CN210090218U - 一种空心管材疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空心管材疲劳试验装置，包括用于夹紧待测连续管下端的矫直模具和弯曲母板，矫直模具和弯曲母板分别位于连续管的两侧，弯曲母板靠近连续管的一侧设置为弧形，弯曲母板用于连续管受到侧向拉力后贴近其弧形面，使得连续管弯曲来进行疲劳试验，弯曲母板远离连续管的一侧通过推力杆连接有夹紧手轮，矫直模具用于连续管受到推力后贴近其直立面使得连续管恢复直立状态；还包括用于拉动待测连续管上端的两个滚轮，两个滚轮的滚轮轴通过夹持机构相互连接；本实用新型可以通过处理器得出连续管的精确疲劳试验数据；可以保证弯曲母板的稳定性，保证试验数据的准确性；可以减少弯曲母板在试验过程中向后滑动时与滚动机构产生的摩擦力。

Description

一种空心管材疲劳试验装置

【技术领域】

本实用新型属于连续管弯曲疲劳试验领域，尤其涉及一种空心管材疲劳试验装置。

【背景技术】

连续管是一种用于油气田修井、测井、钻井等方面的专用钢管，连续管作业与传统的油管柱作业相比具有大幅度减小钻机费用、节省起下作业管柱的时间、消除上卸单根的繁重劳动、连续灵活地向井下循环工作液、减小地层伤害、安全可靠、效率高、成本低、作业范围广、占地面积小等一系列优点。

模拟连续管在油田实际作业中整个上下井过程中所经过的弯曲变形状态，在试验管管内带压状态下，按一定的弯曲半径，围绕弯曲轮上下运动形成反复弯曲变形，直至疲劳失效。通过检测弯曲次数、管内压力变化情况和管径变化情况从而得出受试连续管的抗低周疲劳特性及其它性能指标，连续管的低周疲劳性能是影响连续管应用的关键因素。并且随着连续管管径增大，其用途和应用范围的不断扩展，以及所受载荷的提高，连续管的在多轴复合载荷下的低周疲劳问题愈发显得至关重要。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种空心管材疲劳试验装置，以解决精确的对连续管进行疲劳试验测试的问题。

本实用新型采用以下技术方案：一种空心管材疲劳试验装置，包括用于夹紧待测连续管下端的矫直模具和弯曲母板，矫直模具和弯曲母板分别位于连续管的两侧，弯曲母板靠近连续管的一侧设置为弧形，弯曲母板用于连续管受到侧向拉力后贴近其弧形面，使得连续管弯曲来进行疲劳试验，弯曲母板远离连续管的一侧通过推力杆连接有夹紧手轮，夹紧手轮用于阻止弯曲母板向远离连续管的方向移动；矫直模具用于连续管受到推力后贴近其直立面使得连续管恢复直立状态，连续管的底部设置有夹持器，夹持器将连续管固定于矫直模具上；

还包括用于拉动待测连续管上端的两个滚轮，两个滚轮的滚轮轴通过夹持机构相互连接，夹持机构连接至为其提供动力源的油缸，油缸通过夹持机构为连续管提供拉力或者推力。

进一步地，矫直模具的上端平行设置有两个光栅传感器，两个光栅传感器位于连续管运动方向的两侧，两个光栅传感器用于检测连续管的瞬时动态应变，两个光栅传感器电性连接至处理器。

进一步地，弯曲母板的外围还设置有滚动机构固定的夹紧缸，夹紧缸通过活塞杆固定连接有滚动机构，夹紧缸用于通过滚动机构顶紧弯曲母板，避免在进行疲劳试验时弯曲母板受力后发生位移；

