CN117969294B - 一种管道压力测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于管道安全技术领域，公开了一种管道压力测试装置，包括：连接组件，设置在待测管道两端，用于连接并密封待测管道两端；充气组件，设置在所述连接组件一侧，用于向待测管道内部充入高压检测气体；探测组件，设置在所述连接组件一端，用于探查待测管道内具体泄漏点；控制单元，设置在待测管道一侧；所述控制单元包括：第一数据采集模块、模型训练模块、第二数据采集模块、数据分析模块和控制模块。本发明通过综合考虑待测管道的强度系数和待测管道内环境关系系数，并结合待测管道的容积，计算出相应的充气系数，并根据充气系数，控制对待测管道内的充气速度，进而对充气速度进行实时调整，避免充气速度过快导致管道破损。

Description

一种管道压力测试装置
技术领域
本发明属于管道安全技术领域，具体涉及一种管道压力测试装置。
背景技术
在许多国家和地区，对管道系统的安全性和可靠性有着严格的法律法规和标准要求，这些法规和标准通常要求管道系统必须经过压力测试，以证明其在设计压力下的耐压能力和密封性能；特别对于管道系统在输送液体或气体过程中，必须具备高度的安全性和可靠性。由于管道可能面临的压力、温度变化以及外部环境的影响，对管道系统进行压力测试可以帮助发现潜在的漏点、弱点或缺陷，确保管道在正常工作压力下不会出现泄漏或突发性故障。
如公开号为CN109916727A的专利公开了一种管道压力测试装置及方法，其利用加压泵通过高压水管向待测管道加压，将应变片和千分表设置在待测管道上，并连接到应变仪；终端设备从应变仪中读取待测管道在不同压力下的变形数据，实现对管道压力测试；
再如授权公告号为CN113267220B的中国专利公开了一种压力管道测试装置，其通过将管道两端进行封堵，并对待测管道内部充入高压气体，进而对管道进行压力测试。
上述方案虽然能够实现对管道的压力测试，但还存在如下问题：
在对管道内部充入高压气体时，充气的速度没有有效控制，充气速度在管道进行充气式压力测试时是一个非常重要的因素，它直接影响着测试的安全性、有效性和准确性，充气速度过快可能导致管道内部压力迅速增加，超出管道承受范围，从而增加了管道破裂的风险，适当的充气速度有助于实现管道内部压力的均衡分布，过快的充气速度可能导致管道内部压力不均匀，甚至造成局部过高的压力，影响测试结果的准确性；且由于对管道内部不断充气，管道内部的气压实时发生变化，因此不能保持充气速度一成不变，需要进行实时变化，以确保测试的安全性、有效性和准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管道压力测试装置，用于解决现背景技术中提出的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种管道压力测试装置，包括：连接组件，设置在待测管道两端，用于连接并密封待测管道两端；充气组件，设置在所述连接组件一侧，并与所述连接组件一端连通，用于向待测管道内部充入高压检测气体；探测组件，设置在所述连接组件一端，并可在待测管道内部移动，用于探查待测管道内具体泄漏点；控制单元，设置在待测管道一侧；所述控制单元包括：第一数据采集模块，用于采集管道压力测试装置的历史训练数据集合，历史训练数据集合包括第一综合数据信息和实际目标压力值，所述第一综合数据信息包括待测管道的材质、尺寸和工作环境；
模型训练模块，基于历史训练数据集合，训练预测出目标压力值的机器学习模型，采集实时的第一综合数据信息，并输入到训练完成的机器学习模型内预测出目标压力值；
第二数据采集模块，用于采集待测管道的第二综合数据信息，所述第二综合数据信息包括待测管道强度系数和待测管道内环境关系系数；
数据分析模块，根据第二综合数据信息生成充气系数，并根据充气系数判断生成相应的充气速度等级；
控制模块，根据相应的充气速度等级，控制待测管道内的充气的速度。
优选的，所述连接组件包括：第一法兰盘，设置在所述待测管道一端；第二法兰盘，对称设置在所述待测管道另一端，并与所述第一法兰盘结构相同；密封圈，设置在所述第一法兰盘和第二法兰盘上；对拉螺栓，贯穿所述第一法兰盘和第二法兰盘，用于将第一法兰盘和第二法兰盘密封固定在待测管道的两端。
优选的，所述充气组件包括：充气泵，设置在所述第一法兰盘一侧；充气管，用于连接充气泵和第一法兰盘；电磁阀，设置在所述充气泵与充气管连接处，用于对待测管道内的充气速度进行控制；压力表，设置在所述充气管上，用于监测待测管道内部的气压。
