一种页岩气管道应力检测装置及方法与流程

本发明涉及页岩气管道应力检测设备，具体涉及一种页岩气管道应力检测装置及方法。

背景技术：

1、管道在生产和服役中受到高温和高压介质的影响，特别是山区页岩气管道，由于其不可避免的布置在地质灾害高发区容易发生地表变形，且途径地形高低起伏、落差大，这些因素将导致山区页岩气管道极易出现布局应力集中现象，直接导致局部的变形，结构强度的降低，同时会进一步地发展为微小缺陷严重降低山区页岩气管道的寿命，最终导致山区页岩气管道失效，产生巨大的安全事故。

2、现有技术在对管道进行安装之前都需要对管道进行应力检测，且现有技术通常采用的检测方式为软件测试，将各种参数放到模拟软件中然后在进行模拟测试，但是在施工现场难以利用软件对管道进行应力模拟检测，现有技术难以满足页岩气管道施工时的现场应力检测需求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种页岩气管道应力检测装置及方法，使用方便，检测效率高，能够满足页岩气管道施工时的现场应力检测需求。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一、一种页岩气管道应力检测装置

4、本发明提供了一种页岩气管道应力检测装置，包括：两个对称设置的外固定套1，且外固定套1由两个半圆形固定套通过螺栓连接组成，进而套设于待测管道外壁，所述外固定套1的外壁沿周向均匀设有多个桥板3，且所述桥板3的中部沿待测管道径向方向滑动穿设有压力结构4，所述外固定套1沿平行于待测管道轴向方向滑动穿设有测力结构5；所述压力结构4沿径向压紧所述待测管道外壁，所述测力结构5沿轴向平行紧贴所述待测管道外壁。

5、优选的，所述压力结构4包括内固定环2，所述内固定环2与桥板3固定连接，且所述内固定环2的中部滑动连接有施力板400，所述施力板400的外壁沿垂直于待测管道轴向方向开设有安装槽401，且所述安装槽401的内部安装有测力柱402，且所述测力柱402的一端与桥板3相连，另一端与安装槽401的内部顶端相连。

6、优选的，所述施力板400的外壁沿平行于待测管道轴向方向开设有调节窗口403，且所述调节窗口403底端设有倾斜面，所述内固定环2的外部还设有调节齿环406，且所述调节齿环406通过调节窗口403穿过施力板400，所述内固定环2的外壁上固定连接有驱动电机408，且所述驱动电机408的输出轴连接有齿轮410，且所述齿轮410与调节齿环406的内壁啮合。

7、优选的，所述调节齿环406的内壁上固定连接有多个压块409，所述压块409用于推动调节窗口403底端的倾斜面并带动施力板400向压紧所述待测管道的方向移动。

8、优选的，所述施力板400的顶部滑动穿设有复位杆404，所述复位杆404的外圈套设有复位弹簧405，所述复位杆404位于施力板400内部的一端固定连接有滑块411，且所述复位杆404通过滑块411与调节齿环406滑动连接，所述调节齿环406中部开设有滑动窗口407，且所述滑块411沿所述滑动窗口407滑动。

9、优选的，所述测力结构5包括测力板500，所述测力板500的两端沿平行于待测管道轴向方向分别从两个外固定套1的侧壁穿出，且所述测力板500与外固定套1滑动连接。

10、优选的，所述两个外固定套1的侧壁均开设有过渡窗口，所述测力板500的两端分别从两个过渡窗口穿出，且所述过渡窗口内壁与测力板500之间设有多个辅助滚球；所述测力板500采用弹性材料制成。

11、优选的，所述测力板500中部开设有用于施力板400穿过的对接窗口501，所述测力板500穿出外固定套1的部分沿平行于待测管道轴向方向开设有滑动口502，所述滑动口502内部滑动穿设有计量板504，且所述计量板504上设有刻度线；

12、所述测力板500穿出外固定套1的部分还套设有滑板505和测力弹簧506，所述滑板505与对应的外固定套1侧壁固定连接，所述测力弹簧506一端与对应的滑板505固定连接，另一端与对应的测力板500固定连接，且所述滑板505与对应的测力板500滑动连接。

13、二、一种页岩气管道应力检测方法

14、基于同一发明构思，本发明还提供了一种页岩气管道应力检测方法，基于如上所述的页岩气管道应力检测装置，主要包括如下步骤：

15、s1，将两个外固定套1对称套设在待测管道外壁，使外固定套1的对称中心与待测管道的测量点中心重合；

16、s2，开启驱动电机408带动调节齿环406转动，调节齿环406转动时带动压块409沿待测管道径向方向向内推动施力板400，使施力板400压紧待测管道外壁；

17、s3，通过测力柱402读取施力板400向待测管道外壁施加的压力；

18、s4，对待测管道施加弯曲力矩，使测力板500随待测管道外壁一起弯曲；

19、s5，测力板500相对过渡窗口滑动，并挤压相连的测力弹簧506，使测力弹簧506相对计量板504移动；

20、s6，通过测力弹簧506端部对应计量板504上刻度线的位置，读取待测管道承受的弯曲力矩；

21、s7，根据读取的所述压力和弯曲力矩，换算出待测管道承受的应力。

22、进一步的，所述计量板504上刻度线的单位力矩m0满足下式：

23、

24、式中，l为待测管道弯曲部分的总长度，ei为待测管道的转动刚度，h为计量板的总长度，l为测力板的总长度，n为刻度线的总数量，c为与待测管道材质相关的修正系数。

