一种管材水压试验系统技术方案

本实用新型专利技术具体涉及一种管材水压试验系统，解决现有测试中水压补偿油缸压力值采用近似数值，且人工计算静水压试验压力，导致管材水压试验系统产生误差，得到的测试数值有偏差，降低了水压试验控制精度等问题。该系统包括水压系统、液压系统和电子控制系统，电子控制系统还包括工作油缸压力Pr实时动态值采集装置和数据处理单元；工作油缸压力Pr实时动态值采集装置设置在工作油缸上，且与电子控制系统中的PLC装置连接，用于采集工作油缸的压力值，数据处理单元设置在电子控制系统的PLC装置中，将工作油缸压力Pr实时动态值采集装置采集的压力值通过静水压试验压力公式计算得到准确的静水压试验压力值。

【技术实现步骤摘要】
一种管材水压试验系统
本技术涉及静水压试验
，具体涉及一种管材水压试验系统。
技术介绍
钢管静水压试验机是用于对钢管进行静水压实验的设备，目的是检查钢管的缺陷，并消除管体的残余应力。近年来，国内外多条重要管线工程对钢管的性能提出了更高的要求：静水压试验压力达到钢级规定最小屈服强度的95％、稳压时间至少为15s、稳压时压力波动为0～0.5MPa。目前国内静水压试验中多采用端面密封方式测试，对于端面密封方式，油缸推力等于管中的水对顶头作用力与端面密封所需压力之和，管端承受轴向负荷，试验压力超过规定最小屈服强度的90％时，为防止静水压试验后管体出现变形，需考虑补偿水压机油缸对管端的负荷。压力补偿公式的由来:静水压试验的试验压力一般采用巴洛(Barlow)公式计算：p＝2ST/D，式中：p-静水压试验的试验压力，MPa；S-静水压试验许用应力，MPa；其数值等于不同尺寸钢管的最小规定总伸长应力的百分数；D-钢管外径，mm；T-钢管壁厚，mm；当采用端面密封方式进行静水压试验时，为确保密封效果，需在水压试验机工作油缸内预置一定的油压⊿P，预置油压施加于管端对管壁产生纵向压应力，从而使环向应力超过许用应力，严重时引起钢管变形，为防止变形，标准规定可根据最大剪应力理论确定修正系数进行压力补偿，公式推导如下：静水压试验保压时，管壁受到两个应力的作用，一个是油缸推力与水的推力差产生的应力σ1，一个是水压的作用产生的应力σ2，按最大剪应力理论满足钢管试压条件有以下公式：|σ1-σ2|≦S取|σ1-σ2|＝S(1)工作油缸的推力与钢管内水的推力差为：P管＝P油-P水P油＝Pr×Ar；P水＝P×Ai；P管＝Pr×Ar-Pi×Ai；σ1＝P管/Ap；σ2＝Pi×D/2T；代入(1)式：P管/Ap–Pi×D/2T＝S；(Pr×Ar-Pi×Ai)/Ap–Pi×D/2T＝S；得Pi＝(S–Pr×Ar/Ap)/(D/2T–Ai/Ap)水压压力补偿原理在制管标准《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》GB/T9711.1-1997、GB/T9711.2-1999和管线钢管规范APISPEC5L中均提到端面密封静水压试验压力补偿计算公式，不按补偿后的压力进行试压时最容易出现的问题就是钢管变形，从而引起钢管报废，尤其按95％屈服强度的应力进行试压时，若不补偿，工作油缸的压力引起的环向压应力极易超过许用应力，引起钢管变形。产品标准对静水压试验时压力补偿的规定：1、APISPEC5L(42版)经购方与制造厂协商，可采用下列方法确定静水压试验压力。水压试验时，如压力值相当于应力超过规定最小屈服强度的90％，为防止钢管变形，制造厂可采用计算方法对施加于管端上产生纵向压应力的压力进行补偿，该计算方法仅适用于试验应力超过规定最小屈服强度的90％，用于补偿管端负荷的静水压试验压力应采用下列公式计算：Pi＝1000×(Se–Pr×Ar/Ap)/(D/2t–Ai/Ap)式中：Pi-静水压试验压力，KPa；Ai-钢管内径横截面面积，mm2；Ap-钢管管壁横截面面积，mm2；Ar-端面密封水压试验机工作油缸横截面面积，mm2；Pr-端面密封水压试验机工作油缸内压力，MPa；Se-有效环向应力，MPa；其值等于规定最小屈服强度的百分数；D-钢管规定外径，mm；t-钢管规定壁厚，mm。2、GB/T9711.1-1997SR5当试验压力值相当于应力超过最小规定总伸长应力的90％时，作为防止变形的一种措施，制造厂可采用计算的方法以补偿施加于管端上产生纵向压应力的力，此种计算方法仅在应力超过最小规定总伸长应力90％的条件下进行试验时才可采用，补偿管端负荷的静水压试验压力应按照下列公式计算：Pi＝(Se–Pr×Ar/Ap)/(D/2t–Ai/Ap)式中：Pi-静水压试验压力，MPa；Ai-钢管内径横截面面积，mm2；Ap-钢管管壁横截面面积，mm2；Se-有效环向应力，MPa；等于最小规定总伸长应力的百分数；Pr-端面密封水压试验机工作油缸内压力，Mpa；Ar-端面密封水压试验机工作油缸横截面面积，mm2；D-钢管规定外径，mm；t-钢管规定壁厚，mm；3、GB/T9711.2-19998.2.3.8.2在必须使环向应力达到规定总伸长应力最小值的95％时，确定静水压试验压力的计算方法取决于所采用的设备。