一種模擬天然氣管道受振動和彎矩荷載的試驗裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及管道性能和壽命測試的試驗裝置，尤其涉及一種模擬天然氣管道受振動和彎矩荷載的試驗裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著現(xiàn)代化建設的程度越來越高，生命線系統(tǒng)也變得日益復雜，而天燃氣輸氣管道系統(tǒng)更是其中的重要系統(tǒng)之一。因管道使用環(huán)境復雜性，在鋪設過程中有可能會產(chǎn)生一定的彎曲，還有管道使用過程中地形變動等因素也會導致管道產(chǎn)生過大彎曲變形而造成一定的損壞。另外，管道長期承受來自路面和地下來來往往的交通工具或者工程施工等因素引起的振動荷載，還有地震等外力作用也可以引起管道的振動，都會對管道的疲勞壽命有很大影響。管道工作時，管內(nèi)流動的介質的壓力、流速等因素的波動，也同樣會引起管道的振動。所以，在管道的彎曲變形、振動荷載以及管到壓力等因素的相互作用下，管道的性能和壽命必然會受到一定的影響。為了繼續(xù)給用戶提供安全和可靠的氣體能源，保障生命線系統(tǒng)的正常運行，在模擬燃氣管道受到振動荷載、彎矩荷載情況下，對燃氣管道進行不同缺陷程度和不同內(nèi)壓下的性能和疲勞測試，研究這些因素對管線性能和壽命的影響具有重要意義。
[0003]電液伺服控制系統(tǒng)具有良好的控制性能和魯棒性，常被用來實現(xiàn)電液位置、速度、加速度和力的控制;能遠距離輸入電信號，實現(xiàn)連續(xù)、成比例控制，輸出的液壓功率大、慣性小、精度高、響應速度快;在工程中得到了廣泛的應用。因此，可以用電液伺服系統(tǒng)來模擬豎向振動荷載。在此基礎上，開發(fā)一種天然氣管道的施加振動和彎矩荷載的試驗裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種結構簡單、操作方便、運行穩(wěn)定的模擬天然氣管道受振動和彎矩荷載的試驗裝置及方法。進而對天然氣管在外力作用下的性能和疲勞壽命進行測試。
[0005]本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn):
[0006]—種模擬天然氣管道受振動和彎矩荷載的試驗裝置，包括底座2;分別設置在底座2兩端的用于給試驗管道I的兩端提供下壓力矩的外壓桿組件3，以模擬試驗管道I受到彎矩荷載時的彎曲變形；
[0007]設置在底座2中部設有兩組液壓機構4，試驗管道I承載在兩組液壓機構4上并通過緊固件與之固定連接;所述兩組液壓機構4用于模擬試驗管道I在受到振動的狀態(tài)；
[0008]試驗管道I的一端密封，另一端連接加壓系統(tǒng)，加壓系統(tǒng)給試驗管道I內(nèi)提供氣壓或者液壓，用于模擬天然氣管道內(nèi)輸送的氣體或者液體；
[0009]兩組液壓機構4和加壓系統(tǒng)分別信號連接工控計算機9。
[0010]所述液壓機構4包括，液壓缸4.1、位移傳感器8、電液伺服閥6、液壓油源控制系統(tǒng)5和振動控制器7;
[0011]所述液壓缸4.1的上油腔和下油腔分別通過管路連接電液伺服閥6，所述電液伺服閥6通過管路連接液壓油源控制系統(tǒng)5;
[0012]所述位移傳感器8、電液伺服閥6和液壓油源控制系統(tǒng)5分別與振動控制器7信號連接;所述振動控制器7信號連接工控計算機9;所述工控計算機9通過對振動控制器7的控制，使液壓缸4.1的活塞桿完成所需伸縮行程、伸縮速度和伸縮頻率，以模擬試驗管道I在受到振動時的狀態(tài)。
[0013]所述加壓系統(tǒng)包括壓縮機10、增壓栗11、壓力控制器12、第一壓力傳感器13、第二壓力傳感器14;
