一种金属管管壁尖端裂缝起裂装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种金属管管壁尖端裂缝起裂装置及方法，该装置包括位于管壁中心位置的切割装置、沿切割装置对称分布的止裂装置和分布在管壁上的若干个传感器，所述切割装置通过炸高器固定在管壁上，切割装置包含壳体、位于壳体顶部的扩爆药、位于壳体内部的主装药和药型罩，所述壳体的两侧均设置在L型支撑板上，所述炸高器包含支撑件、固定支架和调节旋钮，L型支撑板通过调节旋钮与支撑件连接，支撑件与固定支架连接，在药型罩的下方设有连接两侧L型支撑板的伸缩件。本发明专利技术的装置，通过切割装置在药型罩中形成金属射流，在金属管管壁上形成裂纹，通过炸高器可以精确的调整切割装置的位置，形成符合试验要求的裂纹。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属管管壁尖端裂缝起裂装置及方法，属于气体液体高压管道输送工程的技术与安全领域。
技术介绍
高压输气管道在运行过程中，因管内压力变化、管道材料疲劳或受损，以及外部作用等原因，导致管道在某处产生管壁裂纹进而出现长距离扩展，不仅会造成严重经济损失和环境污染，还将形成地面人员伤亡、建筑物及设施破坏受损等灾难性事故。因此，为尽量减小损失、加快事故发生后的抢修进程，国内外广泛开展了大口径高压金属管道的裂缝形成及扩展的力学行为研究。金属管爆破试验的重要环节之一是，当管内压力达到设定高压值时在管壁确定位置处适时引入初始裂缝。目前关于初始裂缝的引入主要有机械切割预制和聚能切割预制两种，前者形成的初始裂缝与真实裂缝存在较大差距，且需考虑金属管充压过程中的密封问题，增加了实验难度和危险系数，而目前公开的的聚能切割预制方法中，由于保密原因，关于聚能切割装置切割高压金属管的步骤及切割装置材料、结构等参数均为定性描述，缺乏联系金属管材料结构等因素的定量研究，难以确保在实际试验中的成功率。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种金属管管壁尖端裂缝起裂装置及方法，通过切割装置在药型罩中形成金属射流，在金属管管壁上形成裂纹，通过炸高器可以精确的调整切割装置的位置，形成符合试验要求的裂纹。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种金属管管壁尖端裂缝起裂装置，包括位于管壁中心位置的切割装置、沿切割装置对称分布的止裂装置和分布在管壁上的若干个传感器，所述切割装置通过炸高器固定在管壁上，切割装置包含壳体、位于壳体顶部的扩爆药、位于壳体内部的主装药和药型罩，所述壳体的两侧均设有L型支撑板上，所述炸高器包含支撑件、调节旋钮和伸缩件，L型支撑板通过调节旋钮与支撑件连接，支撑件与固定支架连接，在药型罩的下方设有连接两侧L型支撑板的伸缩件。作为优选，所述金属管与加压装置连通，所述加压装置包含将高压气体输送到金属管的高压气体输送管、A类空气压缩装置、B类空气压缩装置和C类空气压缩装置，所述高压气体输送管通过一级阀与金属管连通，所述A类空气压缩装置安装在高压气体输送管上，所述高压气体输送管末端设有三通转换器，三通转换器分别与B类空气压缩装置和C类空气压缩装置连接。作为优选，所述药型罩包含线型主体和位于线型主体两端的“船”型端部，药型罩为铅锑合金制成，药型罩线型段为楔形变壁厚金属药型罩，船型段为夹角型变壁厚金属药型罩，其在传统线型药性罩基础上增加的“船”型端部用以形成具有一定初始角度的楔形裂纹尖端，可避免由端部效应形成平头尖端，确保金属管在高压气体作用下顺利起裂。作为优选，所述壳体包含线型主体和位于线型主体两端的“船”型端部，壳体线型段为长方体等壁厚壳体，船型段为夹角型等壁厚壳体。作为优选，所述传感器距金属管管壁上部顶端距离大于1.5m。一种上述的金属管管壁尖端裂缝起裂装置的起裂方法，包括以下步骤：(1)根据试验要求和高压金属管的材料及壁厚参数，以及裂缝的走向、长度、宽度参数，确定爆破试验的管壁裂缝起裂位置；(2)选择合适的切割装置，以及相适应的扩爆药和雷管并确定炸高器炸高参数；(3)高压金属管表面处理，作出裂缝起裂位置的标记，安装固定支架，连接加压装置；(4)采用A类空气压缩装置加压，按1MPa作为台阶值、暂停加压15分钟，加压至2Mpa，由于后续还要进行敷设线路等操作，因此若一开始安装切割装置会增大试验的安全隐患，同时影响安全进度，2MPa时气体加压基本趋于稳定，此时设置切割器相对安全，后续的线路敷设工作完成后即撤离人员可最大限度的保证试验安全,安装切割装置和炸高器，装填扩爆药住和电雷管，并短接电雷管上；(5)设置起爆站和起爆电缆线，根据试验进程连接电缆线和电雷管；(6)采用A类空气压缩装置加压，按0.5MPa作为台阶值、暂停加压10分钟，直至加压到4MPa，然后采用B和C类空气压缩装置加压，当管内压力小于等于8MPa时，按0.5MPa作为台阶值、暂停加压10分钟，再加压至8MPa；当管内压力大于8MPa时，按0.25MPa作为台阶值、暂停加压10分钟，直至加压到目标压力值；(7)测试人员撤出安全距离以外，引爆切割装置完成裂缝起裂。