CN207231717U - 大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统，包括布设在天然气管道附近的若干只冲击波传感器，所述的传感器分为平行通道阵列、垂直通道阵列和倾斜通道阵列，所述的平行通道阵列设置在天然气管道的爆破起始裂缝点为起始点平行于天然气管道方向的位置；所述的垂直通道阵列设置在爆破起始裂缝点为起始点垂直于天然气管道方向的位置，所述的倾斜通道阵列设置在爆破起始裂缝点为起始点与天然气管道方向呈45°的方向位置。本实用新型测量获得以天然气管道爆破起始裂缝点为起点的冲击波参数，并以此参数类推，在传感器数量有限的前提下，获得整个爆炸区域内的冲击波参数。
Description
技术领域
本实用新型属于高压管道输送工程技术领域，涉及一种大口径高压天然气管道物理爆炸试验冲击波的测量单元。
背景技术
高压输气管道在运行过程中，但由于近域施工行为、环境腐蚀、机械或材料失效、自然灾害及其他未知因素的影响，天然气管道爆裂事故时有发生，爆炸产生的爆破冲击波不仅会造成严重经济损失和环境污染，还将形成地面人员伤亡、建筑物及设施破坏受损等灾难性事故。
为尽量减小损失、加快事故发生后的抢修进程，国内外广泛开展了大口径高压金属管道的裂缝形成及扩展的力学行为研究。目前的研究方法是对天然气管道爆破冲击波的产生机理、传播规律进行理论分析研究，但其与实际的爆炸试验还有较大的差异，很有必要对所使用的金属管进行全尺寸爆破试验，测量获得爆炸冲击波参数，用于其防护研究。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统，通过在天然气管道爆炸起始裂纹附近设置冲击波测量传感器阵列，获得管道布设区域的爆炸冲击波参数。
本实用新型的技术方案如下：
大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统，包括布设在天然气管道附近的若干只冲击波传感器，所述的传感器分为平行通道阵列、垂直通道阵列和倾斜通道阵列，所述的平行通道阵列设置在天然气管道的爆破起始裂缝点为起始点平行于天然气管道方向的位置；所述的垂直通道阵列设置在爆破起始裂缝点为起始点垂直于天然气管道方向的位置，所述的倾斜通道阵列设置在爆破起始裂缝点为起始点与天然气管道方向呈45°的方向位置。
上述大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统中，平行通道阵列中相邻传感器的间距相等。
上述大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统中，垂直通道阵列中相邻传感器的间距从起始点向外逐步增加。
上述大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统中，倾斜通道阵列中相邻传感器的间距从起始点向外逐步增加。
上述大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统中，冲击波传感器为固定在支杆上的自由场压力传感器。
上述大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统中，支杆为空心圆柱杆，通过混凝土底座固定在地面上。
上述大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统中，支杆上设置有不同高度的传感器固定孔，传感器根据试验要求固定在不同的高度处。
上述大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统中，自由场压力传感器为子弹型结构，尖头部分的压力敏感单元正对空中冲击波传播方向，传感器尾部固定在支杆上。
上述大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统中，大口径高压天然气管道为充高压气体密封管道，爆破起始裂缝点设置在天然气管道的中间位置。
本实用新型具有的有益技术效果如下：
一、本实用新型采用冲击波传感器阵列布置在大口径高压天然气管道附近，将传感器布置成平行通道、垂直通道和倾斜通道，测量获得以天然气管道爆破起始裂缝点为起点的冲击波参数，并以此参数类推，在传感器数量有限的前提下，获得整个爆炸区域内的冲击波参数。
二、本实用新型的不同传感器通道布设的传感器间距不同，与爆炸冲击波传播速率相匹配，满足了测量分辨率的要求。
三、本实用新型的传感器采用子弹型的自由场压阻传感器，测试中将尖头部分的压敏单元正对爆破起始裂缝点，传感器尾部固定在支杆上，并采用弹性支架，有效减弱了冲击波在土介质中传播时对自由场冲击波测量结果的影响。
附图说明
图1为本实用新型物理爆炸冲击波测量系统中传感器布放位置示意图；
图2为本实用新型自由场冲击波传感器后端处理示意图；
图3为本实用新型物理爆炸冲击波测量系统中传感器支架示意图；
图4为本实用新型自由场冲击波传感器布设示意图；
附图标记为：1—管道；2—爆破起始裂缝点；3—传感器布点；4—平行通道阵列；5—垂直通道阵列；6—倾斜通道阵列；7—土中冲击波传播方向；8—混凝土底座；9—支杆；10—自由场冲击波传感器；11—传感器固定孔；12—空中冲击波传播方向。
具体实施方式
空气冲击波测试采用压阻式压力传感器的测试方法，该测试方法适合于测试爆炸空气冲击波瞬态信号。考虑到实际情形只需研究近地面目标，主要是人员和建筑物等受爆炸冲击波的危害效应，本项目采用近地面二维场测试方案，采用分布式压阻式压力传感器测试系统进行天然气管道物理爆炸冲击波的测试。
如图1所示，为了实现整个爆炸区域内的冲击波参数测量，在天然气管道1附近布置了若干只冲击波传感器，传感器分为平行通道阵列4、垂直通道阵列5和倾斜通道阵列6，平行通道阵列4设置在爆破起始裂缝点2为起始点平行于天然气管道方向的位置；垂直通道阵列5设置在爆破起始裂缝点2为起始点垂直于天然气管道方向的位置，倾斜通道阵列6设置在爆破起始裂缝点2为起始点与天然气管道1方向呈45°的方向位置。其中每个通道优选布置10个测点，全场共30个自由场压力测点。
