[發明專利]一種高能管斷裂甩擊行為的試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201811399213.0
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109524136B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 柳軍;郭曉強;劉清友;姜乃斌;劉鎮嘉;李建
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G21C17/00
• 分類號: G21C17/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

1.一種高能管斷裂甩擊行為的試驗裝置，其特征在于：它包括控制模塊、加熱模塊（1）、補水模塊（2）、變頻水泵（3）和試驗模塊，所述試驗模塊包括防護鋼板箱（4）、壓力罐（5）和高能管，壓力罐（5）和高能管均設置于防護鋼板箱（4）內，高能管包括直管段（6）和彎管段（7），直管段（6）和彎管段（7）之間設置有耐高溫金屬修復劑，直管段（6）法蘭連接到壓力罐（5）上，直管段（6）上設置有限制其甩動的限制件（8），限制件（8）為U型件，直管段（6）與彎管段（7）連接處的正下方放置有壓力傳感器A（9），直管段（6）上設置有壓力傳感器B（10）、溫度傳感器B（11）和位移傳感器（12），所述補水模塊（2）與加熱模塊（1）的入口端連接，加熱模塊（1）的出口端與變頻水泵（3）的吸水口經管道連接，變頻水泵（3）的排水口經管道與壓力罐（5）的下端部連通；所述控制模塊包括計算機（13）和PLC控制器（14），計算機（13）與PLC控制器（14）連接，所述溫度傳感器B（11）、壓力傳感器A（9）和壓力傳感器B（10）均與PLC控制器（14）分別經信號線連接；

該裝置對高能管斷裂甩擊行為的試驗方法包括以下步驟：

S1、啟動補水泵，將水箱內的水泵入到加熱罐中，當液位達到試驗所需液位時，關閉補水泵；

S2、打開電源，加熱棒對加熱罐內的水進行加熱，當水溫達到試驗所需溫度時，關閉電源；

S3、打開變頻水泵，變頻水泵將加熱罐內的水抽出，經加壓后再泵送到壓力罐中，在水壓下水進入到高能管中，直到高能管在耐高溫金屬修復劑處破裂，高能管甩擊到壓力傳感器A上，壓力傳感器A將沖擊力轉換為電信號并傳遞給PLC控制器，同時溫度傳感器B和壓力傳感器B分別記錄高能管破裂瞬間，水流的溫度值和壓力值，并將溫度值和壓力值傳遞給PLC控制器，同時位移傳感器測量高能管的位移，并將位移信號傳遞給PLC控制器；

S4、高能管斷裂甩擊非線性振動的試驗：通過改變電源的電流，以改變加熱罐中水的溫度，重復步驟S1~S3，以完成不同流體溫度、不同流體壓力下，高能管的動力學響應；

S5、限制件參數對高能管斷裂甩擊動力學行為的試驗。

2.根據權利要求1所述的一種高能管斷裂甩擊行為的試驗裝置，其特征在于：所述的補水模塊（2）為水箱。

3.根據權利要求1所述的一種高能管斷裂甩擊行為的試驗裝置，其特征在于：所述的加熱模塊包括加熱罐（15）、加熱棒（16）和電源（17），所述加熱罐（15）內設置有溫度傳感器A（18）和液位傳感器，溫度傳感器A（18）與PLC控制器（14）經信號線連接，加熱罐（15）內豎向布置有多根加熱棒（16），電源（17）的輸出端口經導線（19）與加熱棒（16）連接，加熱罐（15）的上下端部分別開設有出水端和入口端，出口端與變頻水泵（3）的吸水口連接。

4.根據權利要求2所述的一種高能管斷裂甩擊行為的試驗裝置，其特征在于：所述補水模塊（2）與加熱罐（15）之間連接有補水泵（20）。

5.根據權利要求1~4中任意一項所述的試驗裝置對高能管斷裂甩擊行為的試驗方法，其特征在于：它包括以下步驟：

S1、啟動補水泵（20），補水泵（20）將水箱內的水泵入到加熱罐（15）中，液位傳感器實時將加熱罐（15）內的液位信號轉換為電信號，并傳遞給PLC控制器（14），PLC控制器（14）再將液位信號傳遞給計算機（13），當液位達到試驗所需液位時，關閉補水泵（20）；

S2、打開電源（17），電源（17）給加熱棒（16）通入電流，加熱棒（16）對加熱罐（15）內的水進行加熱，溫度傳感器A（18）將水的溫度信號轉換為電信號后傳遞給PLC控制器（14），PLC控制器在將溫度信號傳遞給計算機（13），當水溫達到試驗所需溫度時，關閉電源（17）；

S3、打開變頻水泵（3），變頻水泵（3）將加熱罐（15）內的水抽出，經加壓后再泵送到壓力罐（5）中，在水壓下水進入到高能管中，直到高能管在耐高溫金屬修復劑處破裂，高能管甩擊到壓力傳感器A（9）上，壓力傳感器A（9）將沖擊力轉換為電信號并傳遞給PLC控制器（14），同時溫度傳感器B（11）和壓力傳感器B（10）分別記錄高能管破裂瞬間，水流的溫度值和壓力值，并將溫度值和壓力值傳遞給PLC控制器（14），同時位移傳感器（12）測量高能管的位移，并將位移信號傳遞給PLC控制器；

S4、高能管斷裂甩擊非線性振動的試驗：通過改變電源（17）的電流，以改變加熱罐（15）中水的溫度，重復步驟S1~S3，以完成不同流體溫度、不同流體壓力下，高能管的動力學響應；

S5、限制件參數對高能管斷裂甩擊動力學行為的試驗，具體包括以下步驟：

S51、將限制件（8）的直徑設為32mm、將限制件（8）距破口處的距離設為500mm和將限制件（8）距高能管之間的間隙設為100mm，并將以上參數保持不變，再分別將限制件（8）的數量設為7根、8根、9根和10根，重復步驟S1~S3，得到不同數量的限制件作用下，高能管斷裂甩擊動力學響應，揭示限制件的數量對高能管斷裂甩擊力學特性的影響機理；

S52、將限制件（8）的數量設為9根、將限制件（8）距破口處的距離設為500mm和將限制件（8）距高能管之間的間隙設為100mm，并將以上參數保持不變，再分別將限制件（8）的直徑設為28mm、32mm、36mm和40mm，重復步驟S1~S3，得到不同直徑的限制件作用下，高能管斷裂甩擊動力學響應，揭示限制件的直徑對高能管斷裂甩擊力學特性的影響機理；

S53、將限制件（8）的直徑設為32mm、將限制件（8）的數量設為9根和將限制件（8）距高能管之間的間隙設為100mm，并將以上參數保持不變，再分別將限制件（8）距破口中心處的距離設為400mm、450mm、500mm和600mm，重復步驟S1~S3，得到不同安裝位置的限制件作用下，高能管斷裂甩擊動力學響應，揭示限制件的安裝位置對高能管斷裂甩擊力學特性的影響機理；

S54、將限制件（8）的直徑設為32mm、將限制件（8）的數量設為9根和將限制件（8）距破口處的距離設為500mm，并將以上參數保持不變，再分別將限制件（8）距高能管之間的間隙設為50mm、100mm、150mm和200mm，重復步驟S1~S3，得到不同間隙的限制件作用下，高能管斷裂甩擊動力學響應，揭示限制件與高能管之間的間隙對高能管斷裂甩擊力學特性的影響機理。