与滚动机构相对应的弯曲母板的板面上水平设置有T型槽，T型槽用于滚动机构在槽内来回滚动，并对弯曲母板与连续管之间的距离进行调整滚动机构。

进一步地，滚动机构包括支撑块，支撑块用于卡入T型槽，支撑块上对应T 型槽的一面固连有圆柱块，圆柱块上对应T型槽的一面向内凹陷形成圆形凹窝，圆形凹窝内表面放置有一层承压球，承压球上放置有滚动钢球，圆柱块的自由端还套接有螺母盖，螺母盖与圆柱块螺纹连接，螺母盖用于扣住滚动钢球，并保证滚动钢球与承压球在圆形凹窝内相对滚动且不易脱离圆形凹窝，滚动钢球突出螺母盖并与T型槽底部接触，滚动钢球用于弯曲母板产生后退力时在T型槽底部顶住弯曲母板，还用于调整弯曲母板与连续管之间的距离时，在T型槽进行滚动。

滚动机构

进一步地，夹紧缸滚动机构设置有三个，且均位于弯曲母板的同一侧，三个夹紧缸相对应的滚动机构的安装位置连线后构成三角形。

进一步地，矫直模具和弯曲母板均螺纹连接在反力架上，反力架固定于试验台或者墙壁上，反力架用于承受连续管在试验过程中产生的反作用力，夹紧缸的活塞杆穿过反力架与滚动机构连接，活塞杆与反力架通过定心轴承连接。

进一步地，夹持机构包括两个相称设置的支架，各支架上均对称轴承安装有滚轮，两个滚轮的滚轮轴通过连接杆相互连接，连续管位于两个滚轮之间，各滚轮用于受力后在连续管上滚动，各支架的两端分别与两个直线导轨垂直滑动连接且形成井型框架，各直线导轨固定于反力架上。

进一步地，各滚轮的表面向内凹陷成U型槽，两个相对设置的U型槽与连续管的外壁相配合。

进一步地，夹持机构通过受力杆连接至油缸，油缸用于为夹持机构提供动力，受力杆上还设置有力传感器，力传感器电性连接至外部处理器。

进一步地，弯曲母板的弧形面通过螺纹连接有弯曲模具，弯曲母板的底部连接有支撑滚轴，支撑滚轴用于减少弯曲母板在靠近或远离连续管时与反力架的摩擦力。

本实用新型的有益效果是：通过设置光栅传感器，可以通过处理器得出连续管的精确疲劳试验数据，本实用新型设置了三个夹紧缸，可以保证弯曲母板的稳定性，保证试验数据的准确性；通过设置滚动机构可以减少弯曲母板在试验过程中向后滑动时与滚动机构产生的摩擦力，保证试验数据的可靠性。

【附图说明】

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的剖面图；

图3为本实用新型的圆形凹窝的结构示意图；

图4为本实用新型的夹持机构的结构示意图。

其中：1.滚轮；2.夹持机构；4.连续管；5.矫直模具；6.弯曲母板；7.推力杆； 8.夹紧手轮；9.夹持器；10.光栅传感器；11.T型槽；12.滚动机构；13.支撑块；14.圆柱块；15.圆形凹窝；16.承压球；17.滚动钢球；18.螺母盖；19.夹紧缸；20. 支撑滚轴；21.反力架；22.定心轴承；23.支架；24.受力杆；25.直线导轨；26.拉杆；27.油缸。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型公开了一种空心管材疲劳试验装置，如图1所示，包括用于夹紧待测连续管4下端的矫直模具5和弯曲母板6，矫直模具5和弯曲母板6分别位于连续管4的两侧，弯曲母板6靠近连续管4的一侧设置为弧形，弯曲母板6用于连续管4受到侧向拉力后贴近其弧形面，使得连续管4弯曲来进行疲劳试验，弯曲母板6远离连续管4的一侧通过推力杆7连接有夹紧手轮8，夹紧手轮8用于阻止弯曲母板6向远离连续管的方向移动；矫直模具5用于连续管4受到推力后贴近其直立面使得连续管4恢复直立状态，连续管4的底部设置有夹持器9，夹持器9将连续管4固定于矫直模具5上；还包括用于拉动待测连续管4上端的两个滚轮1，两个滚轮1的滚轮轴通过夹持机构2相互连接，夹持机构2连接至为其提供动力源的油缸27，油缸27通过夹持机构2为连续管4提供拉力或者推力。