天然气管道采用充有10MPa以上的压力且两端封闭的管道，直径约大于1m，长径比大于100，爆破起始裂缝点2设置在天然气管道的中间位置。
由于爆炸冲击波的传播速率是从爆心即起始裂缝点2开始逐步递减，为了适应这一特点，满足测量的时间分辨率，垂直通道阵列5和倾斜通道阵列6中相邻传感器的间距从起始裂缝点2向外逐步增加，而平行通道阵列4中相邻传感器的间距相等，实现了与爆炸冲击波传播速率匹配。
如图2所示，冲击波传感器采用自由场压阻式压力传感器，自振频率高，频响范围达到DC～1MHz，量程可定制，通过压力传感器接收管道爆破产生的空气冲击波压力信号，将其转换为电信号后再通过信号传输线送到变送器，然后由高速数据采集仪进行采集和记录。
如图3和图4所示，自由场压力传感器固定于距离地面一定距离的空气中，设计了自由场压力传感器支架，支架底座是一个0.3m×0.3m×0.3m的混凝土底座8，中心开一个内径为3.5cm的贯通螺纹孔，作为传感器固定孔11，上面接一根2m长、外径为3.5cm的空心圆柱杆，杆的下端通过螺纹与底座固接。在杆上距离底座1.0m、1.3m、1.6m、1.9m处各开两个直径为1.1cm的对孔，对孔连线通过杆的横截面的圆心。根据现场需要，选择一个高度位置的对孔，此次实验选择1.9m高度对孔。将一根直径为1cm的实心钢筋条穿过对孔，铁丝缠绕固定于杆上。安装时，混凝土底座埋入地下约0.3m，使底座顶部与地面齐平，自由场压力传感器通过铁丝和胶带固定在实心钢筋条上。
图4中自由场压力传感器10为子弹型结构，尖头部分的压力敏感单元正对空中冲击波传播方向12，传感器尾部固定在支杆9上，7为土中冲击波传播方向。根据冲击波传输原理，冲击波在固体中的传播速率为空气中传播速率略快一些，为防止起爆点产生的冲击波先通过地面传输至支杆9，给测量结果带来影响，采用这种传感器外伸的固定方式，充分利用子弹型传感器的长度，将传感器尾部固定在支杆9上，而头部沿冲击波传播方向外伸，当从爆炸点传播的冲击波分别沿空气和地面同时传播时，沿空气传播速率慢但是其距离短，可确保尖头部分的压力敏感单元先接收到冲击波信号，然后沿土中的冲击波才传播至支杆，同时利用支架自身的弹性，一定程度上减弱地面震动对测量结果的影响。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统，其特征在于：包括布设在天然气管道(1)附近的若干只冲击波传感器，所述的传感器分为平行通道阵列(4)、垂直通道阵列(5)和倾斜通道阵列(6)，所述的平行通道阵列(4)设置在天然气管道的爆破起始裂缝点(2)为起始点平行于天然气管道方向的位置；所述的垂直通道阵列(5)设置在爆破起始裂缝点(2)为起始点垂直于天然气管道方向的位置，所述的倾斜通道阵列(6)设置在爆破起始裂缝点(2)为起始点与天然气管道(1)方向呈45°的方向位置。
2.根据权利要求1所述的大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统，其特征在于：所述的平行通道阵列(4)中相邻传感器的间距相等。
3.根据权利要求1所述的大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统，其特征在于：所述的垂直通道阵列(5)中相邻传感器的间距从起始点向外逐步增加。
4.根据权利要求1所述的大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统，其特征在于：所述的倾斜通道阵列(6)中相邻传感器的间距从起始点向外逐步增加。
5.根据权利要求1所述的大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统，其特征在于：所述的冲击波传感器为固定在支杆(9)上的自由场压力传感器(10)。
6.根据权利要求5所述的大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统，其特征在于：所述的支杆(9)为空心圆柱杆，通过混凝土底座(8)固定在地面上。
7.根据权利要求5所述的大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统，其特征在于：所述的支杆(9)上设置有不同高度的传感器固定孔(11)，传感器根据试验要求固定在不同的高度处。
8.根据权利要求5所述的大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统，其特征在于：自由场压力传感器(10)为子弹型结构，尖头部分的压力敏感单元正对空中冲击波传播方向(12)，传感器尾部固定在支杆(9)上。
9.根据权利要求1所述的大口径高压天然气管道物理爆炸冲击波测量系统，其特征在于：大口径高压天然气管道(1)为充高压气体密封管道，爆破起始裂缝点(2)设置在天然气管道的中间位置。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112924269A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-06-08 | 国家管网集团西部管道有限责任公司 | 模拟大口径高压管道遭受第三方破坏的方法及试验装置 |
| CN113139285A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-20 | 中国石油大学(华东) | 一种考虑方向性的管道物理爆炸冲击波超压计算方法 |
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- 2017-09-25 CN CN201721233094.2U patent/CN207231717U/zh not_active Expired - Fee Related
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