[發明專利]鋼管彎曲變形中試驗管大變形及應力實時測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201210013174.2
• 申請日: 2012-01-16
• 公開（公告）號: CN103207118A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 陳宏遠;李彥峰;吉玲康;左水利;馮耀榮;楊勇鳴;王海濤;鄒海萍;宮少濤
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所;中國重型機械研究院有限公司
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20;G01B21/32;G01L1/00
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 孟阿妮

技術領域

本發明涉及石油管道工程領域，特別涉及鋼管彎曲變形中試驗管大變形及應力實時測量裝置及其測量方法。

背景技術

鋼管彎曲變形試驗是模擬油氣輸送管承受實際服役載荷狀態下，測量試驗管在發生彎曲變形時，試驗管的載荷和位移關系、載荷和轉角關系、試驗管應力應變分布情況等，確定試驗管屈曲失穩時的應變極限。評估彎曲負荷下鋼管的抗屈曲變形能力。

目前，實現鋼管彎曲變形試驗的機構有英國焊接研究所TWI，加拿大C-FER公司等研究機構。其中TWI的整管彎曲試驗系統采用了四點彎曲的設備構造，通過兩個支撐點對鋼管施加彎矩；而加拿大C-FER則是在一臺大型立式拉伸機的基礎上，加裝力臂對鋼管施加彎矩。前者具有載荷大，試驗能力強的優點，但是四點彎曲的試驗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題，但是由于試驗設備受到大型拉伸機的空間限制，試驗管過短，難以施加足夠的彎矩，并且往往要附帶有很強的軸向壓縮載荷。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：現有的設備及方法均不能獲得理想的彎曲變形試驗條件。而且在鋼管發生彎曲變形時，也無法及時得到試驗管的變形情況及試驗管的應力應變分布情況，從而很難確定試驗管屈曲失穩時的應變極限。評估彎曲負荷下鋼管的抗屈曲變形能力。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術的缺陷，提供一種提高測量穩定性及測量精度的鋼管彎曲變形中試驗管大變形及應力實時測量裝置。

本發明的另一個目的是提供使用上述實時測量裝置的測量方法。

為了實現上述目的本發明采取的技術方案是：一種鋼管彎曲變形中試驗管大變形及應力實時測量裝置，其特征在于，包括油缸(1)、液壓系統(2)、壓力傳感器(3)、水壓系統(4)、移動側力臂(5)、試驗管(6)、應變計(7)、試驗管中部2D長度位置轉角測量裝置(8)、過渡環(10)、連接法蘭(11)、固定側力臂(12)、試驗管管端轉角測量裝置(13)、調整節(15)、承力梁(16)、控制系統(17)、計算機數據采集與處理系統(18)、應力應變測量系統(19)、拉線式位移傳感器(III)(20)；

試驗管中部2D長度位置轉角測量裝置(8)包括拉線式位移傳感器(I)(9)；

試驗管管端轉角測量裝置(13)包括拉線式位移傳感器(II)(14)；

油缸(1)通過油缸上支架和下支架固定到基礎支撐上；通過油頂頭及壓板將油缸連接到移動側力臂(5)上；通過安裝在移動側力臂(5)上的4個鍵對油缸的伸出端進行Y方向定位；液壓系統(2)用于控制油缸(1)對移動側力臂(5)施加機械加載，使試驗管(6)承受彎曲載荷；壓力傳感器(3)安裝在液壓系統(2)；

水壓系統(4)用于注入對試驗管(6)管段內部加載內壓，并在試驗管彎曲變形試驗過程中保持恒定壓力不變；

調整節(15)設置在承力梁(16)上；應變計(7)、試驗管中部2D長度位置轉角測量裝置(8)、拉線式位移傳感器I(9)設置在試驗管(6)上；應變計(7)采集鋼管變形數據輸送給應力應變測量系統(19)；過渡環(10)及連接法蘭(11)設置在試驗管(6)兩端，與移動側力臂(5)和固定側力臂(12)連接；試驗管端轉角測量裝置(13)、拉線式位移傳感器II(14)設置在固定側力臂(12)和承力梁(16)連接處；拉線式位移傳感器III(20)設置在油缸(1)與移動側力臂(5)連接處；

固定側力臂(12)上軸座和下軸座通過軸連結在一起；再通過上下軸座與四個H型鋼的承力梁(16)連接結在一起；在移動側力臂(5)框架移動時，固定側力臂(12)框架圍繞著芯軸旋轉；固定側力臂(12)上連接有力臂支撐21；

移動側力臂(5)和力臂上蓋通過4個銷軸進行定位，芯軸通過前支撐及力臂上蓋連接到移動側力臂(5)上；移動側力臂(5)的上軸承座和下軸承座通過軸連接；在下軸承座上安裝有滾輪裝置；在油缸推動移動側力臂移動的過程中，滾輪裝置在下兩個H型鋼面上滾動，上軸承座沿著上兩個H型鋼的滑動面上滑動，同時下軸承座沿著下兩個H型鋼的滑動面上滑動；移動側力臂(5)上連接有力臂支撐21；

壓力傳感器(3)、拉線式位移傳感器I(9)、拉線式位移傳感器II(14)及拉線式位移傳感器III(20)及應力應變測量系統(19)通過控制系統(17)輸出到計算機數據采集與分析系統(18)，計算機數據采集與分析系統(18)按要求進行記錄、處理、分析。