25、本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

26、1、本发明提出了一种页岩气管道应力检测装置，可直接在施工现场将两个外固定套套设在管道的外部，然后开启驱动电机带动调节齿环转动，调节齿环转动时会带动压块一起移动，压块向调节窗口内移动的过程中压块会推动施力板向管道的表面移动，从而利用施力板对管道的外壁进行挤压，而施力板向管道表面移动的过程中施力板会挤压测力柱，从而使测力柱显示出施力板向管道表面施加的压力；

27、3、本发明使用时，当对管道进行弯折时测力板便会在过渡窗口内滑动，测力板滑动时会挤压测力弹簧，在测力弹簧被挤压时计量板表面的刻度会被展示出来，从而展示出弯折时的弯折力度，通过上述方式即可对管道的应力进行检测；

28、4、本发明提出了一种页岩气管道应力检测方法，通过测力柱和计量板直接读取待测管道外壁承受的压力和弯曲力矩，进而换算出待测管道承受的应力，能够实现高效、快捷的管道应力，且测量步骤无需利用额外软件系统，能够满足页岩气管道施工时的现场应力检测需求。

技术特征：

1.一种页岩气管道应力检测装置，套设于待测管道外壁，其特征在于：包括两个对称设置的外固定套(1)，且所述外固定套(1)由两个半圆形固定套通过螺栓连接组成，进而套设于待测管道外壁，所述外固定套(1)的外壁沿周向均匀设有多个桥板(3)，且所述桥板(3)的中部沿待测管道径向方向滑动穿设有压力结构(4)，所述外固定套(1)沿平行于待测管道轴向方向滑动穿设有测力结构(5)；所述压力结构(4)沿径向压紧所述待测管道外壁，所述测力结构(5)沿轴向平行紧贴所述待测管道外壁。

2.根据权利要求1所述的一种页岩气管道应力检测装置，其特征在于，所述压力结构(4)包括内固定环(2)，所述内固定环(2)与桥板(3)固定连接，且所述内固定环(2)的中部滑动连接有施力板(400)，所述施力板(400)的外壁沿垂直于待测管道轴向方向开设有安装槽(401)，且所述安装槽(401)的内部安装有测力柱(402)，且所述测力柱(402)的一端与桥板(3)相连，另一端与安装槽(401)的内部顶端相连。

3.根据权利要求2所述的一种页岩气管道应力检测装置，其特征在于，所述施力板(400)的外壁沿平行于待测管道轴向方向开设有调节窗口(403)，且所述调节窗口(403)底端设有倾斜面，所述内固定环(2)的外部还设有调节齿环(406)，且所述调节齿环(406)通过调节窗口(403)穿过施力板(400)，所述内固定环(2)的外壁上固定连接有驱动电机(408)，且所述驱动电机(408)的输出轴连接有齿轮(410)，且所述齿轮(410)与调节齿环(406)的内壁啮合。

4.根据权利要求3所述的一种页岩气管道应力检测装置，其特征在于，所述调节齿环(406)的内壁上固定连接有多个压块(409)，所述压块(409)用于推动调节窗口(403)底端的倾斜面并带动施力板(400)向压紧所述待测管道的方向移动。

5.根据权利要求2所述的一种页岩气管道应力检测装置，其特征在于，所述施力板(400)的顶部滑动穿设有复位杆(404)，所述复位杆(404)的外圈套设有复位弹簧(405)，所述复位杆(404)位于施力板(400)内部的一端固定连接有滑块(411)，且所述复位杆(404)通过滑块(411)与调节齿环(406)滑动连接，所述调节齿环(406)中部开设有滑动窗口(407)，且所述滑块(411)沿所述滑动窗口(407)滑动。

6.根据权利要求1所述的一种页岩气管道应力检测装置，其特征在于，所述测力结构(5)包括测力板(500)，所述测力板(500)的两端沿平行于待测管道轴向方向分别从两个外固定套(1)的侧壁穿出，且所述测力板(500)与外固定套(1)滑动连接。

7.根据权利要求6所述的一种页岩气管道应力检测装置，其特征在于，所述两个外固定套(1)的侧壁均开设有过渡窗口，所述测力板(500)的两端分别从两个过渡窗口穿出，且所述过渡窗口内壁与测力板(500)之间设有多个辅助滚球；所述测力板(500)采用弹性材料制成。

8.根据权利要求6所述的一种页岩气管道应力检测装置，其特征在于，所述测力板(500)中部开设有用于施力板(400)穿过的对接窗口(501)，所述测力板(500)穿出外固定套(1)的部分沿平行于待测管道轴向方向开设有滑动口(502)，所述滑动口(502)内部滑动穿设有计量板(504)，且所述计量板(504)上设有刻度线；

9.一种页岩气管道应力检测方法，基于权利要求1至8中任意一项所述的页岩气管道应力检测装置，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种页岩气管道应力检测方法，其特征在于，所述计量板(504)上刻度线的单位力矩m0满足下式：

技术总结
本发明涉及页岩气管道应力检测设备技术领域，具体涉及一种页岩气管道应力检测装置及方法。包括两个外固定套，所述外固定套的外壁上固定连接有若干桥板，且所述桥板的内部均滑动连接有压力结构。本发明可直接在施工现场将两个外固定套套设在管道的外部，当压块向调节窗口内移动的过程中压块会推动施力板向管道的表面移动，从而利用施力板对管道的外壁进行挤压，然后通过测力柱显示出施力板向管道表面施加的压力，当对管道进行弯折时测力板便会在过渡窗口内滑动，测力板滑动时会挤压测力弹簧，在测力弹簧被挤压时计量板表面的刻度会被展示出来，从而展示出弯折时的弯折力度，通过上述方式即可对管道的应力进行检测。

技术研发人员：俞徐林,万昊,褚洪金,宋军备,朱党辉,张忱,王房杰,王克文,梁艳,黄祥峰,曾强
受保护的技术使用者：中石化石油工程技术服务股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21