一种模拟天然气管道受振动和弯矩荷载的试验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及管道性能和寿命测试的试验装置，尤其涉及一种模拟天然气管道受振动和弯矩荷载的试验装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着现代化建设的程度越来越高，生命线系统也变得日益复杂，而天燃气输气管道系统更是其中的重要系统之一。因管道使用环境复杂性，在铺设过程中有可能会产生一定的弯曲，还有管道使用过程中地形变动等因素也会导致管道产生过大弯曲变形而造成一定的损坏。另外，管道长期承受来自路面和地下来来往往的交通工具或者工程施工等因素引起的振动荷载，还有地震等外力作用也可以引起管道的振动，都会对管道的疲劳寿命有很大影响。管道工作时，管内流动的介质的压力、流速等因素的波动，也同样会引起管道的振动。所以，在管道的弯曲变形、振动荷载以及管到压力等因素的相互作用下，管道的性能和寿命必然会受到一定的影响。为了继续给用户提供安全和可靠的气体能源，保障生命线系统的正常运行，在模拟燃气管道受到振动荷载、弯矩荷载情况下，对燃气管道进行不同缺陷程度和不同内压下的性能和疲劳测试，研究这些因素对管线性能和寿命的影响具有重要意义。
[0003]电液伺服控制系统具有良好的控制性能和鲁棒性，常被用来实现电液位置、速度、加速度和力的控制;能远距离输入电信号，实现连续、成比例控制，输出的液压功率大、惯性小、精度高、响应速度快;在工程中得到了广泛的应用。因此，可以用电液伺服系统来模拟竖向振动荷载。在此基础上，开发一种天然气管道的施加振动和弯矩荷载的试验装置。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、操作方便、运行稳定的模拟天然气管道受振动和弯矩荷载的试验装置及方法。进而对天然气管在外力作用下的性能和疲劳寿命进行测试。
[0005]本发明通过下述技术方案实现:
[0006]—种模拟天然气管道受振动和弯矩荷载的试验装置，包括底座2;分别设置在底座2两端的用于给试验管道I的两端提供下压力矩的外压杆组件3，以模拟试验管道I受到弯矩荷载时的弯曲变形；
[0007]设置在底座2中部设有两组液压机构4，试验管道I承载在两组液压机构4上并通过紧固件与之固定连接;所述两组液压机构4用于模拟试验管道I在受到振动的状态；
[0008]试验管道I的一端密封，另一端连接加压系统，加压系统给试验管道I内提供气压或者液压，用于模拟天然气管道内输送的气体或者液体；
[0009]两组液压机构4和加压系统分别信号连接工控计算机9。
[0010]所述液压机构4包括，液压缸4.1、位移传感器8、电液伺服阀6、液压油源控制系统5和振动控制器7;
[0011]所述液压缸4.1的上油腔和下油腔分别通过管路连接电液伺服阀6，所述电液伺服阀6通过管路连接液压油源控制系统5;
[0012]所述位移传感器8、电液伺服阀6和液压油源控制系统5分别与振动控制器7信号连接;所述振动控制器7信号连接工控计算机9;所述工控计算机9通过对振动控制器7的控制，使液压缸4.1的活塞杆完成所需伸缩行程、伸缩速度和伸缩频率，以模拟试验管道I在受到振动时的状态。
[0013]所述加压系统包括压缩机10、增压栗11、压力控制器12、第一压力传感器13、第二压力传感器14;
[0014]所述压缩机10通过工质输送管连接试验管道I的未密封端，所述增压栗11设置于工质输送管的管路上，在压缩机10至增压栗11的工质输送管管路上设有第一压力传感器13，在增压栗11至连接试验管道I的工质输送管管路上设有第二压力传感器14;
[0015]所述第一压力传感器13和第二压力传感器14分别与压力控制器12信号连接;所述压力控制器12信号连接工控计算机9;
[0016]所述外压杆组件3包括外压杆3.1、外压板3.2、丝杠3.3、丝杠连接板3.4;
[0017]所述外压杆3.1的下端连接底座2的端部，外压杆3.1的上端依次穿过外压板3.2和丝杠连接板3.4;所述外压板3.2置于试验管道I的上方;所述丝杠3.3设置在丝杠连接板3.4的中部，丝杠3.3与丝杠连接板3.4之间采用螺纹配合；当转动丝杠3.3使其向下运动时，使试验管道I的两端向下运动发生弯曲变形，以模拟试验管道I在受到弯矩荷载时的弯曲变形测试。
[0018]所述试验管道I承载在两组液压机构4上并通过紧固件与之固定连接，其中，该紧固件包括固定在液压缸4.1的活塞杆端部的支撑弯模4.3和卡扣4.4，所述试验管道I被限制在支撑弯模4.3于卡扣4.4之间。
[0019]所述支撑弯模4.3和卡扣4.4与试验管道I的接触面为面接触。
[0020]一种模拟天然气管道受振动和弯矩荷载的方法，具体包括如下步骤。
[0021]模拟试验管道I受到弯矩荷载时的弯曲变形步骤:
[0022]由位于底座2两端的外压杆组件3对试验管道I两端施加载荷使其弯曲变形，即外压板3.2压在试验管道I的上表面，通过旋转丝杠3.3的端部与外压板3.2相抵，并使其推动试验管道I向下运动，从而使试验管道I的两端向下运动发生弯曲变形;完成模拟试验管道I受到弯矩荷载时的弯曲变形测试；
[0023]模拟试验管道I内压测试步骤:
