CN206747891U - 一种海底管道试验件用焊接定位装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种海底管道试验件用焊接定位装置，包括平台和活动设置在平台上的移动车，移动车上对称设置有两个圆弧形支撑架，位于弧形支撑架外侧平台上对称设置有两个带有弧形缺口的固定夹板，位于固定夹板外侧平台上对称设置有两个带有弧形缺口的活动夹板，位于活动夹板外侧平台上对称设置有两个活动定位板；平台下端面设置有与活动定位板配合使用的同步驱动机构。本实用新型的有益效果是：采用本定位装置，无需通过人工测量或使用传统的焊接夹具，将焊接管道直接放置在定位装置平台，通过同步机构即可将两个竖向加载板定位在以管道试验件的中心线呈轴对称的位置上，使用方便且定位准确。
Description
技术领域
本实用新型涉及海底管道受弯检测技术领域，特别涉及一种海底管道试验件用焊接定位装置。
背景技术
海底管道属于压力管道的一种，但与普通压力管道的不同在于，海底管道要承受潮汐、波浪、还留、海冰、海洋跌落物的撞击，以及海水的侵蚀、渔网的摩擦等作用，这些载荷的作用使得海底管道较普遍的压力管道失效的概率更高，更容易发生事故。在诱发管道事故的各种缺陷类型中，管道产生的裂缝缺陷所占的比例最大。因此，需要通过检测和试验判定结构的裂纹损伤和结构强度。本申请发明人提供了一种海底管道裂纹检测方法，其中需要将对管道试验件进行预处理，使得管道试验件中间部位设置两个以管道试验件中心线为对称轴的支撑板，为此，本申请提供了一种对管道试验件预处理的装置。
实用新型内容
为了能够更好的预测海底管道的裂纹萌生过程以及服役时间等情况，本实用新型提供了一种海底管道受弯疲劳裂纹萌生过程的检测方法相适应的海底管道试验件用焊接定位装置。
为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种海底管道受弯疲劳裂纹萌生过程的检测方法，其特征在于，所述检测方法为：
取输油管道一部分作为管道试验件，管道试验件下端面的中间位置沿轴向设置有若干列成轴对称的应变片，每列所述应变片沿径向成列设置；每一所述应变片沿管道试验件的轴向设置，用于检测管道试验件在弯矩作用下的轴向拉应变；
将设好应变片的管道试验件放置在疲劳施压机构平台上，管道试验件的两端作为支撑点、中间部位悬空；
通过疲劳施压机构对管道试验件中间部位对称的两个位置施加向下的循环荷载，使得管道试验件中间部位承受纯弯曲力；
通过对应变片测得的应变差值可检测管道是否萌生疲劳裂纹，根据环向不同应变片测得的应变值可确定裂纹的扩展长度，进一步可得知循环负荷次数与输油管道跨中疲劳裂纹长度之间的数值关系。
在管道试验件未萌生裂纹时，由于管道试验件中间部位承受纯弯曲，每个应变片测得的应变理论上是相同的，可根据公式(1)计算得到应变片的应变值，公式如下：
其中，E为管道材料弹性模量，D和T分别为管道的外径和厚度，M为管道所承受的弯矩，θi为第i个应变片相对于垂直方向的圆心角；
当管道试验件某个位置开始萌生裂纹时，两个裂纹面处成为自由面，不受拉力作用，所以裂纹所在管道表面应变趋近于零。此时，可根据该位置两侧所在的两个应变片显示的读数检测裂纹是否萌生；假定应变片与裂纹之间的距离为分别为r1和r2，测得的应变分别为ε1和ε2，则可依据公式(2)估算裂纹萌生位置所在处的应变值为：
当ε→0时，即表明该测点产生了疲劳裂纹，即可得知萌生裂纹的长度值，并能够得知此时循环负荷次数与裂纹长度值之间的竖直关系。
为了更加清楚的讲述海底管道受弯疲劳裂纹萌生过程的检测方法，下面对检测方法作进一步详细描述，具体为：
取3-5m输油管道作为管道试验件，对管道试验件进行处理，具体为：在管道试验件上对称设置两个带有中心通孔的竖向加载板，两个竖向加载板之间的距离为2-4m；在管道试验件两端固定两个支撑端板，竖向加载板和支撑端板的高度均大于管道试验件的直径；
