专利名称：一种钢管弯曲变形试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钢管弯曲变形试验系统。
技术背景
目前国际上具有类似试验能力的机构有英国焊接研究所TWI，加拿大C-FER公司等研究机构。其中TWI的整管弯曲试验系统采用了四点弯曲的设备构造，通过两个支撑点对钢管施加弯矩；而加拿大C-FER则是在一台大型立式拉伸机的基础上，加装力臂对钢管施加弯矩。前者具有载荷大，试验能力强的优点，但是四点弯曲的试验形式容易引起钢管的局部变形。后者的虽然不存在局部变形的问题，但是由于试验设备受到大型拉伸机的空间限制，试验管过短，难以施加足够的弯矩，并且往往要附带有很强的轴向压缩载荷。他们都不能获得理想的弯曲变形试验条件。
本发明通过采用卧式设备结构，解决了设备试验能力的问题。使用双力臂加载，并且力臂足够长，可以获得充分的弯曲载荷。从而成为一种相对理想的全尺寸弯曲试验设备。发明内容
本发明的目的是提供一种钢管弯曲变形试验系统。能可靠、方便、准确地测量出试验钢管在承受弯曲载荷下的压力-位移、压力-转角及应力-应变的实时情况。
本发明所述的钢管弯曲变形试验系统由油缸1、液压系统2、压力传感器3、水压系统4、移动侧力臂5、试验管6、应变计7、试验管中部2D长度位置转角测量装置8、拉线式位移传感器(1)9、过渡环10、连接法兰11、固定侧力臂12、试验管端转角测量装置13、拉线式位移传感器(II) 14、调整节15、承力梁16、控制系统17、计算机数据采集与处理系统18、应力应变测量系统19、拉线式位移传感器(111)20构成；
采用四根承力梁16承力结构，固定侧力臂12和移动侧力臂5加载，单油缸1驱动， 试验管6水平放置结构；
固定侧力臂12通过轴与上轴座、下轴座连结在一起；上轴座、下轴座与四个H型钢的承力梁16连结在一起；移动侧力臂移动时，固定侧力臂围绕着轴旋转；
移动侧力臂的力臂上盖通过4个销轴固定在移动侧力臂5上，芯轴通过前支撑和力臂上盖与移动侧力臂连接；移动侧力臂通过芯轴与上轴承座、下轴承座连接；在下轴承座上安装有滚轮装置；在油缸推动移动侧力臂移动时，滚轮装置在下两个H型钢面上滚动， 上轴承座沿着上两个H型钢的滑动面上滑动，同时下轴承座沿着下两个H型钢的滑动面上滑动；
油缸1通过油缸上支架、下支架固定到基础支撑上；通过油顶头及压板将油缸连接到移动侧力臂上；通过安装在移动侧力臂上的4个键对油缸的伸出端进行Y方向定位， 避免因伸出端太长引起油缸头下垂；在油缸的头部和中部用油缸支架将其固定到基础支撑上；
调整节15设置在承力梁16上；应变计7、试验管中部2D长度位置转角测量装置8、拉线式位移传感器(1)9设置在试验管6上；过渡环10、连接法兰11设置在试验管6两端， 与移动侧力臂和固定侧力臂连接；试验管端转角测量装置13、拉线式位移传感器(II) 14设置在固定侧力臂和承力梁16连接处；拉线式位移传感器(III) 20设置在油缸与移动侧力臂连接处。
本发明试验系统可同时对试验管段加载内压及弯矩载荷，通过水压系统4对试验管段内部加载12MPa内压，并在试验管弯曲变形试验过程中保持恒定压力不变。通过固定侧力臂12、移动侧力臂5、承力梁16、油缸1等部件对试验管施加弯曲载荷，并使它们组成一个封闭的受力系统。液压系统2控制油缸1对移动侧力臂施加机械加载，使试验管6承受弯曲载荷。加载速率及载荷大小由计算机控制系统17进行自动控制。加载载荷具有全程不分档的特点。通过可精确控制加载力大小及速率的台阶式加载方式，实现加载-测量的反复循环过程。系统能实现位移控制加载及负荷控制加载方式。
本发明试验系统能模拟油气输送管承受的实际服役载荷，通过选用不同的连接法兰11、变化调整节15个数及选用不同规格尺寸的过渡环10可方便地完成不同直径和长度试验管的试验。能实现对直径508 1219mm、最大壁厚22mm、长度6 10m、材质为X70 XlOO钢管的压缩-弯曲变形试验。