弯曲母板6的外围还设置有滚动机构12固定的夹紧缸19，夹紧缸19通过活塞杆固定连接有滚动机构12，夹紧缸19用于通过滚动机构12顶紧弯曲母板6，避免在进行疲劳试验时弯曲母板6受力后发生位移，与滚动机构12相对应的弯曲母板6的板面上水平设置有T型槽11，T型槽11用于滚动机构12在槽内来回滚动，并对弯曲母板6与连续管4之间的距离进行调整滚动机构12。

滚动机构12包括支撑块13，支撑块13用于卡入T型槽11，支撑块13上对应T型槽11的一面固连有圆柱块14，圆柱块14上对应T型槽11的一面向内凹陷形成圆形凹窝15，圆形凹窝15内表面放置有一层承压球16，承压球16上放置有滚动钢球17，圆柱块14的自由端还套接有螺母盖18，螺母盖18与圆柱块 14螺纹连接，螺母盖18用于扣住滚动钢球17，并保证滚动钢球17与承压球16 在圆形凹窝15内相对滚动且不易脱离圆形凹窝15，滚动钢球17突出螺母盖18 并与T型槽11底部接触，滚动钢球17用于弯曲母板6产生后退力时在T型槽 11底部顶住弯曲母板6，还用于调整弯曲母板6与连续管4之间的距离时，在T 型槽11进行滚动。滚动机构12滚动机构12连续管4的下端两侧分别垂直设置有矫直模具5和弯曲母板6，矫直模具5垂直于水平面设置，矫直模具5用于连续管4受到侧向推力后贴近其直立面并对连续管4施加相应的反向力，使得连续管4恢复直立状态。

弯曲母板6靠近连续管4的一侧设置为弧形，弯曲母板6的弧形面通过螺纹连接有弯曲模具，弯曲母板6用于连续管4受到侧向拉力后贴近其弧形面，并对连续管4施加相应的反向力，使得连续管4弯曲来进行疲劳试验，试样连续管4 绕已知半径的弯曲模具弯曲，而后被矫直模具5矫直，油缸27提供双向力使得试样连续管4先弯曲后伸直，并不断的重复，油缸27通过夹持机构2为连续管4 提供拉力或者推力，使得油缸27工作时没有轴向力加载到试样连续管4上，通过更换不同曲率的弯曲模具实现连续管4在不同曲率下的弯曲试验。

弯曲母板6远离连续管4的一侧通过推力杆7连接有夹紧手轮8，夹紧手轮 8用于顶紧矫直模具5，并阻止弯曲母板6向远离连续管的方向移动；因为受到油缸27的作用力，连续管4会向弯曲母板6产生巨大的反作用力，而弯曲母板6 受力后必然产生后退的力，如果弯曲母板6产生后退的力并且远离连续管4，就会导致试验数据不准确，因此在弯曲母板6远离连续管4的一端设置有夹紧手轮 8，夹紧手轮8可以对弯曲母板6产生一定的推力，保证试验过程中弯曲母板6 的固定，连续管4的底部设置有夹持器9，夹持器9用于夹持和固定连续管4，夹持器9将连续管4固定于矫直模具5上；另外，矫直模具5和弯曲母板6均螺纹连接在反力架21上，反力架21用于承受连续管4在试验过程中产生的反作用力，为了保证弯曲母板6和矫直模具5的相对稳定性，设置反力架21可以对弯曲母板6和矫直模具5进行进一步的固定，保证试验的准确性和可靠性。

弯曲母板6的底部连接有支撑滚轴20，支撑滚轴20用于减少弯曲母板6在靠近或远离连续管4时与反力架21的摩擦力，在试验前或者试验后，需要对弯曲母板6的位置进行调整，而弯曲母板6重量较重，推动其需要较大的作用力，因此在弯曲母板6的底部设置有支撑滚轴20，在需要对弯曲母板6移动位置时，可减少弯曲母板6与反力架21的摩擦力，降低工作强度，提高工作效率。