将经过处理的所述管道试验件放置在试验台上，仅将两个支撑端板与试验台接触，管道试验件中间部位均悬空，两个所述竖向加载板上端面放置一水平板，水平板正上方设置有能够施压于所述水平板的疲劳施压机构；
管道试验件下端面的中间位置沿轴向设置有若干列成轴对称的应变片，每列所述应变片沿径向成列设置；每一所述应变片沿管道试验件的轴向设置，用于检测管道试验件在弯矩作用下的轴向拉应变。
为了实现上述检测方法，本实用新型还提供了一种海底管道受弯疲劳裂纹萌生过程检测装置，包括底台、两个对称设置在所述底台上支撑架和设置在所述底台上的疲劳施压机构；所述支撑架上设置有管道试验件，所述管道试验件两端均固定连接一支撑端板，所述管道试验件中间部位对称设置有两个竖向加载板，所述管道试验件穿过所述竖向加载板中间部位，两个所述竖向加载板上端面设置一水平板；所述支撑端板下端面放置在所述支撑架上端面；所述疲劳施压机构的冲头下端面能够与所述水平板上端面接触；
所述管道试验件下端面的中间位置沿轴向设置有若干列成轴对称的应变片，每列所述应变片沿径向成列设置；每一所述应变片沿管道试验件的轴向设置，用于检测管道试验件在弯矩作用下的轴向拉应变。
所述水平板上端面设置有定位柱，所述疲劳施压机构的冲头下端面设置有与所述定位柱配合使用的定位孔。
所述竖向加载板上端面设置有条形定位槽，所述水平板下端面设置有与所述条形定位槽配合使用的条形定位凸起。
所述支撑架上端面设置有限位板，所述限位板包括底板和设置在所述底板上的定位架，所述定位架包括两个侧板和连接两个所述侧板一侧的固定挡板，两个所述侧板之间的距离等于或略大于所述支撑端板的厚度。
所述定位架还包括活动挡板，远离所述固定挡板一侧两个所述侧板上均设置有竖向定位槽，所述活动挡板两侧能够插入两个所述竖向定位槽内。
为了更好的实现上述实用新型目的，本实用新型还提供了一种管道试验件焊接用定位装置，包括平台和活动设置在所述平台上的移动车，所述平台上设置有中间板，所述移动车上对称设置有两个圆弧形支撑架，位于所述弧形支撑架外侧所述平台上对称设置有两个带有弧形缺口的固定夹板，位于所述固定夹板外侧所述平台上对称设置有两个带有弧形缺口的活动夹板，位于所述活动夹板外侧所述平台上对称设置有两个活动定位板；所述圆弧形支撑架、所述固定夹板、所述活动夹板和所述活动定位板均以所述中间板为中心轴呈轴对称；
所述平台下端面设置有与所述活动定位板配合使用的同步驱动机构；
所述同步驱动机构包括设置在所述平台下端面的驱动齿轮和两个与所述驱动齿轮啮合的从动齿轮，两个所述从动齿轮内部设置有螺纹配合的丝杠，两个所述丝杠相离的一端与所述活动定位板固定连接；所述管道试验件放置在所述圆弧形支撑架上。
所述活动夹板和所述固定夹板之间设置有锁紧机构。
所述活动定位板下端面和所述活动夹板下端面两侧均设置有滚轮，所述平台上端面设置有与所述滚轮配合使用的轨道。
所述活动定位板和所述活动夹板两侧面均设置有固定耳，所述平台上设置有贯穿所述固定耳的导向杆。
所述平台上端面还设置有与所述活动夹板配合使用的同步机构；所述同步机构包括与所述活动夹板侧面下端固定连接的齿条，所述齿条一端固定在所述活动夹板侧面，两个所述齿条的另一端相向设置，所述平台上设置有与所述齿条啮合的固定齿轮；所述固定齿轮与一手柄固定连接。优选地，所述固定齿轮位于所述中间板的中心轴线上。
所述移动车包括车板和车轮，所述平台上设置有与所述车轮配合使用的轨道，所述车板上设置有驱动圆弧形支撑架上下运动的升降机构；所述升降机构可以为液压缸，也可以为螺纹配合的丝杠和螺母，所述螺母通过轴承固定在所述车板上，所述螺母通过轴与电机连接，电机驱动螺母旋转，螺母旋转带动丝杠上下运动，位于两列所述车轮之间所述平台上设置有便于升降机构活动的长方形通孔。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过将管道试验件两端支撑，采用疲劳施压机构对管道试验件中间的两个位置进行循环负荷，通过对称设置在管道试验件中间位置的若干列应力片测得的应变差值检测管道是否萌生疲劳裂纹，根据环向不同应变片测得的应变值可确定裂纹的扩展长度，进一步可得知管道试验件循环负荷次数与疲劳裂缝长度之间的关系；通过对管道试验件的检测，能够预知海底管道的裂缝萌生状况，可作为对未安装海底管道的检测判断其是否符合海底服役要求。