优选的，所述探测组件包括：电推杆，设置在所述连接组件一端；固定环架，固定连接在所述电推杆的延伸端；充气气囊环，固定安装在所述固定环架上，并与所述待测管道内壁贴合。
优选的，所述训练预测出目标压力值的机器学习模型的训练方式如下：
将采集的历史训练数据集合中的每组第一综合数据信息转换为对应的特征向量；
将每组特征向量作为机器学习模型的输入，所述机器学习模型以每组第一综合数据信息实际目标压力值作为输出，以每组第一综合数据信息所对应的目标压力值作为预测目标，以最小化所述机器学习模型损失函数值作为训练目标，当机器学习模型损失函数值小于等于预设的目标损失值时停止训练。
优选的，影响待测管道强度系数的参数包括待测管道的壁厚、待测管道材料的抗拉强度、抗压强度和弹性模量；
影响待测管道内环境关系系数的参数包括待测管道内环境温度和气压。
优选的，所述待测管道强度系数的生成方式如下：
；
式中，为待测管道强度系数，为待测管道的壁厚，为待测管道材料的抗拉强度，为待测管道材料的抗压强度，为待测管道材料的弹性模量，、、、均为权重系数，、、、均大于0。
优选的，所述待测管道内环境关系系数的生成方式如下：
；
式中，为待测管道内环境关系系数，为待测管道内环境温度，为待测管道内环境气压，、均为权重系数，、均大于0。
优选的，所述充气系数的生成方式如下：
；
式中，为充气系数，为待测管道的容积，、、均为权重系数，、、均大于0。
优选的，所述充气速度等级的生成方式如下：
充气速度等级包括一级充气速度、二级充气速度和三级充气速度，其中一级充气速度、二级充气速度和三级充气速度依次递增；
预设充气系数的阈值范围为、和，所述<<；
若，此时，数据分析模块生成一级充气速度；
若，此时，数据分析模块生成二级充气速度；
若，此时，数据分析模块生成三级充气速度。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明通过设置充气组件和探测组件，可以对封闭的待测管道内部充入高压气体，当监测到待测管道出现泄漏时，可以利用探测组件在待测管道内部移动，进行排查，精准定位查找到具体泄漏点，便于后续对管道的维修。
2.本发明通过综合考虑待测管道的强度系数和待测管道内环境关系系数，并结合待测管道的容积，计算出相应的充气系数，并根据充气系数，控制对待测管道内的充气速度，可以在对待测管道充气的过程中，实时监测待测管道内环境关系系数，进而对充气速度进行实时调整，避免充气速度过快导致管道内部压力分布不均衡，进而导致管道破损，或影响测试精度。
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做简单的介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明的整体结构示意图；
图2示出了本发明的剖面图；
图3示出了本发明的探测组件结构示意；
图4示出了本发明的控制单元程序图。
附图标记：100、连接组件；101、第一法兰盘；102、第二法兰盘；103、密封圈；104、对拉螺栓；200、充气组件；201、充气泵；202、充气管；203、电磁阀；204、压力表；300、探测组件；301、电推杆；302、固定环架；303、充气气囊环；400、控制单元。
具体实施方式
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、完整的描述，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
参照图1和图2所示，一种管道压力测试装置，包括：连接组件100，设置在待测管道两端，用于连接并密封待测管道两端；充气组件200，设置在连接组件100一侧，并与连接组件100一端连通，用于向待测管道内部充入高压检测气体；
本实施例中，可以利用连接组件100对待测管道的两端进行密封固定，然后通过充气组件200向待测管道内部充入一定量的高压气体，并保压一段时间，并在此期间监测管道是否出现泄漏。
具体的，参照图1所示，连接组件100包括：第一法兰盘101、第二法兰盘102、密封圈103和对拉螺栓104，其中，第一法兰盘101设置在待测管道一端；第二法兰盘102，对称设置在待测管道另一端，并与第一法兰盘101结构相同；密封圈103，设置在第一法兰盘101和第二法兰盘102上；对拉螺栓104，贯穿第一法兰盘101和第二法兰盘102，用于将第一法兰盘101和第二法兰盘102密封固定在待测管道的两端；