方法B：借助工作油缸采用端面密封时，会产生纵向压应力。考虑此因素，下式适用：Pi＝(S–Pr×Ar/Ap)/(D/2Tmin–Ai/Ap)式中：Pi-静水压试验压力，MPa；Ai-钢管内径横截面面积，mm2；Ap-钢管管壁横截面面积，mm2；Ar-端面密封水压试验机工作油缸横截面面积，mm2；Pr-端面密封水压试验机工作油缸内压力，Mpa；S-应力，MPa；等于相应钢级规定总伸长应力最小值的95％；D-钢管规定外径，mm；Tmin-规定最小壁厚，mm。但是以上标准中对于其具体计算应用却没有详细加以说明，公式中端面密封水压试验机工作油缸内压力Pr实际上也是个未知量，需要先确定Pr后才能进一步确定静水压试验压力P端，现有测试中油缸压力值采用近似数值，采用近似数值人工计算静水压试验压力，导致管材水压试验系统产生误差，得到的测试数值有偏差，降低了水压试验的控制精度。
技术实现思路
本技术的目的是解决现有测试中油缸压力值采用近似数值，人工计算静水压试验压力，导致管材水压试验系统产生误差，得到的测试数值有偏差，降低了水压试验的控制精度问题，提供一种管材水压试验系统。本技术的技术方案是：一种管材水压试验系统，包括水压系统、液压系统和电子控制系统，所述电子控制系统还包括工作油缸压力Pr实时动态值采集装置和数据处理单元；所述工作油缸压力Pr实时动态值采集装置设置在工作油缸上，且与电子控制系统中的PLC装置连接，用于采集工作油缸的压力值，所述数据处理单元设置在电子控制系统的PLC装置中，将工作油缸压力Pr实时动态值采集装置所采集的压力值，通过静水压试验压力公式计算得到静水压试验压力值。进一步地，所述工作油缸压力Pr实时动态值采集装置为压力传感器，所述压力传感器设置在工作油缸的油路上。进一步地，所述压力传感器通过三通接头连接在工作油缸的油路上。进一步地，所述水压系统包括依次设置的进料装置、对齐冲洗测长装置、对中装置、水压机本体和出料装置。进一步地，所述液压系统包括液压站以及与液压站连接的配套阀台、管路。本技术的优点为：1.本技术系统通过工作油缸压力Pr实时动态值采集装置和数据处理单元的植入，优化了水压试验过程监测，提高了水压试验质量，克服了水压补偿中油缸压力采用近似数值的情况，本系统采用更精准的数值，消除了系统误差，提高了水压试验控制精度，该系统的改进对改善水压试验水平有显著效果，具有一定的推广价值。2.本技术精确得到端面密封水压机工作油缸内压力Pr值，从而准确计算补偿管端负荷的静水压试验压力值，防止工作油缸的高压或低压，确保静水压试验压力值合理，避免了水压试验后管体出现变形而降低钢管的几何尺寸精度的问题，提高了钢管性能，进一步满足钢管使用要求。3.本技术系统通过数据处理单元计算不同时刻的静水压试验压力值，实时对水压试验系统压力进行自动控制，避免了根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管材水压试验系统，包括水压系统、液压系统和电子控制系统，所述水压系统包括依次设置的进料装置、对齐冲洗测长装置、对中装置、水压机本体和出料装置，所述水压机本体包括工作油缸，所述液压系统包括液压站以及与液压站连接的配套阀台、管路，所述液压系统用于控制水压机本体，所述电子控制系统用于控制水压系统和液压系统；其特征在于：所述电子控制系统还包括工作油缸压力Pr实时动态值采集装置和数据处理单元；所述工作油缸压力Pr实时动态值采集装置设置在工作油缸上，且与电子控制系统中的PLC装置连接，用于采集工作油缸的压力值，所述数据处理单元设置在电子控制系统的PLC装置中，将工作油缸压力Pr实时动态值采集装置所采集的压力值，通过静水压试验压力公式计算得到静水压试验压力值。

【技术特征摘要】
1.一种管材水压试验系统，包括水压系统、液压系统和电子控制系统，所述水压系统包括依次设置的进料装置、对齐冲洗测长装置、对中装置、水压机本体和出料装置，所述水压机本体包括工作油缸，所述液压系统包括液压站以及与液压站连接的配套阀台、管路，所述液压系统用于控制水压机本体，所述电子控制系统用于控制水压系统和液压系统；其特征在于：所述电子控制系统还包括工作油缸压力Pr实时动态值采集装置和数据处理单元；所述工作油缸压力Pr实时动态值采集装置设置在工作油缸上，且与...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金兰，王长安，杨专钊，王高峰，吴金辉，蔡彬，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司管材研究所，北京隆盛泰科石油管科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61