此外，本实用新型还提供了一种与检测方法相适应的检测装置，本检测装置能够很好的模拟海浪等对海底管道造成的外力，使管道试验件承受纯弯曲作用，并通过设于管道试验件底部的应力片计算准确的疲劳裂缝的长度值。此外，本实用新型还提供了一种与检测方法和检测装置相配合的管道试验件的焊接用定位装置，采用本定位装置，无需通过人工测量或使用传统的焊接夹具，将焊接管道直接放置在定位装置平台，通过简单的驱动机构即可将两个竖向加载板定位在以管道试验件的中心线呈轴对称的位置上，使用方便且定位准确，使得海底管道受弯疲劳裂纹萌生过程的检测方法或检测装置的测量结构更为准确。
附图说明
图1为本实用新型实施例1中示意图。
图2为本实用新型实施例1应变片相对于垂直方向圆心角θi的示意图。
图3为本实用新型实施例1中管道试验件力学模型图。
图4为本实用新型实施例1中管道试验件力学Q图。
图5为本实用新型实施例1中管道试验件力学M图。
图6为本实用新型实施例2的结构示意图。
图7为本实用新型实施例3的结构示意图A。
图8为本实用新型实施例3的结构示意图B。
图9为本实用新型实施例3中同步驱动机构的机构示意图。
图10为本实用新型实施例3中平台的结构示意图。
其中，附图标记为：
1、平台；2、支架；3、导向杆；4、活动定位板；5、支撑端板；6、竖向加载板；7、管道试验件；8、固定夹板；9、活动夹板；10、固定耳；11、减速电机；12、手柄；13、升降机构；14、同步机构；15、丝杠；16、圆弧形支撑架；17、螺纹孔；18、齿条；19、从动齿轮；20、驱动齿轮；21、从动齿轮；22、丝杠；23、长方形通孔；24、长条形缺口；25、中间板；26、车轮轨道；27、滚轮轨道；28、移动车；
31、底台；32、支撑架；33、底板；34、定位架；35、支撑端板；36、管道试验件；37、定位柱；38、疲劳施压机构；39、冲头；40、水平板；41、竖向加载板。
具体实施方式
本实用新型是通过对管道试验件施加疲劳荷载，使得管道下部受拉力作用，进而通过设于管道下部的应力片来了解管道中间部位的应力差值，从而反映出管道裂纹的萌生过程或裂纹的延展长度，结合疲劳载荷的次数能够得出管道试验件的海底服役情况。通过本实用新型的检测方法及检测装置，能够清楚的预知或了解同种材质的海底管道的疲劳裂纹萌生过程。
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
实施例1检测方法
本实用新型实施例提供了一种海底管道受弯疲劳裂纹萌生过程的检测方法，检测方法为：
取输油管道一部分作为管道试验件，管道试验件下端面的中间位置沿轴向设置有若干列成轴对称的应变片，每列所述应变片沿径向成列设置；(参见图1)，每一应变片沿管道试验件的轴向设置，用于检测管道试验件在弯矩作用下的轴向拉应变；图1中，A为裂缝，B为管道试验件底部，C为应变片。
将设好应变片的管道试验件放置在疲劳施压机构平台上，管道试验件的两端作为支撑点、中间部位悬空；
通过疲劳施压机构对管道试验件中间部位对称的两个位置施加向下的循环荷载，使得管道试验件中间部位承受纯弯曲力；
通过对应变片测得的应变差值可检测管道是否萌生疲劳裂纹，根据环向不同应变片测得的应变值可确定裂纹的扩展长度，进一步可得知循环负荷次数与输油管道跨中疲劳裂纹长度之间的数值关系。
参见图2，具体的计算方法如下：
在管道试验件未萌生裂纹时，由于管道试验件中间部位承受纯弯曲，每个应变片测得的应变理论上是相同的，可根据公式(1)计算得到应变片的应变值，公式如下：
其中，E为管道材料弹性模量，D和T分别为管道的外径和厚度，M为管道所承受的弯矩，θi为第i个应变片相对于垂直方向的圆心角；
