管线穿越河流的相似材料模拟实验装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种管线穿越河流的相似材料模拟实验装置，包括水循环系统、介质循环系统、模拟箱和数据采集系统；模拟箱的底部设置有用河沙铺设的模拟河床，模拟河床的两侧设置有边坡；介质循环系统包括介质箱、介质管和介质泵，介质管一端与介质泵连接，从介质箱中伸出进入模拟箱中埋设在河沙下面，穿过边坡和模拟河床，然后穿出模拟箱回到介质箱；水循环系统包括水箱、水泵、至少一根进水管和出水管，进水管将水从水箱输入到模拟箱中，并且水在模拟箱中的流向与模拟河床的延伸方向一致，出水管连接水箱和模拟箱使得水从模拟箱流回水箱中形成水循环系统；数据采集系统包括若干测试探头、数据传输线和数据采集仪。
【专利说明】
管线穿越河流的相似材料模拟实验装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种相似材料模拟实验装置，具体涉及一种管线穿越河流的相似材料模拟实验装置。【背景技术】
[0002]河底、海底管道(尤其是用于输送油气的管道)工作环境恶劣，一旦管壁上产生过大的缺陷则有可能导致管道的破损、泄漏，后果严重。为了避免这一情况的发生，需要定期不定期地对管道进行检测，以期尽早地发现缺陷、及时修补或更换缺陷管道。
[0003]相似实验模拟是一种建立在相似理论基础上，用放大或缩小的相似模型去研究对应原型的力学运动以及其他相关特性的实验方法。目前，公知的相似材料模拟实验装置多为由边框架、实验机台、侧向支梁等结构构成的二维或三维实验装置，大多用于矿山开采后地层运动变形领域及地应力实时检测的研究，其效果显著。但是穿越河流的长输管道的相似材料模拟实验的研究却较少。
[0004]目前国内外对长输管道穿河段的检测大多采用管道的外检测技术，即将检测设备放在管道外部或河面上，了解管道情况，这类方法虽然能够实现不开挖，不影响正常工作的情况下对穿河管道进行检测，属于间接管道检测，但是存在现场检测环境复杂、检测设备成本极高，得到的检测数据与实际数据误差较大等问题。【实用新型内容】
[0005]本实用新型旨在提供一种结构简单、操作简便、可模拟监测河床下管道位移与应力变化的管线穿越河流的相似材料模拟实验装置。
[0006]为此，本实用新型所采用的技术方案为:一种管线穿越河流的相似材料模拟实验装置，包括水循环系统、介质循环系统、模拟箱和数据采集系统;所述模拟箱的底部设置有用河沙铺设的模拟河床，所述模拟河床的两侧设置有用河沙铺设而成的边坡，边坡与中间的模拟河床形成凹槽状;所述介质循环系统包括介质箱、介质管和在介质箱中的介质栗，所述介质管一端与介质栗连接，从介质箱中伸出进入模拟箱中埋设在河沙下面，穿过边坡和模拟河床，然后穿出模拟箱回到介质箱形成一个循环系统，介质管在模拟箱中能发生位移； 所述水循环系统包括水箱、在水箱中的水栗、至少一根进水管和出水管，进水管的一端与水栗连接，将水从水箱输入到模拟箱中，并且水在模拟箱中的流向与模拟河床的延伸方向一致，出水管连接水箱和模拟箱使得水从模拟箱流回水箱中形成水循环系统;所述数据采集系统包括若干测试探头、数据传输线和数据采集仪，所述测试探头埋设在模拟箱中介质管的正下方和两侧的河沙中，数据传输线连接测试探头与模拟箱外的数据采集仪。
[0007]作为优选地，所述模拟箱上供介质管通过的孔内装有软环，且软环套在介质管外。 软环一方面可以起到一定的密封作用，防止河沙往外漏，另一方面使得介质管在水流作用下能够发生位移模拟管道穿河段在河床中的位移和应力等变化。