[0014]所述壓縮機10通過工質輸送管連接試驗管道I的未密封端，所述增壓栗11設置于工質輸送管的管路上，在壓縮機10至增壓栗11的工質輸送管管路上設有第一壓力傳感器13，在增壓栗11至連接試驗管道I的工質輸送管管路上設有第二壓力傳感器14;
[0015]所述第一壓力傳感器13和第二壓力傳感器14分別與壓力控制器12信號連接;所述壓力控制器12信號連接工控計算機9;
[0016]所述外壓桿組件3包括外壓桿3.1、外壓板3.2、絲杠3.3、絲杠連接板3.4;
[0017]所述外壓桿3.1的下端連接底座2的端部，外壓桿3.1的上端依次穿過外壓板3.2和絲杠連接板3.4;所述外壓板3.2置于試驗管道I的上方;所述絲杠3.3設置在絲杠連接板3.4的中部，絲杠3.3與絲杠連接板3.4之間采用螺紋配合；當轉動絲杠3.3使其向下運動時，使試驗管道I的兩端向下運動發(fā)生彎曲變形，以模擬試驗管道I在受到彎矩荷載時的彎曲變形測試。
[0018]所述試驗管道I承載在兩組液壓機構4上并通過緊固件與之固定連接，其中，該緊固件包括固定在液壓缸4.1的活塞桿端部的支撐彎模4.3和卡扣4.4，所述試驗管道I被限制在支撐彎模4.3于卡扣4.4之間。
[0019]所述支撐彎模4.3和卡扣4.4與試驗管道I的接觸面為面接觸。
[0020]一種模擬天然氣管道受振動和彎矩荷載的方法，具體包括如下步驟。
[0021]模擬試驗管道I受到彎矩荷載時的彎曲變形步驟:
[0022]由位于底座2兩端的外壓桿組件3對試驗管道I兩端施加載荷使其彎曲變形，即外壓板3.2壓在試驗管道I的上表面，通過旋轉絲杠3.3的端部與外壓板3.2相抵，并使其推動試驗管道I向下運動，從而使試驗管道I的兩端向下運動發(fā)生彎曲變形;完成模擬試驗管道I受到彎矩荷載時的彎曲變形測試；
[0023]模擬試驗管道I內(nèi)壓測試步驟:
[0024]按照試驗要求，在工控計算機9輸入對應指令，控制壓縮機10和增壓栗11對試驗管道I內(nèi)進行加壓，加壓是指氣壓或者液壓;通過第一壓力傳感器13和第二壓力傳感器14監(jiān)測和反饋壓力信息，壓力控制器12根據(jù)監(jiān)測和反饋到的壓力信息，對加壓系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，使試驗管道I內(nèi)的液體或者氣體壓力達到試驗要求并保持穩(wěn)定;完成模擬試驗管道I內(nèi)壓測試；
[0025]模擬試驗管道I在受到振動時的步驟:
[0026]在工控計算機9輸入試驗要模擬的振動波形的控制信號，工控計算機9給電液伺服閥6發(fā)出控制信號，控制兩組液壓缸4.1動作，即控制液壓缸4.1的活塞桿完成所需的伸縮速度和伸縮頻率動作，驅動試驗管道I發(fā)生振動；同時，利用位移傳感器8對液壓缸4.1活塞桿的伸縮行程進行監(jiān)測和反饋，工控計算機9根據(jù)反饋信號進行活塞桿的位置伺服控制，使液壓缸4.1有穩(wěn)定的輸出，并得到實驗所需要的波形圖；完成模擬試驗管道I在受到振動時的測試。
[0027]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有如下的優(yōu)點及效果:
[0028]本發(fā)明通過外壓桿組件3，以模擬試驗管道I受到彎荷載矩時的彎曲變形；
[0029]通過兩組液壓機構4，以模擬試驗管道I在受到振動的狀態(tài);通過加壓系統(tǒng)，以模擬天然氣管道內(nèi)輸送的氣體或者液體；
[0030]本發(fā)明能夠按照試驗要求使試驗管道I產(chǎn)生不同程度的彎曲，實現(xiàn)不同波形的振動波模擬，以及能按照試驗要求對試驗管道I內(nèi)部施加不同的壓力，并對試驗數(shù)據(jù)的實時采集和處理，同時能通過對液壓缸4.1、位移傳感器8、電液伺服閥6、液壓油源控制系統(tǒng)5和振動控制器7等的控制，進行波形調(diào)節(jié)和壓力調(diào)節(jié);采用電液伺服控制系統(tǒng)模擬振動荷載，具有良好的控制性能和魯棒性，能遠距離輸入電信號，實現(xiàn)連續(xù)、成比例控制，輸出的液壓功率大、慣性小、精度高、響應速度快。