本发明试验系统的测量系统能实现四组参数的直接测量，通过采集与处理压力传感器3、拉线式位移传感器(111)20的输出实现载荷-位移的实时测量；通过采集与处理应变计7和应力应变测量系统19的输出实现试验管应力-应变分布的实时测量；通过采集与处理拉线式位移传感器(1)9的输出实现载荷-试验管中部2D长度位置转角的实时测量； 通过采集与处理拉线式位移传感器(II) 14的输出实现载荷-试验管管端转角的实时测量； 测量系统能实现自动控制、实时监测和自动测量。测量系统稳定性好、精度高。
本发明试验系统的数据采集、处理及显示方式油气输送管弯曲变形试验系统的传感器输出通过控制系统17的相关模块后输出到计算机数据采集与分析系统18，计算机数据采集与分析系统18按要求进行记录、处理、分析。
试验数据能实现计算机自动控制采集、存取、处理并能实现实时显示，打印试验结果和曲线。数据采集及处理系统具有良好兼容性好，界面好，易于操作。可以根据已记录数据绘制出二维、三维曲线，并具有查询历史数据及相对应的参数曲线功能。
为保证试验系统安全、可靠地使用，本发明试验系统的控制系统17具有超载、限位、超温、超电压及油污自动报警等多种保护功能。
发明的效果
本发明试验系统的建立，提供了一种研究高压、大口径、大壁厚、高钢级的石油天然气输送管抗弯曲载荷性能的手段。能进行不同直径、壁厚、长度的试验管的测量试验。试验系统能模拟输送管承受的实际服役载荷，准确、可靠、便捷地进行试验管抗变形能力和应变强化能力的试验研究工作。可实时采集、记录、显示载荷、位移、角度、应力应变等试验参数，对试验参数进行各种分析并能显示试验参数曲线，打印试验结果。
本试验新型试验系统能测量试验钢管在发生压缩-弯曲变形时，试验钢管应力应变分布情况，确定试验钢管屈曲失稳时的应变极限。评估压缩-弯曲负荷下钢管的抗屈曲变形能力。研究钢管弯曲负荷下的抗变形能力是进行管线的应变设计的基础，为管线应变设计工作提供理论依据，以提高管线设计和运行的安全可靠性，降低管线建设和运行的成本。根据大量的试验数据，可以总结、归纳，建立国内油气输送钢管质量评价体系。
图1钢管弯曲变形试验系统结构示意图。
其中1油缸、2液压系统、3压力传感器、4水压系统、5移动侧力臂、6试验管、7应变计、8试验管中部2D长度位置转角测量装置、9拉线式位移传感器(I)、10过渡环、11连接法兰、12固定侧力臂、13试验管端转角测量装置、14拉线式位移传感器(II)、15调整节、16 承力梁、17控制系统、18计算机数据采集与处理系统、19应力应变测量系统、20拉线式位移传感器(III)具体实施方式
根据试验管直径和长度，选择相对应的连接法兰、过渡环、调整节，调整好试验系统的试验管装夹系统。根据试验要求及目的制备试验管，包括试验管与过渡环及连接法兰的焊接、几何参数测量、布置测点、静态水压试验等，然后将制备好的试验管连接到加载力臂上。安装并调整好试验管管端转角测量装置及位移传感器、试验管中部2D长度位置转角测量装置及位移传感器，连接并调整好应力应变测量系统、油缸及位移传感器，准备进入试验阶段。
打开试验管注水系统对试验管进行注水、加压到试验要求并进行保压，工业计算机控制加载油缸按程序进行压缩-弯曲加载，模拟油气输送管在服役过程中承载情况。通过固定侧力臂、移动侧力臂、承力梁等部件对试验管施加压缩-弯曲载荷，并使它们组一个封闭的受力系统。加载速率及载荷大小由控制系统进行自动控制。通过可精确控制载荷大小及速率的台阶式加载方式，实现加载-测量的反复循环过程。系统能实现位移控制加载及负荷控制加载。在控制计算机上可实时观察、控制试验管在试验过程中的变形情况。
数据采集及处理系统完成整个变形过程的全部数据采集和记录，并可实时显示。 试验完成后可在数据采集与处理计算机上进行试验结果的显示、分析和打印。根据试验要求获得压力-位移曲线、压力-转角曲线、应力-应变曲线等曲线。还可以得到试验管的变形规律、应力应变分布情况及试验管的机械性能等参数。
权利要求
1.一种钢管轴向弯曲变形试验系统，包括油缸(1)、液压系统O)、压力传感器(3)、水压系统G)、移动侧力臂(5)、试验钢管 (6)、应变计(7)、试验管中部2D长度位置转角测量装置(8)、拉线式位移传感器(I) (9)、过渡环(10)、连接法兰(11)、固定侧力臂(12)、试验管管端转角测量装置(13)、拉线式位移传感器(II) (14)、调整节(15)、承力梁(16)、控制系统(17)、计算机数据采集与处理系统 (18)、应力应变测量系统(19)、拉线式位移传感器(III) (20)；其特征在于采用四根承力梁(16)承力结构，固定侧力臂装置(12)和移动侧力臂(5)加载，单油缸 (1)驱动，试验管(6)水平放置结构；固定侧力臂(12)通过轴与上轴座和下轴座连结在一起；上轴座、下轴座与四个H型钢的承力梁16连结在一起；移动侧力臂移动时，固定侧力臂围绕着轴旋转；移动侧力臂的力臂上盖通过4个销轴固定在移动侧力臂(5上)，芯轴通过前支撑和力臂上盖与移动侧力臂连接；移动侧力臂通过芯轴与上轴承座、下轴承座连接；在下轴承座上安装有滚轮装置；在油缸推动移动侧力臂移动时，滚轮装置在下两个H型钢面上滚动，上轴承座沿着上两个H型钢的滑动面上滑动，同时下轴承座沿着下两个H型钢的滑动面上滑动；油缸(1)通过油缸上支架和下支架固定到基础支撑上；通过油顶头及压板将油缸连接到移动侧力臂上；通过安装在移动侧力臂上的4个键对油缸的伸出端进行Y方向定位；调整节(1 设置在承力梁(16)上；应变计(7)、试验管中部2D长度位置转角测量装置(8)、拉线式位移传感器1(9)设置在试验管(6)上；过渡环(10)、连接法兰(11)设置在试验管(6)两端，与移动侧力臂和固定侧力臂连接；试验管端转角测量装置(13)、拉线式位移传感器II (14)设置在固定侧力臂和承力梁(16)连接处；拉线式位移传感器III (20)设置在油缸与移动侧力臂连接处。
2.根据权利要求1所述的钢管轴向弯曲变形试验系统，其特征在于通过采集与处理压力传感器(3)、拉线式位移传感器III (20)的输出实现载荷-位移的实时测量；通过采集与处理应变计(7)和应力应变测量系统(19)的输出实现试验管应力-应变分布的实时测量；通过采集与处理拉线式位移传感器I (9)的输出实现载荷-试验管中部2D长度位置转角的实时测量；通过采集与处理拉线式位移传感器II (14)的输出实现载荷-试验管管端转角的实时测量。
3.根据权利要求1所述的钢管轴向弯曲变形试验系统，其特征在于试验系统的数据采集、处理及显示方式油气输送管弯曲变形试验系统的传感器输出通过控制系统(17)的相关模块后输出到计算机数据采集与分析系统(18)，计算机数据采集与分析系统(18)按要求进行记录、处理、分析。
全文摘要
本发明涉及一种钢管轴向弯曲变形试验系统，包括油缸(1)、液压系统(2)、压力传感器(3)、水压系统(4)、移动侧力臂(5)、试验钢管(6)、应变计(7)、试验管中部2D长度位置转角测量装置(8)、拉线式位移传感器(I)(9)、过渡环(10)、连接法兰(11)、固定侧力臂(12)、试验管管端转角测量装置(13)、拉线式位移传感器(II)(14)、调整节(15)、承力梁(16)、控制系统(17)、计算机数据采集与处理系统(18)、应力应变测量系统(19)、拉线式位移传感器(III)(20)；本试验系统能模拟输送管承受的实际服役载荷，进行不同直径、壁厚、长度的试验管的测量试验，准确、可靠、便捷。
文档编号G01N3/36GK102539261SQ20111044662
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者冯耀荣, 吉玲康, 宫少涛, 左水利, 李彦峰, 杨勇鸣, 邹海萍, 陈宏远, 黄呈帅 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所, 中国重型机械研究院有限公司