本实施例中，可以将第一法兰盘101和第二法兰盘102分别安装在待测管道的两端，然后利用对拉螺栓104将第一法兰盘101和第二法兰盘102之间的距离进行缩减，使得第一法兰盘101和第二法兰盘102通过密封圈103与待测管道的两端紧密连接，从而对待测管道的两端进行密封，避免后续充气时，气体泄漏。
进一步的，参照图1所示，充气组件200包括：充气泵201、充气管202、电磁阀203和压力表204，其中，充气泵201，设置在第一法兰盘101一侧；充气管202，用于连接充气泵201和第一法兰盘101；电磁阀203，设置在充气泵201与充气管202连接处，用于对待测管道内的充气速度进行控制；压力表204，设置在充气管202上，用于监测待测管道内部的气压。
本实施例中，可以利用充气泵201工作，将高压气体通过充气管202送入到待测管道内部，同时可以利用压力表204对管道内的压力进行实时监测，并且可以通过电磁阀203控制对待测管道内部的充气速度，避免充气速度过快导致管道内部压力分布不均衡，进而导致管道破损，或影响测试精度；同时也避免充气速度过慢导致测试效率低的现象。
工作原理：工作时，可以将第一法兰盘101和第二法兰盘102分别安装在待测管道的两端，然后利用对拉螺栓104将第一法兰盘101和第二法兰盘102之间的距离进行缩减，使得第一法兰盘101和第二法兰盘102通过密封圈103与待测管道的两端紧密连接，从而对待测管道的两端进行密封，然后，启动充气泵201，利用充气泵201进行充气工作，将测试高压气体通过充气管202送入到待测管道内部，同时利用压力表204对管道内的压力进行实时监测，并且可以通过电磁阀203控制对待测管道内部的充气速度，避免充气速度过快导致管道内部压力分布不均衡，进而导致管道破损，或影响测试精度；同时也避免充气速度过慢导致测试效率低的现象。
实施例2
为了避免在对待测管道测试时，无法精准定位待测管道上出现的泄漏点，本发明在实施例1的基础上还设置有探测组件300；
具体的，参照图2和图3所示，探测组件300，设置在连接组件100一端，并可在待测管道内部移动，用于探查待测管道内具体泄漏点；探测组件300包括：电推杆301、固定环架302和充气气囊环303，其中，电推杆301设置在连接组件100一端；固定环架302，固定连接在电推杆301的延伸端，并与电推杆301固定连接；充气气囊环303，固定安装在固定环架302上，并与待测管道内壁贴合。
本实施例中，当压力表204检测到待测管道出现泄漏现象时，此时可以利用电推杆301延伸推动固定环架302从待测管道的一端向另一端移动，同时固定环架302上的充气气囊环303与管道内壁贴合，并跟随固定环架302同步移动，当固定环架302上的充气气囊环303移动至相应的位置时，此时压力表204上的数值会发生变化，则表明相应位置出现泄漏，可以精准定位泄漏点，便于后续对管道进行维修。
实施例3
为了保证对待测管道测试的安全性、有效性和准确性，需要对待测管道的充气速度进行合理控制，因此，本发明在实施例1的基础上还设有控制单元400，控制单元400设置在待测管道一侧；
具体的，参照图4所示，控制单元400包括：第一数据采集模块，用于采集管道压力测试装置的历史训练数据集合，历史训练数据集合包括第一综合数据信息和实际目标压力值，第一综合数据信息包括待测管道的材质、尺寸和工作环境；
其中，管道的材质包括钢铁、不锈钢、铜、铸铁、玻璃钢、塑料和陶瓷等，不同管道的材质承受的压力也不同，钢铁、铸铁的抗压性能较其他材质要强；
管道的尺寸包括管道的长度、管道的内径、外径和管道的壁厚；
工作环境包括供水、供气、输送石油、天然气、燃料等，工作环境不同，管道的压力等级也不同；
实际目标压力值可以通过对管道进行抗压测试，并根据测试结果得出。
上述中，第一综合数据信息可以通过与控制单元400匹配的人机交互页面输入；
模型训练模块，基于历史训练数据集合，训练预测出目标压力值的机器学习模型，采集实时的第一综合数据信息，并输入到训练完成的机器学习模型内预测出目标压力值；
训练预测出目标压力值的机器学习模型的训练方式如下：
将采集的历史训练数据集合中的每组第一综合数据信息转换为对应的特征向量；
将每组特征向量作为机器学习模型的输入，机器学习模型以每组第一综合数据信息实际目标压力值作为输出，以每组第一综合数据信息所对应的目标压力值作为预测目标，以最小化机器学习模型损失函数值作为训练目标，当机器学习模型损失函数值小于等于预设的目标损失值时停止训练。