[0031]本發(fā)明通過試驗管道I滿足了燃氣管道的性能和壽命測試的要求，為燃氣管道性能和壽命測試項目，提供了模擬燃氣管道受豎向振動荷載和彎矩加載的試驗的平臺。從而對天然氣管道的性能和疲勞壽命進行測試和評估，確保施工時，可提供性能可靠、安全的天然氣管道。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明整體結構示意圖。
[0033]圖2為本發(fā)明局部立體結構示意圖。
[0034]圖3為本發(fā)明液壓油源系統(tǒng)結構示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步具體詳細描述。
[0036]實施例
[0037]如圖1至3所示。本發(fā)明公開了一種模擬天然氣管道受振動和彎矩荷載的試驗裝置，包括底座2;分別設置在底座2兩端的用于給試驗管道I的兩端提供下壓力矩的外壓桿組件3，以模擬試驗管道I受到彎矩荷載時的彎曲變形；
[0038]設置在底座2中部設有兩組液壓機構4，試驗管道I承載在兩組液壓機構4上并通過緊固件與之固定連接;所述兩組液壓機構4用于模擬試驗管道I在受到振動的狀態(tài)；
[0039]試驗管道I的一端密封，另一端連接加壓系統(tǒng)，加壓系統(tǒng)給試驗管道I內(nèi)提供氣壓或者液壓，用于模擬天然氣管道內(nèi)輸送的氣體或者液體；
[0040]兩組液壓機構4和加壓系統(tǒng)分別信號連接工控計算機9。
[0041]所述液壓機構4包括，液壓缸4.1、位移傳感器8、電液伺服閥6、液壓油源控制系統(tǒng)5和振動控制器7。所述液壓缸4.1的上油腔和下油腔分別通過管路連接電液伺服閥6，所述電液伺服閥6通過管路連接液壓油源控制系統(tǒng)5。所述位移傳感器8、電液伺服閥6和液壓油源控制系統(tǒng)5分別與振動控制器7信號連接;所述振動控制器7信號連接工控計算機9;所述工控計算機9通過對振動控制器7的控制，使液壓缸4.1的活塞桿完成所需伸縮行程、伸縮速度和伸縮頻率，以模擬試驗管道I在受到振動時的狀態(tài)。
[0042]所述加壓系統(tǒng)包括壓縮機10、增壓栗11、壓力控制器12、第一壓力傳感器13、第二壓力傳感器14;
[0043]所述壓縮機10通過工質輸送管連接試驗管道I的未密封端，所述增壓栗11設置于工質輸送管的管路上，在壓縮機10至增壓栗11的工質輸送管管路上設有第一壓力傳感器13，在增壓栗11至連接試驗管道I的工質輸送管管路上設有第二壓力傳感器14;
[0044]所述第一壓力傳感器13和第二壓力傳感器14分別與壓力控制器12信號連接;所述壓力控制器12信號連接工控計算機9;
[0045]所述外壓桿組件3包括外壓桿3.1、外壓板3.2、絲杠3.3、絲杠連接板3.4;
[0046]所述外壓桿3.1的下端連接底座2的端部，外壓桿3.1的上端依次穿過外壓板3.2和絲杠連接板3.4;所述外壓板3.2置于試驗管道I的上方;所述絲杠3.3設置在絲杠連接板3.4的中部，絲杠3.3與絲杠連接板3.4之間采用螺紋配合；當轉動絲杠3.3使其向下運動時，使試驗管道I的兩端向下運動發(fā)生彎曲變形，以模擬試驗管道I在受到彎矩荷載時的彎曲變形測試。
[0047]所述試驗管道I承載在兩組液壓機構4上并通過緊固件與之固定連接，其中，該緊固件包括固定在液壓缸4.1的活塞桿端部的支撐彎模4.3和卡扣4.4，所述試驗管道I被限制在支撐彎模4.3于卡扣4.4之間。
[0048]所述支撐彎模4.3和卡扣4.4與試驗管道I的接觸面為面接觸。
[0049]本發(fā)明液壓油源控制系統(tǒng)5的液壓原理如圖3所示。圖中