯曲过程中，弯矩传感器实时监测弯矩数据传输至中央控制系统进行弯矩测试数据的存储及显示；
测量扭矩：将待测管道(1)一端安装到第一液压传动系统的卡盘I(4-1)上；第三液压传动系统工作驱动液压杆带动安装在第四液压传动系统上的扭转系统的卡盘III(4-3)与第一液压传动系统的卡盘I(4-1)处在同一水平高度；待测管道另一端安装到扭转系统的卡盘III(4-3)上；通过操作中央控制系统中控制面板，控制扭转系统的减速电机开始工作，管道(1)扭转过程中，扭矩传感器实时监测数据传输至中央控制系统进行扭矩测试数据的存储及显示；
增加内压：将液压系统的橡皮管套接在待测管道(1)的一端，待测管道(1)的另一端进行封堵；将待测管(1)选择测量轴向压力、测量弯矩、测量扭矩中任一方式进行安装；通过操作中央控制系统中控制面板，设定液压值，使液压泵对管道内增加压力；即可进行选择的安装方式下的测试数据测量。
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