虽然在弯曲母板6的一端设置了夹紧手轮8，也将弯曲母板6和矫直模具5 固定于反力架21中，但是连续管4产生的反作用力还是必然产生，而如果只是一味地对矫直模具5和弯曲母板6进行固定，必然会使得弯曲母板6或者矫直母板容易损坏，大大减少使用寿命，因此本实用新型在弯曲母板6的外围哈设置有滚动机构12夹紧缸19，夹紧缸19通过活塞杆固定连接有滚动机构12，夹紧缸 19用于通过滚动机构12顶紧弯曲母板6，避免在进行疲劳试验时弯曲母板6受力后发生后退产生位移，夹紧缸19的活塞杆穿过反力架21与滚动机构12连接，活塞杆与反力架21通过定心轴承22连接。

如图2所示，与滚动机构12相对应的弯曲母板6的板面上水平设置有T型槽11，T型槽11用于滚动机构12在槽内来回滚动，并对弯曲母板6与连续管4 之间的距离进行调整，滚动机构12滚动机构12包括支撑块13，支撑块13用于卡入T型槽11内部，支撑块13上连接有圆柱块14，圆柱块14上设置有一圆形圆形凹窝15，如图3所示，圆形凹窝15内表面放置有多个承压球16，承压球16 上放置有滚动钢球17，滚动钢球17突出螺母盖18并与T型槽11底部接触，滚动钢球17伸出圆形凹窝，滚动钢球17的伸出的表面积小于其表面积的一半，即滚动钢球17的上半部分伸出，而滚动钢球17的球心仍然位于圆形凹窝内，这样可以保证滚动钢球17的稳定性，避免滚动钢球17在T型槽11内滚动时滚出滚动机构12，保证滚动机构12的正常运行，滚动钢球17用于弯曲母板6产生后退力时顶紧弯曲母板6，还用于调整弯曲母板6与连续管4之间的距离时，在T型槽11进行滚动，圆柱块14的外壁与螺母盖18螺纹连接，通过设置滚动机构12 可以保证弯曲母板6的更加稳定，如果需要对弯曲母板6与连续管4之间的距离进行调整，松开夹紧缸19，使得滚动机构12在T型槽11内来回滑动，在滑动的过程中，滚动钢球17和承压球16相对运动，在移动到适宜位置后，将夹紧缸 19打开，滚动机构12受到夹紧缸19的作用力后顶紧弯曲母板6，使得弯曲母板 6受到来自一侧的推力，而弯曲母板6同时也受到来自夹紧手轮8的推力，保证弯曲母板6的固定，进而保证试验数据的准确性。

夹紧缸19的数量可视情况而设定，优选的为三个，三个夹紧缸19相对应的滚动机构12的安装位置连线后构成三角形，三个夹紧缸19对应的就设置三个滚动机构12以及三个T型槽11，利用三角形的稳定性，因此将三个滚动机构12 的安装位置构成三角形，且均位于弯曲母板6的同一侧，这样起到了三个夹紧缸 19通过滚动机构12分别对弯曲母板6产生推力，弯曲母板6的受力均匀，且比较稳定，即使反力架21和夹紧手轮8与弯曲母板6的连接松动，还有夹紧缸19 对其进行固定，保证试验顺利进行。

矫直模具5的上端平行设置有两个光栅传感器10，两个光栅传感器10位于连续管4的两侧，两个光栅传感器10用于检测连续管4的瞬时动态应变，两个光栅传感器10电性连接至处理器，当连续管4受到拉力或者推力时，连续管4 向弯曲母板6的方向弯曲或者向矫直模具5的方向矫直都会通过两个光栅传感器 10相对立的区域，此时两个光栅传感器10就会检测到连续管4瞬时动态的变化，并将检测结果发送至处理器，处理器对数据就会进行下一步的分析。