当管道试验件某个位置开始萌生裂纹时，两个裂纹面处成为自由面，不受拉力作用，所以裂纹所在管道表面应变趋近于零。此时，可根据该位置两侧所在的两个应变片显示的读数检测裂纹是否萌生；假定应变片与裂纹之间的距离为分别为r1和r2，测得的应变分别为ε1和ε2，则可依据公式(2)估算裂纹萌生位置所在处的应变值为：
当ε→0时，即表明该测点产生了疲劳裂纹，即可得知萌生裂纹的长度值，并能够得知此时循环负荷次数与裂纹长度值之间的竖直关系。
为了能够更加清楚体现的上述方法，下面对检测方法进行详细描述，可参见图4，检测方法具体为：
取4m输油管道作为管道试验件，对管道试验件进行处理，具体为：在管道试验件上对称设置两个带有中心通孔的竖向加载板，两个竖向加载板之间的距离为3m；在管道试验件两端固定两个支撑端板，竖向加载板和支撑端板的高度均大于管道试验件的直径；
将经过处理的所述管道试验件放置在试验台上，仅将两个支撑端板与试验台接触，管道试验件中间部位均悬空，两个所述竖向加载板上端面放置一水平板，水平板正上方设置有能够施压于所述水平板的疲劳施压机构；
所述管道试验件下端面的中间位置沿径向且呈轴对称设置有若干列应变片。
上述检测方法是将管道试验件施加四点弯曲梁，其力学模型如图3所示。两块带孔竖向加载板41相当于图3中的C和D位置，支撑端板35模拟图3中的A和B两点。C和D两点的集中力通过水平板40传递到两块竖向加载板41。从图4和图5的内力图可知：CD段(即两块竖向加载板41之间的管道)承受纯弯曲作用。
实施例2检测装置
参见图6，本实用新型实施例提供了一种能够实现实施例1中检测方法的海底管道受弯疲劳裂纹萌生过程检测装置，包括底台31、两个对称设置在所述底台31上支撑架32和设置在所述底台31上的疲劳施压机构38；所述支撑架32上设置有管道试验件36，所述管道试验件36两端均固定连接一支撑端板35，所述管道试验件36中间部位对称设置有两个竖向加载板41，所述管道试验件41穿过所述竖向加载板41中间部位，两个所述竖向加载板41上端面设置一水平板40；所述支撑端板35下端面放置在所述支撑架32上端面；所述疲劳施压机构38的冲头39下端面能够与所述水平板40上端面接触；
参见图2，所述管道试验件36下端面的中间位置沿轴向设置有若干列成轴对称的应变片，每列所述应变片沿径向成列设置；每一所述应变片沿管道试验件的轴向设置，用于检测管道试验件在弯矩作用下的轴向拉应变。
所述水平40上端面设置有定位柱37，所述疲劳施压机构38的冲头39下端面设置有与所述定位柱37配合使用的定位孔。
所述竖向加载板41上端面设置有条形定位槽，所述水平板40下端面设置有与所述条形定位槽配合使用的条形定位凸起。
所述支撑架32上端面设置有限位板，所述限位板包括底板33和设置在所述底板33上的定位架34，所述定位架34包括两个侧板和连接两个所述侧板一侧的固定挡板，两个所述侧板之间的距离等于或略大于所述支撑端板的厚度。
所述定位架34还包括活动挡板，远离所述固定挡板一侧两个所述侧板上均设置有竖向定位槽，所述活动挡板两侧能够插入两个所述竖向定位槽内。
其中，所述疲劳施压机构38为疲劳试验机，疲劳试验机能够模拟出海底海浪的压力对管道试验件施加循环荷载，属于现有技术，在此不再详细赘述。所述应变片以及如何与管道试验件连接属于现有技术，在此不再详细赘述。
实施例3焊接用定位装置
为了能够得到精确的检测结果，本实用新型实施例提供了一种管道试验件焊接用定位装置，参见图7-图10，定位装置包括平台1和活动设置在平台1上的移动车28，平台1上设置有中间板25，移动车28上对称设置有两个圆弧形支撑架16，位于所述弧形支撑架16外侧所述平台1上对称设置有两个带有弧形缺口的固定夹板8，位于所述固定夹板8外侧所述平台1上对称设置有两个带有弧形缺口的活动夹板9，位于所述活动夹板9外侧所述平台1上对称设置有两个活动定位板4；所述圆弧形支撑架16、所述固定夹板8、所述活动夹板9和所述活动定位板4均以所述中间板25为中心轴呈轴对称；