其中，机器学习模型是SVM回归、随机森林回归或神经网络回归模型中的一种；
机器学习模型损失函数值为均方误差；
均方误差是常用的损失函数之一，通过将损失函数最小化为目标来训练模型，使得机器学习模型更好地拟合数据，从而提高模型的性能和准确率；
损失函数中为机器学习模型损失函数值，x为特征向量组号；m为特征向量组数；为第x组特征向量实际目标压力值，为第x组特征向量实际所对应的预测目标压力值；
机器学习模型的其他模型参数，目标损失值、优化算法、训练集测试集验证集比例以及损失函数的优化等均通过实际的工程实现，不断地进行实验调优后获得。
在利用充气泵201对待测管道内部进行充气时，利用压力表204对待测管道内部的压力进行实时监测，当压力表204的压力值达到目标压力值时，停止充气工作。
第二数据采集模块，用于采集待测管道的第二综合数据信息，第二综合数据信息包括待测管道强度系数和待测管道内环境关系系数；
其中，影响待测管道强度系数的参数包括待测管道的壁厚、待测管道材料的抗拉强度、抗压强度和弹性模量；
其中，待测管道的壁厚，可以通过超声波测厚仪进行测量获取，待测管道材料的抗拉强度、抗压强度和弹性模量由本领域技术人员通过大量实验确定获得。
具体的，待测管道强度系数的生成方式如下：
；
式中，为待测管道强度系数，为待测管道的壁厚，为待测管道材料的抗拉强度，为待测管道材料的抗压强度，为待测管道材料的弹性模量，、、、均为权重系数，、、、均大于0，其中，材料的抗拉强度、抗压强度和弹性模量由本领域技术人员通过大量实验确定。
需要说明的是，权重系数的大小是为了将各个数据进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于权重系数的大小，取决于综合参数的多少及本领域技术人员对每一组综合参数初步设定对应的权重系数。
影响待测管道内环境关系系数的参数包括待测管道内环境温度和气压；
其中，待测管道内环境温度和气压可以通过温度传感器和压力传感器实时获取；
待测管道内环境关系系数的生成方式如下：
；
式中，为待测管道内环境关系系数，为待测管道内环境温度，为待测管道内环境气压，、均为权重系数，、均大于0；
需要说明的是，权重系数的大小是为了将各个数据进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于权重系数的大小，取决于综合参数的多少及本领域技术人员对每一组综合参数初步设定对应的权重系数。
充气系数的生成方式如下：
；
式中，为充气系数，为待测管道的容积，、、均为权重系数，、、均大于0；
其中，待测管道强度系数和待测管道的容积越大，则相对的充气系数越大，充气的速度也就相对较快；反之，待测管道内环境关系系数越大，则相对的充气系数越小，充气的速度也就相对较慢；
因此，可以根据待测管道内实时的环境系数的变化，控制不同阶段的充气速度。
数据分析模块，根据第二综合数据信息生成充气系数，并根据充气系数判断生成相应的充气速度等级；
充气速度等级的生成方式如下：
充气速度等级包括一级充气速度、二级充气速度和三级充气速度，其中一级充气速度、二级充气速度和三级充气速度依次递增；
预设充气系数的阈值范围为、和，<<；
若，此时，数据分析模块生成一级充气速度；
若，此时，数据分析模块生成二级充气速度；
若，此时，数据分析模块生成三级充气速度。
控制模块，根据相应的充气速度等级，控制待测管道内的充气的速度；
一级充气速度、二级充气速度和三级充气速度对应电磁阀203的开启状态分别为微开、半开和全开状态，根据相应的充气速度等级，控制电磁阀203的开启状态，进而控制充气速度。
本发明通过综合考虑待测管道的强度系数和待测管道内环境关系系数，并结合待测管道的容积，计算出相应的充气系数，并根据充气系数，控制对待测管道内的充气速度，可以在对待测管道充气的过程中，实时监测待测管道内环境关系系数，进而对充气速度进行实时调整，避免充气速度过快导致管道内部压力分布不均衡，进而导致管道破损，或影响测试精度；同时也可以避免充气速度过慢，影响测试效率的问题，实时调整对待测管道内的充气速度，使得测试安全、有效、准确。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可做很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种管道压力测试装置，其特征在于，包括：
连接组件（100），设置在待测管道两端，用于连接并密封待测管道两端；
