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专利号: 2021102384237
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种充压管道瞬态甩动行为的测量实验方法,其特征在于,采用充压管道瞬态甩动行为的测量试验装置,该试验装置包括管道、充压组件、泄压组件以及数据采集组件;

所述管道的一端水平固定于基座上,并向外伸出一段,该端为固定端,且与充压组件连接;所述管道的另一端为甩动端,且与泄压组件连接;

所述充压组件包括高压罐、水泵和高压气体充压机,高压罐的下部出口通过第一高压软管与管道的固定端相连通,在第一高压软管上设置有第一气动高压球阀、减压阀、第二气动高压球阀、第一压力传感器和第一电磁流量计;高压罐的下部进口通过第二高压软管与水泵连接,在第二高压软管上设置有第二电磁流量计;高压罐的上部进口通过第三高压软管与高压气体充压机连接;

所述泄压组件包括高强连接管,高强连接管的一端与管道的甩动端相连通,高强连接管的另一端弯曲90°,并连接爆破片;

所述数据采集组件包括第一高速摄相机、第一非接触式三维应变光学测量系统、第二高速摄相机、第二非接触式三维应变光学测量系统以及动态采集仪和计算机终端;所述第一高速摄相机和第一非接触式三维应变光学测量系统布置在管道的正前方,第二高速摄相机和第二非接触式三维应变光学测量系统布置在管道的正上方;

所述管道分别在朝向第一非接触式三维应变光学测量系统和第二非接触式三维应变光学测量系统的外表面且沿管道轴线方向间隔设置有若干标记点;

所述第一气动高压球阀、第二气动高压球阀、第一压力传感器、第一电磁流量计、第二电磁流量计、第一高速摄相机、第二高速摄相机、第一非接触式三维应变光学测量系统和第二非接触式三维应变光学测量系统分别通过信号线与动态采集仪和计算机终端连接;

所述高强连接管上还连接有第二压力传感器,第二压力传感器通过信号线与动态采集仪连接;

所述高压罐上还配置有第三压力传感器,第三压力传感器通过信号线与动态采集仪和计算机终端连接;

该实验方法具体包括以下步骤:

(1)将管道的一端水平固定于基座上,将充压组件与管道的固定端连接,将泄压组件与管道的甩动端连接;并将充压组件、水泵和高压气体充压机分别与高压罐连接;

(2)在管道的外壁面上部及前侧面处沿管道轴向间隔设置标记点;在管道的正上方安装第一高速摄相机和第一非接触式三维应变光学测量系统,在管道的正前方安装第二高速摄相机和第二非接触式三维应变光学测量系统;

手动调整第一高速摄相机和第二高速摄相机,以使其视场能够覆盖到管道甩动部分从初始状态直至产生最大变形时的区域;

(3)启动数据采集组件的计算机终端,通过计算机终端控制关闭第一气动高压球阀和第二气动高压球阀;

(4)根据实验方案,首先在计算机终端上设定好进水量和高压罐内压力值,且该压力值需高于试验过程中管道内部压力设计值;点击开始后,首先开启水泵向高压罐内供水,进水量达到设定值后停止进水;然后,开启高压气体充压机向高压罐内充压,压力达到设定值后停止充压;

(5)启动动态采集仪、第一高速摄相机、第二高速摄相机、第一非接触式三维应变光学测量系统和第二非接触式三维应变光学测量系统,并开启第一气动高压球阀和第二气动高压球阀向管道内充压,当管道内部压力达到爆破片的爆破压力时,爆破片发生破裂并泄放流体,管道此刻因受喷射流体的反作用力发生甩动,此时第一高速摄相机和第二高速摄相机同步记录管道的甩动变形,第一非接触式三维应变光学测量系统和第二非接触式三维应变光学测量系统记录分析管道位移场和管壁应变场;

同时动态采集仪通过第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器分别监测、记录试验过程中管道进口处、管道出口处和高压罐内部的压力变化,并通过第一电磁流量计和第二电磁流量计分别记录试验过程中管道的出水量和高压罐内进水量,动态采集仪所获取数据同步显示并存储于计算机终端;

(6)至管道甩动停止,停止数据采集;拆卸甩动变形后的管道,检查管道破裂情况,沿管道跨度方向管道的曲率分布表征管道典型截面变形特征;

(7)打印输出试验数据,试验结束。

2.根据权利要求1所述的一种充压管道瞬态甩动行为的测量实验方法,其特征在于:在管道上还布置有若干个应变片。

3.根据权利要求1所述的一种充压管道瞬态甩动行为的测量实验方法,其特征在于:在高压罐上还配置有压力控制器,压力控制器通过信号线和计算机终端连接,压力控制器还分别连接高压气体充压机和水泵;通过压力控制器进行高压气体充压机和水泵的自动开启与关闭控制。

4.根据权利要求1所述的一种充压管道瞬态甩动行为的测量实验方法,其特征在于:所述高压罐上还配置有安全阀。

5.根据权利要求1所述的一种充压管道瞬态甩动行为的测量实验方法,其特征在于:所述爆破片固定于法兰上,法兰密封连接在管道上。

6.根据权利要求1所述的一种充压管道瞬态甩动行为的测量实验方法,其特征在于:所述第一压力传感器、第一电磁流量计和第二电磁流量计分别通过信号线与动态采集仪连接,动态采集仪和计算机终端连接;所述第一气动高压球阀、第二气动高压球阀、第一非接触式三维应变光学测量系统、第二非接触式三维应变光学测量系统、第一高速摄相机和第二高速摄相机分别通过信号线与计算机终端连接。

7.根据权利要求1所述的一种充压管道瞬态甩动行为的测量实验方法,其特征在于,还包括以下步骤:基于试验数据和管道典型截面变形特征评估管道性能指标。