所述平台1下端面设置有与所述活动定位板4配合使用的同步驱动机构；
所述同步驱动机构包括设置在所述平台1下端面的驱动齿轮20和两个与所述驱动齿轮20啮合的从动齿轮(19和21)，两个所述从动齿轮(19和21)内部设置有螺纹配合的丝杠(22和15)，两个所述丝杠(22和15)相离的一端与所述活动定位板4固定连接；所述活动定位板4下端设置有连接板，连接板向下穿过平台1的长条形缺口24与丝杠(22和15)连接。
所述活动夹板9和所述固定夹板8之间设置有锁紧机构；锁紧机构可以为在锁紧螺栓，在活动夹板9和固定夹板8相对应位置开设有螺纹孔17，活动夹板9和固定夹板8通过穿过螺纹孔17的锁紧螺栓进行紧固连接。
所述活动定位板4下端面和所述活动夹板9下端面两侧均设置有滚轮，所述平台1上端面设置有与所述滚轮配合使用的滚轮轨道27。
所述活动定位板4和所述活动夹板9两侧面均设置有固定耳10，所述平台上1设置有支架2，支架2上设置有贯穿所述固定耳10的导向杆3。
所述平台1上端面还设置有与所述活动夹板9配合使用的同步机构；所述同步机构14包括与所述活动夹板9侧面下端固定连接的齿条18，所述齿条18一端固定在所述活动夹板9侧面，两个所述齿条18的另一端相向设置，所述平台1上设置有与所述齿条18啮合的固定齿轮；所述固定齿轮与一手柄12固定连接。优选地，所述固定齿轮位于所述中间板25的中心轴线上。
所述移动车28包括车板和车轮，所述平台1上设置有与所述车轮配合使用的车轮轨道26，所述车板上设置有驱动圆弧形支撑架16上下运动的升降机构；所述升降机构可以为液压缸，也可以为螺纹配合的丝杠和螺母，所述螺母通过轴承固定在所述车板上，所述螺母通过轴与电机连接，电机驱动螺母旋转，螺母旋转带动丝杠上下运动，位于两列所述车轮之间所述平台上设置有便于升降机构活动的长方形通孔23。所述移动车28还设置有定位机构，能够保证移动车28固定不动，定位机构可以为设置在滚轮上的制动部件，也可为设置在车板与平台之间的定位销，定位机构为现有技术，在此不再详细赘述。
使用时，预先将两个竖向加载板6套接在管道试验件7上，并将管道试验件7放置在圆弧形支撑架16上，使得竖向加载板6位于两个固定夹板8之间，通过调整移动车28和活动夹板9的位置，使得固定夹板8和活动夹板9将支撑端板5紧靠在管道试验件7的端部，将管道试验件7的两端焊接上支撑端板5；然后，通过升降机构13将管道试验件7举升，将移动竖向加载板6使其位于固定夹板8和活动夹板9之间，移动活动定位板4使其位于支撑端板5外侧；然后将管道试验件7降下，启动减速电机11，使得两个活动定位板4相向移动，推动移动车28上的管道试验件7，活动定位板4在同步驱动机构作用下，同步相向移动，使得管道试验件7的中心线位于中间板的中心线位于同一竖直面上，然后再向内推动一侧的活动夹板9，另一侧的活动夹板9在同步机构的作用下也向内侧移动，活动夹板9与竖向加载板6接触后并推动其一并向内侧移动，当活动夹板9和固定夹板8将竖向加载板6夹紧后，通过锁紧机构将活动夹板9和固定夹板8进行锁紧，然后将竖向加载板6与管道试验件7焊接，在焊接过程中，可先焊接上端面再通过升降机构13将管道试验件7举起再焊接下端面。通过本定位装置，能够方便且更准确的定位出竖向加载板6的位置。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种海底管道试验件用焊接定位装置，其特征在于，包括平台和活动设置在所述平台上的移动车，所述平台上设置有中间板，所述移动车上对称设置有两个圆弧形支撑架，位于所述弧形支撑架外侧所述平台上对称设置有两个带有弧形缺口的固定夹板，位于所述固定夹板外侧所述平台上对称设置有两个带有弧形缺口的活动夹板，位于所述活动夹板外侧所述平台上对称设置有两个活动定位板；所述圆弧形支撑架、所述固定夹板、所述活动夹板和所述活动定位板均以所述中间板为中心轴呈轴对称；
所述平台下端面设置有与所述活动定位板配合使用的同步驱动机构；