在本专利技术中,所述止裂装置有两种，均为带状结构，分别由玻璃纤维和碳纤维制成，具有高强度、高韧性的特点，试验中将两类止裂器用环氧树脂均匀缠绕在切割装置两侧，同一侧于距切割装置3m，8m处各缠一道相同材料的止裂装置，以制止金属管在高压气体作用下的裂纹扩展过程。试验中传感器包括管内压力传感器、管内热电耦传感器、管外时间探针单元和应变计，用于测试金属管在裂纹扩展过程中的压力、温度、速度、应变等参数。所述切割装置通过炸高器固定在管壁上，切割装置包含壳体、位于壳体顶部的扩爆药、位于壳体内部的主装药和药型罩，所述壳体的两侧均设设置在型支撑板上，所述炸高器包含支撑件、固定支架和调节旋钮，金属管充压前，根据切割装置切割能力和金属管材料、结构参数设定最佳炸高，通过调节旋钮调整至相应高度，以确保在金属管表面形成适宜的均匀细长裂纹，L型支撑板通过调节旋钮与支撑件连接，支撑件与固定支架连接，在药型罩的下方设有连接两侧L型支撑板的伸缩件。所述切割装置为独立设计的新型装置，能形成与金属管轴线呈不同角度夹角的尖端裂缝，有利于试验人员的灵活应用和使用安全，可适应不同的高压输气金属管试验要求。附图说明图1为本专利技术的布局示意图；图2为本专利技术中切割装置的剖视图；图3为本专利技术中切割装置的安装示意图；图4为本专利技术中加压装置的结构示意图；图5为本专利技术中药型罩的结构示意图；图6为本专利技术中壳体的结构示意图。具体实施方式如图1至图6所示，本专利技术的一种金属管1管壁尖端裂缝起裂装置，包括位于管壁中心位置的切割装置2、沿切割装置2对称分布的止裂装置3和分布在管壁上的若干个传感器4，所述切割装置2通过炸高器固定在管壁上，切割装置2包含壳体6、位于壳体6顶部的扩爆药5、位于壳体6内部的主装药7和药型罩8，所述壳体6的两侧均设有L型支撑板，所述炸高器包含支撑件10、固定支架12和调节旋钮9，L型支撑板通过调节旋钮9与支撑件10上，支撑件10与固定支架12连接，在药型罩8的下方设有连接两侧L型支撑板的伸缩件11。如图4所示，所述金属管1与加压装置连通，所述加压装置包含将高压气体输送到金属管1的高压气体输送管、A类空气压缩装置、B类空气压缩装置和C类空气压缩装置，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属管管壁尖端裂缝起裂装置，其特征在于：包括位于管壁中心位置的切割装置、沿切割装置对称分布的止裂装置和分布在管壁上的若干个传感器，所述切割装置通过炸高器固定在管壁上，切割装置包含壳体、位于壳体顶部的扩爆药、位于壳体内部的主装药和药型罩，所述壳体的两侧均设有L型支撑板上，所述炸高器包含支撑件、调节旋钮和伸缩件，L型支撑板通过调节旋钮与支撑件连接，支撑件与固定支架连接，在药型罩的下方设有连接两侧L型支撑板的伸缩件。

【技术特征摘要】
1.一种金属管管壁尖端裂缝起裂装置，其特征在于：包括位于管壁中心位置的切
割装置、沿切割装置对称分布的止裂装置和分布在管壁上的若干个传感器，所述切割装
置通过炸高器固定在管壁上，切割装置包含壳体、位于壳体顶部的扩爆药、位于壳体内
部的主装药和药型罩，所述壳体的两侧均设有L型支撑板上，所述炸高器包含支撑件、
调节旋钮和伸缩件，L型支撑板通过调节旋钮与支撑件连接，支撑件与固定支架连接，
在药型罩的下方设有连接两侧L型支撑板的伸缩件。
2.根据权利要求1所述的金属管管壁尖端裂缝起裂装置，其特征在于：所述金属
管与加压装置连通，所述加压装置包含将高压气体输送到金属管的高压气体输送管、A
类空气压缩装置、B类空气压缩装置和C类空气压缩装置，所述高压气体输送管通过一
级阀与金属管连通，所述A类空气压缩装置安装在高压气体输送管上，所述高压气体输
送管末端设有三通转换器，三通转换器分别与B类空气压缩装置和C类空气压缩装置
连接。
3.根据权利要求2所述的金属管管壁尖端裂缝起裂装置，其特征在于：所述药型
罩包含线型主体和位于线型主体两端的“船”型端部，药型罩为铅锑合金制成，药型
罩线型段为楔形变壁厚金属药型罩，船型段为夹角型变壁厚金属药型罩。
4.根据权利要求3所述的金属管管壁尖端裂缝起裂装置，其特征在于：所述壳体
包含线型主体和位于线型主体两端的“船”型端部，壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙源，纪冲，吴建宇，徐全军，毛益明，高福银，宋克健，吴建源，姜楠，宋歌，杨涛，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32