充气组件（200），设置在所述连接组件（100）一侧，并与所述连接组件（100）一端连通，用于向待测管道内部充入高压检测气体；
探测组件（300），设置在所述连接组件（100）一端，并可在待测管道内部移动，用于探查待测管道内具体泄漏点；
控制单元（400），设置在待测管道一侧；
所述控制单元（400）包括：
第一数据采集模块，用于采集管道压力测试装置的历史训练数据集合，历史训练数据集合包括第一综合数据信息和实际目标压力值，所述第一综合数据信息包括待测管道的材质、尺寸和工作环境；
模型训练模块，基于历史训练数据集合，训练预测出目标压力值的机器学习模型，采集实时的第一综合数据信息，并输入到训练完成的机器学习模型内预测出目标压力值；
第二数据采集模块，用于采集待测管道的第二综合数据信息，所述第二综合数据信息包括待测管道强度系数和待测管道内环境关系系数；
数据分析模块，根据第二综合数据信息生成充气系数，并根据充气系数判断生成相应的充气速度等级；
控制模块，根据相应的充气速度等级，控制待测管道内的充气的速度。
2.如权利要求1所述的一种管道压力测试装置，其特征在于，所述连接组件（100）包括：
第一法兰盘（101），设置在所述待测管道一端；
第二法兰盘（102），对称设置在所述待测管道另一端，并与所述第一法兰盘（101）结构相同；
密封圈（103），设置在所述第一法兰盘（101）和第二法兰盘（102）上；
对拉螺栓（104），贯穿所述第一法兰盘（101）和第二法兰盘（102），用于将第一法兰盘（101）和第二法兰盘（102）密封固定在待测管道的两端。
3.如权利要求2所述的一种管道压力测试装置，其特征在于，所述充气组件（200）包括：
充气泵（201），设置在所述第一法兰盘（101）一侧；
充气管（202），用于连接充气泵（201）和第一法兰盘（101）；
电磁阀（203），设置在所述充气泵（201）与充气管（202）连接处，用于对待测管道内的充气速度进行控制；
压力表（204），设置在所述充气管（202）上，用于监测待测管道内部的气压。
4.如权利要求1或3所述的一种管道压力测试装置，其特征在于，所述探测组件（300）包括：
电推杆（301），设置在所述连接组件（100）一端；
固定环架（302），固定连接在所述电推杆（301）的延伸端；
充气气囊环（303），固定安装在所述固定环架（302）上，并与所述待测管道内壁贴合。
5.如权利要求4所述的一种管道压力测试装置，其特征在于，所述训练预测出目标压力值的机器学习模型的训练方式如下：
将采集的历史训练数据集合中的每组第一综合数据信息转换为对应的特征向量；
将每组特征向量作为机器学习模型的输入，所述机器学习模型以每组第一综合数据信息实际目标压力值作为输出，以每组第一综合数据信息所对应的目标压力值作为预测目标，以最小化所述机器学习模型损失函数值作为训练目标，当机器学习模型损失函数值小于等于预设的目标损失值时停止训练。
6.如权利要求5所述的一种管道压力测试装置，其特征在于，影响待测管道强度系数的参数包括待测管道的壁厚、待测管道材料的抗拉强度、抗压强度和弹性模量；
影响待测管道内环境关系系数的参数包括待测管道内环境温度和气压。
7.如权利要求6所述的一种管道压力测试装置，其特征在于，所述待测管道强度系数的生成方式如下：
；
式中，为待测管道强度系数，为待测管道的壁厚，为待测管道材料的抗拉强度，为待测管道材料的抗压强度，为待测管道材料的弹性模量，、、、均为权重系数，、、、均大于0。
8.如权利要求7所述的一种管道压力测试装置，其特征在于，所述待测管道内环境关系系数的生成方式如下：
；
式中，为待测管道内环境关系系数，为待测管道内环境温度，为待测管道内环境气压，、均为权重系数，、均大于0。
9.如权利要求8所述的一种管道压力测试装置，其特征在于，所述充气系数的生成方式如下：
；
式中，为充气系数，为待测管道的容积，、、均为权重系数，、、均大于0。
10.如权利要求9所述的一种管道压力测试装置，其特征在于，所述充气速度等级的生成方式如下：
充气速度等级包括一级充气速度、二级充气速度和三级充气速度，其中一级充气速度、二级充气速度和三级充气速度依次递增；
预设充气系数的阈值范围为、和，所述<<；
若，此时，数据分析模块生成一级充气速度；
若，此时，数据分析模块生成二级充气速度；
若，此时，数据分析模块生成三级充气速度。
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