[0024]按照试验要求，在工控计算机9输入对应指令，控制压缩机10和增压栗11对试验管道I内进行加压，加压是指气压或者液压;通过第一压力传感器13和第二压力传感器14监测和反馈压力信息，压力控制器12根据监测和反馈到的压力信息，对加压系统进行调节，使试验管道I内的液体或者气体压力达到试验要求并保持稳定;完成模拟试验管道I内压测试；
[0025]模拟试验管道I在受到振动时的步骤:
[0026]在工控计算机9输入试验要模拟的振动波形的控制信号，工控计算机9给电液伺服阀6发出控制信号，控制两组液压缸4.1动作，即控制液压缸4.1的活塞杆完成所需的伸缩速度和伸缩频率动作，驱动试验管道I发生振动；同时，利用位移传感器8对液压缸4.1活塞杆的伸缩行程进行监测和反馈，工控计算机9根据反馈信号进行活塞杆的位置伺服控制，使液压缸4.1有稳定的输出，并得到实验所需要的波形图；完成模拟试验管道I在受到振动时的测试。
[0027]本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果:
[0028]本发明通过外压杆组件3，以模拟试验管道I受到弯荷载矩时的弯曲变形；
[0029]通过两组液压机构4，以模拟试验管道I在受到振动的状态;通过加压系统，以模拟天然气管道内输送的气体或者液体；
[0030]本发明能够按照试验要求使试验管道I产生不同程度的弯曲，实现不同波形的振动波模拟，以及能按照试验要求对试验管道I内部施加不同的压力，并对试验数据的实时采集和处理，同时能通过对液压缸4.1、位移传感器8、电液伺服阀6、液压油源控制系统5和振动控制器7等的控制，进行波形调节和压力调节;采用电液伺服控制系统模拟振动荷载，具有良好的控制性能和鲁棒性，能远距离输入电信号，实现连续、成比例控制，输出的液压功率大、惯性小、精度高、响应速度快。
[0031]本发明通过试验管道I满足了燃气管道的性能和寿命测试的要求，为燃气管道性能和寿命测试项目，提供了模拟燃气管道受竖向振动荷载和弯矩加载的试验的平台。从而对天然气管道的性能和疲劳寿命进行测试和评估，确保施工时，可提供性能可靠、安全的天然气管道。
【附图说明】
[0032]图1为本发明整体结构示意图。
[0033]图2为本发明局部立体结构示意图。
[0034]图3为本发明液压油源系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0036]实施例
[0037]如图1至3所示。本发明公开了一种模拟天然气管道受振动和弯矩荷载的试验装置，包括底座2;分别设置在底座2两端的用于给试验管道I的两端提供下压力矩的外压杆组件3，以模拟试验管道I受到弯矩荷载时的弯曲变形；
[0038]设置在底座2中部设有两组液压机构4，试验管道I承载在两组液压机构4上并通过紧固件与之固定连接;所述两组液压机构4用于模拟试验管道I在受到振动的状态；
[0039]试验管道I的一端密封，另一端连接加压系统，加压系统给试验管道I内提供气压或者液压，用于模拟天然气管道内输送的气体或者液体；
[0040]两组液压机构4和加压系统分别信号连接工控计算机9。
[0041]所述液压机构4包括，液压缸4.1、位移传感器8、电液伺服阀6、液压油源控制系统5和振动控制器7。所述液压缸4.1的上油腔和下油腔分别通过管路连接电液伺服阀6，所述电液伺服阀6通过管路连接液压油源控制系统5。所述位移传感器8、电液伺服阀6和液压油源控制系统5分别与振动控制器7信号连接;所述振动控制器7信号连接工控计算机9;所述工控计算机9通过对振动控制器7的控制，使液压缸4.1的活塞杆完成所需伸缩行程、伸缩速度和伸缩频率，以模拟试验管道I在受到振动时的状态。
[0042]所述加压系统包括压缩机10、增压栗11、压力控制器12、第一压力传感器13、第二压力传感器14;
[0043]所述压缩机10通过工质输送管连接试验管道I的未密封端，所述增压栗11设置于工质输送管的管路上，在压缩机10至增压栗11的工质输送管管路上设有第一压力传感器13，在增压栗11至连接试验管道I的工质输送管管路上设有第二压力传感器14;
[0044]所述第一压力传感器13和第二压力传感器14分别与压力控制器12信号连接;所述压力控制器12信号连接工控计算机9;
[0045]所述外压杆组件3包括外压杆3.1、外压板3.2、丝杠3.3、丝杠连接板3.4;
[0046]所述外压杆3.1的下端连接底座2的端部，外压杆3.1的上端依次穿过外压板3.2和丝杠连接板3.4;所述外压板3.2置于试验管道I的上方;所述丝杠3.3设置在丝杠连接板3.4的中部，丝杠3.3与丝杠连接板3.4之间采用螺纹配合；当转动丝杠3.3使其向下运动时，使试验管道I的两端向下运动发生弯曲变形，以模拟试验管道I在受到弯矩荷载时的弯曲变形测试。
[0047]所述试验管道I承载在两组液压机构4上并通过紧固件与之固定连接，其中，该紧固件包括固定在液压缸4.1的活塞杆端部的支撑弯模4.3和卡扣4.4，所述试验管道I被限制在支撑弯模4.3于卡扣4.4之间。
[0048]所述支撑弯模4.3和卡扣4.4与试验管道I的接触面为面接触。
[0049]本发明液压油源控制系统5的液压原理如图3所示。图中