如图4所示，夹持机构2包括夹持机构2包括两个相称设置的支架23，各支架23上均对称轴承安装有滚轮1，两个滚轮1的滚轮轴通过连接杆26相互连接，连续管4位于两个滚轮1之间，各滚轮1用于受到拉力或者推力后在连续管4上上下滚动，各支架23的两端分别与两个直线导轨25垂直滑动连接且形成井型框架，各直线导轨25固定于反力架21上，井型框架位于各滚轮1的一侧，夹持机构2通过受力杆24连接至油缸27，受力杆24上还设置有力传感器，力传感器电性连接至外部处理器，当受力杆24受到油缸27的拉力或者推力后，便会通过连接杆26和滚轮1拉动连续管4向矫直模具5或弯曲母板6的方向伸直或弯曲，在连续管4弯曲的过程中，位于连续管4两侧的滚轮1会上下滑动，带动两个支架23沿直线导轨25滑动，这样可以使得油缸27工作时没有轴向力加载到试样连续管4上，保证数据的准确性，各滚轮1的表面向内凹陷成U型槽，两个相对设置的U型槽与连续管4的外壁相互配合，两个相对设置的U型槽将连续管4 包围起来，保证了滚轮1在连续管4上滑动的稳定性。

本实用新型的工作流程如下：

试样连续管4从本装置顶部沿弯曲母板6和矫直模具5之间放入，直到下端完全通过，并由夹持器9固定牢靠，然后从连续管4的下端向内注水，而空气则由连续管4顶端排出，启动油缸27，油缸27拉动受力杆24，力传感器检测力值，继而通过连接杆26和滚轮1拉动连续管4向弯曲母板6的方向弯曲，连续管4 不断地贴近弯曲母板6的弧形面，由于连续管4的不断弯曲，导致位于连续管4 两侧的滚轮1在连续管4上向上滚动，带动两个支架23沿直线导轨25滑动，在连续管4不断受力后，连续管4向反力架21、夹紧手轮8和夹紧缸19产生反作用力，夹紧手轮8对弯曲母板6产生一定的推力，保证试验过程中弯曲母板6的固定，继而夹紧缸19也对反力架21再次固定，待连续管4弯曲至既定要求时，停止拉动连续管4，将油缸27的力调整为推力后，推动连续管4，直至连续管4 贴近矫直模具5，矫直模具5对连续管4进行矫直，依次进行“弯--直”循环的疲劳试验，试样的“弯--直”循环由油缸27驱动，而往复试验装置则由动力包驱动；循环次数和内压由一基于系统控制的微处理器监测，并将数据传送至远程计算机以便存储，试样的失效由控制系统来监测，当内压显著下降时，试验装置将自动停止运行。

Claims (10)

1.一种空心管材疲劳试验装置，其特征在于，包括用于夹紧待测连续管(4)下端的矫直模具(5)和弯曲母板(6)，所述矫直模具(5)和弯曲母板(6)分别位于所述连续管(4)的两侧，所述弯曲母板(6)靠近所述连续管(4)的一侧设置为弧形，所述弯曲母板(6)用于所述连续管(4)受到侧向拉力后贴近其弧形面，使得连续管(4)弯曲来进行疲劳试验，所述弯曲母板(6)远离连续管(4)的一侧通过推力杆(7)连接有夹紧手轮(8)，所述夹紧手轮(8)用于阻止所述弯曲母板(6)向远离连续管的方向移动；所述矫直模具(5)用于所述连续管(4)受到推力后贴近其直立面使得连续管(4)恢复直立状态，所述连续管(4)的底部设置有夹持器(9)，所述夹持器(9)将所述连续管(4)固定于矫直模具(5)上；

还包括用于拉动待测连续管(4)上端的两个滚轮(1)，两个所述滚轮(1)的滚轮轴通过夹持机构(2)相互连接，所述夹持机构(2)连接至为其提供动力源的油缸(27)，所述油缸(27)通过所述夹持机构(2)为所述连续管(4)提供拉力或者推力。

2.根据权利要求1所述的一种空心管材疲劳试验装置，其特征在于，所述矫直模具(5)的上端平行设置有两个光栅传感器(10)，两个所述光栅传感器(10)位于所述连续管(4)运动方向的两侧，两个所述光栅传感器(10)用于检测所述连续管(4)的瞬时动态应变，两个所述光栅传感器(10)电性连接至处理器。

3.根据权利要求1所述的一种空心管材疲劳试验装置，其特征在于，所述弯曲母板(6)的外围还设置有滚动机构(12)固定的夹紧缸(19)，所述夹紧缸(19)通过活塞杆固定连接有滚动机构(12)，所述夹紧缸(19)用于通过滚动机构(12)顶紧弯曲母板(6)，避免在进行疲劳试验时弯曲母板(6)受力后发生位移；

与所述滚动机构(12)相对应的所述弯曲母板(6)的板面上水平设置有T型槽(11)，所述T型槽(11)用于滚动机构(12)在槽内来回滚动，并对所述弯曲母板(6)与所述连续管(4)之间的距离进行调整滚动机构(12)。

4.根据权利要求3所述的一种空心管材疲劳试验装置，其特征在于，所述滚动机构(12)包括支撑块(13)，所述支撑块(13)用于卡入所述T型槽(11)，所述支撑块(13)上对应T型槽(11)的一面固连有圆柱块(14)，所述圆柱块(14)上对应T型槽(11)的一面向内凹陷形成圆形凹窝(15)，所述圆形凹窝(15)内表面放置有一层承压球(16)，所述承压球(16)上放置有滚动钢球(17)，所述圆柱块(14)的自由端还套接有螺母盖(18)，所述螺母盖(18)与圆柱块(14)螺纹连接，所述螺母盖(18)用于扣住滚动钢球(17)，并保证滚动钢球(17)与承压球(16)在圆形凹窝(15)内相对滚动且不易脱离圆形凹窝(15)，所述滚动钢球(17)突出螺母盖(18)并与所述T型槽(11)底部接触，所述滚动钢球(17)用于所述弯曲母板(6)产生后退力时在T型槽(11)底部顶住弯曲母板(6)，还用于调整弯曲母板(6)与所述连续管(4)之间的距离时，在T型槽(11)进行滚动。

5.根据权利要求3所述的一种空心管材疲劳试验装置，其特征在于，所述夹紧缸(19)滚动机构(12)设置有三个，且均位于所述弯曲母板(6)的同一侧，三个所述夹紧缸(19)相对应的滚动机构(12)的安装位置连线后构成三角形。

6.根据权利要求3-5任一所述的一种空心管材疲劳试验装置，其特征在于，所述矫直模具(5)和弯曲母板(6)均螺纹连接在反力架(21)上，所述反力架(21)固定于试验台或者墙壁上，所述反力架(21)用于承受所述连续管(4)在试验过程中产生的反作用力，所述夹紧缸(19)的活塞杆穿过反力架(21)与所述滚动机构(12)连接，所述活塞杆与所述反力架(21)通过定心轴承(22)连接。

7.根据权利要求6所述的一种空心管材疲劳试验装置，其特征在于，所述夹持机构(2)包括两个相称设置的支架(23)，各所述支架(23)上均对称轴承安装有滚轮(1)，两个所述滚轮(1)的滚轮轴通过连接杆(26)相互连接，所述连续管(4)位于两个所述滚轮(1)之间，各所述滚轮(1)用于受力后在所述连续管(4)上滚动，各所述支架(23)的两端分别与两个直线导轨(25)垂直滑动连接且形成井型框架，各所述直线导轨(25)固定于反力架(21)上。

8.根据权利要求7所述的一种空心管材疲劳试验装置，其特征在于，各所述滚轮(1)的表面向内凹陷成U型槽，两个相对设置的所述U型槽与所述连续管(4)的外壁相配合。

9.根据权利要求8所述的一种空心管材疲劳试验装置，其特征在于，所述夹持机构(2)通过受力杆(24)连接至油缸(27)，所述油缸(27)用于为所述夹持机构(2)提供动力，所述受力杆(24)上还设置有力传感器，所述力传感器电性连接至外部处理器。

10.根据权利要求9所述的一种空心管材疲劳试验装置，其特征在于，所述弯曲母板(6)的弧形面通过螺纹连接有弯曲模具，所述弯曲母板(6)的底部连接有支撑滚轴(20)，所述支撑滚轴(20)用于减少所述弯曲母板(6)在靠近或远离所述连续管(4)时与反力架(21)的摩擦力。

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