一种管道弯曲应变的获取方法及测量设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种管道弯曲应变的获取方法及测量设备，获取管道测绘装置通过待测管道的三维路径；根据所述三维路径，获取时间向量与三维坐标系中的每一个坐标轴的对应关系，其中，所述三维路径为所述三维坐标系中的曲线；根据曲面计算模型和所述对应关系，获取所述待测管道的弯曲曲率；根据所述待测管道的弯曲曲率，获取所述待测管道的弯曲应变。
【专利说明】一种管道弯曲应变的获取方法及测量设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及原油管道测量领域，具体涉及一种管道弯曲应变的获取方法及测量设 备。
【背景技术】
[0002] 长输管道具有输送能力大、成本低等优点，是油气输送的主要方式。但由于地震、 滑坡、洪水、永久冻土融沉、冻胀和第三方损毁等地质灾害原因，管道会产生位移，导致管道 区域性或局部性弯曲应变，严重时，环境载荷会引起管道褶皱，影响管道完整性，如果不能 及时发现和维修，会缩短管道使用寿命，甚至发生油气泄漏的危险，对环境和人类的生命财 产安全造成威胁。
[0003] 现有技术中，通常使用视距技术、声发射和光纤方法等测量管道位移的方法来测 量管道位移，但是上述测量管道位移的方法需要安装专用传感器、建设信号传输设施和人 为手动操作等，由于专用传感器在测量管道位移时，是隔着水和沙土等介质来测量的，使得 测量的数据准确性不高，使得根据所述测量数据而获得的长输管道的弯曲应变的精确性也 较低。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种管道弯曲应变的获取方法及测量设备，能够将管道测绘装置运行 在待测管道中，使得测量而得到的数据准确性更高，使得根据所述测量数据而得到的待测 管道的弯曲应变的精确度也更高。
[0005] 本申请实施例提供了一种管道弯曲应变的获取方法，包括：
[0006] 获取管道测绘装置通过待测管道的三维路径；
[0007] 根据所述三维路径，获取时间向量与三维坐标系中的每一个坐标轴的对应关系， 其中，所述三维路径为所述三维坐标系中的曲线；
[0008] 根据曲面计算模型和所述对应关系，获取所述待测管道的弯曲曲率；
[0009] 根据所述待测管道的弯曲曲率，获取所述待测管道的弯曲应变。
[0010] 可选的，所述三维路径具体为：
[0011] v(s) = [x(s), y(s), z (s)]公式（1)
[0012] 其中，v(s)用于表征所述三维路径，s为选取中心线的距离。
[0013] 可选的，所述根据所述三维路径，获取时间向量与三维坐标系中的每一个坐标轴 的对应关系，具体为：
[0014] 若时间向量用t表示，且t与三维坐标系中的xy平面之间的角度为P，t与三维坐 标系中的yz平面之间的角度为A，则t与每一个坐标轴的对应关系为：
[0015] tx = cosPsinA
[0016] ty = cosPcosA 公式（2)
[0017] tz = sinP〇
[0018] 可选的，所述根据曲面计算模型和所述对应关系，获取所述待测管道的弯曲曲率， 具体为：
[0019] 根据曲面计算模型和所述对应关系，获取所述待测管道的总曲率、所述待测管道 的垂直曲率和所述待测管道的水平曲率。
[0020] 可选的，所述根据曲面计算模型和所述对应关系，获取所述待测管道的总曲率、所 述待测管道的垂直曲率和所述待测管道的水平曲率，具体为：
[0021] 根据三维坐标系中总曲率为k(s) = dt/ds，确定曲率与三维坐标系中的三个平面 的对应关系为：
[0022] kx = dtx/ds ；ky = dty/ds ；kz = dtz/ds 公式（3)
[0023]
【权利要求】
1. 一种管道弯曲应变的获取方法，其特征在于，包括： 获取管道测绘装置通过待测管道的三维路径； 根据所述三维路径，获取时间向量与三维坐标系中的每一个坐标轴的对应关系，其中， 所述三维路径为所述三维坐标系中的曲线； 根据曲面计算模型和所述对应关系，获取所述待测管道的弯曲曲率； 根据所述待测管道的弯曲曲率，获取所述待测管道的弯曲应变。
2. 如权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述三维路径具体为： v(s) = [x(s), y(s), z(s)]公式（1) 其中，v(s)用于表征所述三维路径，s为选取中心线的距离。
3. 如权利要求2所述的获取方法，其特征在于，所述根据所述三维路径，获取时间向量 与三维坐标系中的每一个坐标轴的对应关系，具体为： 若时间向量用t表示，且t与三维坐标系中的xy平面之间的角度为P，t与三维坐标系 中的yz平面之间的角度为A，则t与每一个坐标轴的对应关系为： tx = cosPsinA ty = cosPcosA 公式（2) tz = sinP〇
4. 如权利要求3所述的获取方法，其特征在于，所述根据曲面计算模型和所述对应关 系，获取所述待测管道的弯曲曲率，具体为： 根据曲面计算模型和所述对应关系，获取所述待测管道的总曲率、所述待测管道的垂 直曲率和所述待测管道的水平曲率。
5. 如权利要求4所述的获取方法，其特征在于，所述根据曲面计算模型和所述对应关 系，获取所述待测管道的总曲率、所述待测管道的垂直曲率和所述待测管道的水平曲率，具 体为： 根据三维坐标系中总曲率为k(s) = dt/ds，确定曲率与三维坐标系中的三个平面的对 应关系为： kx = dtx/ds ；ky = dty/ds ；kz = dtz/ds 公式（3)
公式（4) 将公式⑵代入公式（3)和公式⑷中，获取所述待测管道的总曲率为：
，所述待测管道的垂直曲率为kv = -dP/ds和所述待测管 道的水平曲率为kh = _(dA/ds)cosP。
6. 如权利要求5所述的获取方法，其特征在于，所述根据所述待测管道的弯曲曲率，获 取所述待测管道的弯曲应变，具体包括： 根据弯曲曲率与弯曲应变的关系模型和所述待测管道的弯曲曲率，确定所述待测管道 的总弯曲应变为ε = kD/2、所述待测管道的水平弯曲应变为ε h = khD/2和所述待测管道 的垂直弯曲应变为ε v = kvD/2。
7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述获取所述待测管道的弯曲应变之后， 所述方法还包括： 根据所述管道的弯曲应变，获取所述管道表面上任意一点所受的弯曲应变应ε (α) 为： ε ( α ) = ε vcos α + ε hsin α 其中，α为管道截面的顺时针角度。
8. -种管道弯曲应变的测量设备，其特征在于，包括： 三维路径获取单元，用于获取管道测绘装置通过待测管道的三维路径； 对应关系获取单元，用于根据所述三维路径，获取时间向量与三维坐标系中的每一个 坐标轴的对应关系，其中，所述三维路径为所述三维坐标系中的曲线； 弯曲曲率获取单元，用于根据曲面计算模型和所述对应关系，获取所述待测管道的弯 曲曲率； 弯曲应变获取单元，用于根据所述待测管道的弯曲曲率，获取所述待测管道的弯曲应 变。
【文档编号】G01B21/32GK104296717SQ201410513455
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】李睿, 冯庆善, 陈朋超, 张海亮, 赵晓明, 韩小明, 刘成海, 燕冰川 申请人:中国石油天然气股份有限公司