所述同步驱动机构包括设置在所述平台下端面的驱动齿轮和两个与所述驱动齿轮啮合的从动齿轮，两个所述从动齿轮内部设置有螺纹配合的丝杠，两个所述丝杠相离的一端与所述活动定位板固定连接；所述管道试验件放置在所述圆弧形支撑架上。
2.根据权利要求1所述的海底管道试验件用焊接定位装置，其特征在于，所述活动定位板下端面和所述活动夹板下端面两侧均设置有滚轮，所述平台上端面设置有与所述滚轮配合使用的轨道。
3.根据权利要求1所述的海底管道试验件用焊接定位装置，其特征在于，所述活动定位板和所述活动夹板两侧面均设置有固定耳，所述平台上设置有贯穿所述固定耳的导向杆。
4.根据权利要求1所述的海底管道试验件用焊接定位装置，其特征在于，所述平台上端面还设置有与所述活动夹板配合使用的同步机构；所述同步机构包括与所述活动夹板侧面下端固定连接的齿条，所述齿条一端固定在所述活动夹板侧面，两个所述齿条的另一端相向设置，所述平台上设置有与所述齿条啮合的固定齿轮；所述固定齿轮与一手柄固定连接。
5.根据权利要求1所述的海底管道试验件用焊接定位装置，其特征在于，所述移动车包括车板和车轮，所述平台上设置有与所述车轮配合使用的轨道，所述车板上设置有驱动圆弧形支撑架上下运动的升降机构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720589502.1U CN206747891U (zh) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | 一种海底管道试验件用焊接定位装置 |
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| CN201720589502.1U CN206747891U (zh) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | 一种海底管道试验件用焊接定位装置 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN206747891U true CN206747891U (zh) | 2017-12-15 |
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ID=60620215
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| CN201720589502.1U Active CN206747891U (zh) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | 一种海底管道试验件用焊接定位装置 |
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|---|---|
| CN (1) | CN206747891U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108581872A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-09-28 | 钟静海 | 油气管道定位器 |
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2017
- 2017-05-25 CN CN201720589502.1U patent/CN206747891U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108581872A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-09-28 | 钟静海 | 油气管道定位器 |
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |