專利名稱：一種鋼管彎曲變形試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼管彎曲變形試驗(yàn)系統(tǒng)。
技術(shù)背景
目前國(guó)際上具有類似試驗(yàn)?zāi)芰Φ臋C(jī)構(gòu)有英國(guó)焊接研究所TWI，加拿大C-FER公司等研究機(jī)構(gòu)。其中TWI的整管彎曲試驗(yàn)系統(tǒng)采用了四點(diǎn)彎曲的設(shè)備構(gòu)造，通過(guò)兩個(gè)支撐點(diǎn)對(duì)鋼管施加彎矩；而加拿大C-FER則是在一臺(tái)大型立式拉伸機(jī)的基礎(chǔ)上，加裝力臂對(duì)鋼管施加彎矩。前者具有載荷大，試驗(yàn)?zāi)芰?qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但是四點(diǎn)彎曲的試驗(yàn)形式容易引起鋼管的局部變形。后者的雖然不存在局部變形的問(wèn)題，但是由于試驗(yàn)設(shè)備受到大型拉伸機(jī)的空間限制，試驗(yàn)管過(guò)短，難以施加足夠的彎矩，并且往往要附帶有很強(qiáng)的軸向壓縮載荷。他們都不能獲得理想的彎曲變形試驗(yàn)條件。
本發(fā)明通過(guò)采用臥式設(shè)備結(jié)構(gòu)，解決了設(shè)備試驗(yàn)?zāi)芰Φ膯?wèn)題。使用雙力臂加載，并且力臂足夠長(zhǎng)，可以獲得充分的彎曲載荷。從而成為一種相對(duì)理想的全尺寸彎曲試驗(yàn)設(shè)備。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋼管彎曲變形試驗(yàn)系統(tǒng)。能可靠、方便、準(zhǔn)確地測(cè)量出試驗(yàn)鋼管在承受彎曲載荷下的壓力-位移、壓力-轉(zhuǎn)角及應(yīng)力-應(yīng)變的實(shí)時(shí)情況。
本發(fā)明所述的鋼管彎曲變形試驗(yàn)系統(tǒng)由油缸1、液壓系統(tǒng)2、壓力傳感器3、水壓系統(tǒng)4、移動(dòng)側(cè)力臂5、試驗(yàn)管6、應(yīng)變計(jì)7、試驗(yàn)管中部2D長(zhǎng)度位置轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置8、拉線式位移傳感器(1)9、過(guò)渡環(huán)10、連接法蘭11、固定側(cè)力臂12、試驗(yàn)管端轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置13、拉線式位移傳感器(II) 14、調(diào)整節(jié)15、承力梁16、控制系統(tǒng)17、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)18、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)19、拉線式位移傳感器(111)20構(gòu)成；
采用四根承力梁16承力結(jié)構(gòu)，固定側(cè)力臂12和移動(dòng)側(cè)力臂5加載，單油缸1驅(qū)動(dòng)， 試驗(yàn)管6水平放置結(jié)構(gòu)；
固定側(cè)力臂12通過(guò)軸與上軸座、下軸座連結(jié)在一起；上軸座、下軸座與四個(gè)H型鋼的承力梁16連結(jié)在一起；移動(dòng)側(cè)力臂移動(dòng)時(shí)，固定側(cè)力臂圍繞著軸旋轉(zhuǎn)；
移動(dòng)側(cè)力臂的力臂上蓋通過(guò)4個(gè)銷軸固定在移動(dòng)側(cè)力臂5上，芯軸通過(guò)前支撐和力臂上蓋與移動(dòng)側(cè)力臂連接；移動(dòng)側(cè)力臂通過(guò)芯軸與上軸承座、下軸承座連接；在下軸承座上安裝有滾輪裝置；在油缸推動(dòng)移動(dòng)側(cè)力臂移動(dòng)時(shí)，滾輪裝置在下兩個(gè)H型鋼面上滾動(dòng)， 上軸承座沿著上兩個(gè)H型鋼的滑動(dòng)面上滑動(dòng)，同時(shí)下軸承座沿著下兩個(gè)H型鋼的滑動(dòng)面上滑動(dòng)；
油缸1通過(guò)油缸上支架、下支架固定到基礎(chǔ)支撐上；通過(guò)油頂頭及壓板將油缸連接到移動(dòng)側(cè)力臂上；通過(guò)安裝在移動(dòng)側(cè)力臂上的4個(gè)鍵對(duì)油缸的伸出端進(jìn)行Y方向定位， 避免因伸出端太長(zhǎng)引起油缸頭下垂；在油缸的頭部和中部用油缸支架將其固定到基礎(chǔ)支撐上；
調(diào)整節(jié)15設(shè)置在承力梁16上；應(yīng)變計(jì)7、試驗(yàn)管中部2D長(zhǎng)度位置轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置8、拉線式位移傳感器(1)9設(shè)置在試驗(yàn)管6上；過(guò)渡環(huán)10、連接法蘭11設(shè)置在試驗(yàn)管6兩端， 與移動(dòng)側(cè)力臂和固定側(cè)力臂連接；試驗(yàn)管端轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置13、拉線式位移傳感器(II) 14設(shè)置在固定側(cè)力臂和承力梁16連接處；拉線式位移傳感器(III) 20設(shè)置在油缸與移動(dòng)側(cè)力臂連接處。
本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)可同時(shí)對(duì)試驗(yàn)管段加載內(nèi)壓及彎矩載荷，通過(guò)水壓系統(tǒng)4對(duì)試驗(yàn)管段內(nèi)部加載12MPa內(nèi)壓，并在試驗(yàn)管彎曲變形試驗(yàn)過(guò)程中保持恒定壓力不變。通過(guò)固定側(cè)力臂12、移動(dòng)側(cè)力臂5、承力梁16、油缸1等部件對(duì)試驗(yàn)管施加彎曲載荷，并使它們組成一個(gè)封閉的受力系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)2控制油缸1對(duì)移動(dòng)側(cè)力臂施加機(jī)械加載，使試驗(yàn)管6承受彎曲載荷。加載速率及載荷大小由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)17進(jìn)行自動(dòng)控制。加載載荷具有全程不分檔的特點(diǎn)。通過(guò)可精確控制加載力大小及速率的臺(tái)階式加載方式，實(shí)現(xiàn)加載-測(cè)量的反復(fù)循環(huán)過(guò)程。系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)位移控制加載及負(fù)荷控制加載方式。
本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)能模擬油氣輸送管承受的實(shí)際服役載荷，通過(guò)選用不同的連接法蘭11、變化調(diào)整節(jié)15個(gè)數(shù)及選用不同規(guī)格尺寸的過(guò)渡環(huán)10可方便地完成不同直徑和長(zhǎng)度試驗(yàn)管的試驗(yàn)。能實(shí)現(xiàn)對(duì)直徑508 1219mm、最大壁厚22mm、長(zhǎng)度6 10m、材質(zhì)為X70 XlOO鋼管的壓縮-彎曲變形試驗(yàn)。
本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)四組參數(shù)的直接測(cè)量，通過(guò)采集與處理壓力傳感器3、拉線式位移傳感器(111)20的輸出實(shí)現(xiàn)載荷-位移的實(shí)時(shí)測(cè)量；通過(guò)采集與處理應(yīng)變計(jì)7和應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)19的輸出實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)管應(yīng)力-應(yīng)變分布的實(shí)時(shí)測(cè)量；通過(guò)采集與處理拉線式位移傳感器(1)9的輸出實(shí)現(xiàn)載荷-試驗(yàn)管中部2D長(zhǎng)度位置轉(zhuǎn)角的實(shí)時(shí)測(cè)量； 通過(guò)采集與處理拉線式位移傳感器(II) 14的輸出實(shí)現(xiàn)載荷-試驗(yàn)管管端轉(zhuǎn)角的實(shí)時(shí)測(cè)量； 測(cè)量系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)測(cè)量。測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定性好、精度高。
本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理及顯示方式油氣輸送管彎曲變形試驗(yàn)系統(tǒng)的傳感器輸出通過(guò)控制系統(tǒng)17的相關(guān)模塊后輸出到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)18，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)18按要求進(jìn)行記錄、處理、分析。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制采集、存取、處理并能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示，打印試驗(yàn)結(jié)果和曲線。數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)具有良好兼容性好，界面好，易于操作。可以根據(jù)已記錄數(shù)據(jù)繪制出二維、三維曲線，并具有查詢歷史數(shù)據(jù)及相對(duì)應(yīng)的參數(shù)曲線功能。
為保證試驗(yàn)系統(tǒng)安全、可靠地使用，本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)17具有超載、限位、超溫、超電壓及油污自動(dòng)報(bào)警等多種保護(hù)功能。
發(fā)明的效果
本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)的建立，提供了一種研究高壓、大口徑、大壁厚、高鋼級(jí)的石油天然氣輸送管抗彎曲載荷性能的手段。能進(jìn)行不同直徑、壁厚、長(zhǎng)度的試驗(yàn)管的測(cè)量試驗(yàn)。試驗(yàn)系統(tǒng)能模擬輸送管承受的實(shí)際服役載荷，準(zhǔn)確、可靠、便捷地進(jìn)行試驗(yàn)管抗變形能力和應(yīng)變強(qiáng)化能力的試驗(yàn)研究工作?？蓪?shí)時(shí)采集、記錄、顯示載荷、位移、角度、應(yīng)力應(yīng)變等試驗(yàn)參數(shù)，對(duì)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行各種分析并能顯示試驗(yàn)參數(shù)曲線，打印試驗(yàn)結(jié)果。
本試驗(yàn)新型試驗(yàn)系統(tǒng)能測(cè)量試驗(yàn)鋼管在發(fā)生壓縮-彎曲變形時(shí)，試驗(yàn)鋼管應(yīng)力應(yīng)變分布情況，確定試驗(yàn)鋼管屈曲失穩(wěn)時(shí)的應(yīng)變極限。評(píng)估壓縮-彎曲負(fù)荷下鋼管的抗屈曲變形能力。研究鋼管彎曲負(fù)荷下的抗變形能力是進(jìn)行管線的應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為管線應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)工作提供理論依據(jù)，以提高管線設(shè)計(jì)和運(yùn)行的安全可靠性，降低管線建設(shè)和運(yùn)行的成本。根據(jù)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以總結(jié)、歸納，建立國(guó)內(nèi)油氣輸送鋼管質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。


圖1鋼管彎曲變形試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1油缸、2液壓系統(tǒng)、3壓力傳感器、4水壓系統(tǒng)、5移動(dòng)側(cè)力臂、6試驗(yàn)管、7應(yīng)變計(jì)、8試驗(yàn)管中部2D長(zhǎng)度位置轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置、9拉線式位移傳感器(I)、10過(guò)渡環(huán)、11連接法蘭、12固定側(cè)力臂、13試驗(yàn)管端轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置、14拉線式位移傳感器(II)、15調(diào)整節(jié)、16 承力梁、17控制系統(tǒng)、18計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、19應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、20拉線式位移傳感器(III)具體實(shí)施方式
根據(jù)試驗(yàn)管直徑和長(zhǎng)度，選擇相對(duì)應(yīng)的連接法蘭、過(guò)渡環(huán)、調(diào)整節(jié)，調(diào)整好試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)管裝夾系統(tǒng)。根據(jù)試驗(yàn)要求及目的制備試驗(yàn)管，包括試驗(yàn)管與過(guò)渡環(huán)及連接法蘭的焊接、幾何參數(shù)測(cè)量、布置測(cè)點(diǎn)、靜態(tài)水壓試驗(yàn)等，然后將制備好的試驗(yàn)管連接到加載力臂上。安裝并調(diào)整好試驗(yàn)管管端轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置及位移傳感器、試驗(yàn)管中部2D長(zhǎng)度位置轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置及位移傳感器，連接并調(diào)整好應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、油缸及位移傳感器，準(zhǔn)備進(jìn)入試驗(yàn)階段。
打開試驗(yàn)管注水系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)管進(jìn)行注水、加壓到試驗(yàn)要求并進(jìn)行保壓，工業(yè)計(jì)算機(jī)控制加載油缸按程序進(jìn)行壓縮-彎曲加載，模擬油氣輸送管在服役過(guò)程中承載情況。通過(guò)固定側(cè)力臂、移動(dòng)側(cè)力臂、承力梁等部件對(duì)試驗(yàn)管施加壓縮-彎曲載荷，并使它們組一個(gè)封閉的受力系統(tǒng)。加載速率及載荷大小由控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。通過(guò)可精確控制載荷大小及速率的臺(tái)階式加載方式，實(shí)現(xiàn)加載-測(cè)量的反復(fù)循環(huán)過(guò)程。系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)位移控制加載及負(fù)荷控制加載。在控制計(jì)算機(jī)上可實(shí)時(shí)觀察、控制試驗(yàn)管在試驗(yàn)過(guò)程中的變形情況。
數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)完成整個(gè)變形過(guò)程的全部數(shù)據(jù)采集和記錄，并可實(shí)時(shí)顯示。 試驗(yàn)完成后可在數(shù)據(jù)采集與處理計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的顯示、分析和打印。根據(jù)試驗(yàn)要求獲得壓力-位移曲線、壓力-轉(zhuǎn)角曲線、應(yīng)力-應(yīng)變曲線等曲線。還可以得到試驗(yàn)管的變形規(guī)律、應(yīng)力應(yīng)變分布情況及試驗(yàn)管的機(jī)械性能等參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種鋼管軸向彎曲變形試驗(yàn)系統(tǒng)，包括油缸(1)、液壓系統(tǒng)O)、壓力傳感器(3)、水壓系統(tǒng)G)、移動(dòng)側(cè)力臂(5)、試驗(yàn)鋼管 (6)、應(yīng)變計(jì)(7)、試驗(yàn)管中部2D長(zhǎng)度位置轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置(8)、拉線式位移傳感器(I) (9)、過(guò)渡環(huán)(10)、連接法蘭(11)、固定側(cè)力臂(12)、試驗(yàn)管管端轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置(13)、拉線式位移傳感器(II) (14)、調(diào)整節(jié)(15)、承力梁(16)、控制系統(tǒng)(17)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng) (18)、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)(19)、拉線式位移傳感器(III) (20)；其特征在于采用四根承力梁(16)承力結(jié)構(gòu)，固定側(cè)力臂裝置(12)和移動(dòng)側(cè)力臂(5)加載，單油缸 (1)驅(qū)動(dòng)，試驗(yàn)管(6)水平放置結(jié)構(gòu)；固定側(cè)力臂(12)通過(guò)軸與上軸座和下軸座連結(jié)在一起；上軸座、下軸座與四個(gè)H型鋼的承力梁16連結(jié)在一起；移動(dòng)側(cè)力臂移動(dòng)時(shí)，固定側(cè)力臂圍繞著軸旋轉(zhuǎn)；移動(dòng)側(cè)力臂的力臂上蓋通過(guò)4個(gè)銷軸固定在移動(dòng)側(cè)力臂(5上)，芯軸通過(guò)前支撐和力臂上蓋與移動(dòng)側(cè)力臂連接；移動(dòng)側(cè)力臂通過(guò)芯軸與上軸承座、下軸承座連接；在下軸承座上安裝有滾輪裝置；在油缸推動(dòng)移動(dòng)側(cè)力臂移動(dòng)時(shí)，滾輪裝置在下兩個(gè)H型鋼面上滾動(dòng)，上軸承座沿著上兩個(gè)H型鋼的滑動(dòng)面上滑動(dòng)，同時(shí)下軸承座沿著下兩個(gè)H型鋼的滑動(dòng)面上滑動(dòng)；油缸(1)通過(guò)油缸上支架和下支架固定到基礎(chǔ)支撐上；通過(guò)油頂頭及壓板將油缸連接到移動(dòng)側(cè)力臂上；通過(guò)安裝在移動(dòng)側(cè)力臂上的4個(gè)鍵對(duì)油缸的伸出端進(jìn)行Y方向定位；調(diào)整節(jié)(1 設(shè)置在承力梁(16)上；應(yīng)變計(jì)(7)、試驗(yàn)管中部2D長(zhǎng)度位置轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置(8)、拉線式位移傳感器1(9)設(shè)置在試驗(yàn)管(6)上；過(guò)渡環(huán)(10)、連接法蘭(11)設(shè)置在試驗(yàn)管(6)兩端，與移動(dòng)側(cè)力臂和固定側(cè)力臂連接；試驗(yàn)管端轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置(13)、拉線式位移傳感器II (14)設(shè)置在固定側(cè)力臂和承力梁(16)連接處；拉線式位移傳感器III (20)設(shè)置在油缸與移動(dòng)側(cè)力臂連接處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管軸向彎曲變形試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于通過(guò)采集與處理壓力傳感器(3)、拉線式位移傳感器III (20)的輸出實(shí)現(xiàn)載荷-位移的實(shí)時(shí)測(cè)量；通過(guò)采集與處理應(yīng)變計(jì)(7)和應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)(19)的輸出實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)管應(yīng)力-應(yīng)變分布的實(shí)時(shí)測(cè)量；通過(guò)采集與處理拉線式位移傳感器I (9)的輸出實(shí)現(xiàn)載荷-試驗(yàn)管中部2D長(zhǎng)度位置轉(zhuǎn)角的實(shí)時(shí)測(cè)量；通過(guò)采集與處理拉線式位移傳感器II (14)的輸出實(shí)現(xiàn)載荷-試驗(yàn)管管端轉(zhuǎn)角的實(shí)時(shí)測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管軸向彎曲變形試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于試驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理及顯示方式油氣輸送管彎曲變形試驗(yàn)系統(tǒng)的傳感器輸出通過(guò)控制系統(tǒng)(17)的相關(guān)模塊后輸出到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)(18)，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)(18)按要求進(jìn)行記錄、處理、分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼管軸向彎曲變形試驗(yàn)系統(tǒng)，包括油缸(1)、液壓系統(tǒng)(2)、壓力傳感器(3)、水壓系統(tǒng)(4)、移動(dòng)側(cè)力臂(5)、試驗(yàn)鋼管(6)、應(yīng)變計(jì)(7)、試驗(yàn)管中部2D長(zhǎng)度位置轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置(8)、拉線式位移傳感器(I)(9)、過(guò)渡環(huán)(10)、連接法蘭(11)、固定側(cè)力臂(12)、試驗(yàn)管管端轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置(13)、拉線式位移傳感器(II)(14)、調(diào)整節(jié)(15)、承力梁(16)、控制系統(tǒng)(17)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(18)、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)(19)、拉線式位移傳感器(III)(20)；本試驗(yàn)系統(tǒng)能模擬輸送管承受的實(shí)際服役載荷，進(jìn)行不同直徑、壁厚、長(zhǎng)度的試驗(yàn)管的測(cè)量試驗(yàn)，準(zhǔn)確、可靠、便捷。
文檔編號(hào)G01N3/36GK102539261SQ20111044662
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者馮耀榮, 吉玲康, 宮少濤, 左水利, 李彥峰, 楊勇鳴, 鄒海萍, 陳宏遠(yuǎn), 黃呈帥 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所, 中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司