[0008]作为优选地，所述模拟箱的侧壁为透明材质，方便观察模拟箱中的情况。
[0009]作为优选地，所述进水管、出水管与水箱、模拟箱的连接为螺纹环连接，方便组装和拆卸。
[0010]作为优选地，所述进水管上设置有流量表和阀门，所述出水管上设置有阀门，在实验时通过阀门来调节流量模拟实际河流中的水流等参数。进水管为多根且在不同高度进入模拟箱，可以控制上下层水流速度，更真实地模拟实际河流情况，使得检测数据更真实。
[0011]作为优选地，所述介质管上设置有压力表和阀门，可以控制介质管中液体流速等， 模拟现场的不同情况。
[0012]作为优选地，所述水箱上设置有注水孔、水位观察孔，方便往水箱中注水和观察水箱中的水量。
[0013]作为优选地，所述介质箱上设置有注入孔和观察孔，方便注入液体介质和观察液体介质量。
[0014]作为优选地，所述测试探头为应力和位移测试探头，可以同时检测介质管的位移和应力的实时变化。
[0015]作为优选地，所述水箱、介质箱、模拟箱由下往上依次叠加而成，使得整个装置次序整齐、美观，使用方便，且通过紧固螺栓固定连接，防止实验过程中各部件松动带来安全隐患以及造成实验结果的不准确。
[0016]本实用新型的有益效果是:结构简单、操作简便、实验结果准确、系统误差小、能够实时监测河流下管线整体或局部的位移和应力实时变化，将相似材料模拟实验装置应用在石油等穿河管线领域，解决了穿河管线所存在的“突变点”监测不到的技术难题、以及现有外管道检测技术中存在的结果不全面、不准确等问题。【附图说明】[0〇17]图1是本实用新型结构不意图。
[0018]图2是本实用新型的水箱结构示意图。
[0019]图3是本实用新型的介质箱结构示意图。【具体实施方式】
[0020]下面通过实施例并结合附图，对本实用新型作进一步说明:
[0021]如图1-3所示，一种管线穿越河流的相似材料模拟实验装置，主要由水循环系统1、 介质循环系统2、模拟箱3和数据采集系统4组成。模拟箱3的底部设置有用河沙铺设的模拟河床31，模拟河床31的两侧设置有用河沙铺设而成的边坡32,边坡32与中间的模拟河床31 形成凹槽状;介质循环系统2包括介质箱21、介质管22和在介质箱中的介质栗23,介质管22 一端与介质栗23连接，从介质箱21中伸出进入模拟箱3中埋设在河沙下面，穿过边坡32和模拟河床31，然后穿出模拟箱3回到介质箱21形成一个循环系统，介质管22在模拟箱3中能发生位移;模拟箱3上供介质管22通过的孔内装有软环24，且软环24套在介质管22外，软环24 一方面可以防止河沙往外漏，另一方面也对介质管22起到一定的支撑作用，却不阻碍介质管22在水流的作用下发生的位移。模拟箱3的侧壁为透明材质，使得可以方便观察箱内情况。介质管22上设置有压力表和阀门，可以控制介质管中液体(比如石油)流速等，模拟现场的不同情况。介质箱21上还设置有注入孔和观察孔。
[0022]水循环系统1包括水箱11、在水箱中的水栗12、至少一根进水管13和出水管14,进水管13的一端与水栗12连接，将水从水箱11输入到模拟箱3中，并且水在模拟箱3中的流向与模拟河床31的延伸方向一致，出水管14连接水箱11和模拟箱3使得水从模拟箱3流回水箱 11中形成水循环系统。进水管13、出水管14与水箱11、模拟箱3的连接为螺纹环连接，方便组装和拆卸。进水管13上设置有流量表和阀门，出水管14上设置有阀门，方便调节水流，模拟不同的现场情况;进水管13为2根且在不同高度进入模拟箱3中，可以控制上下层水流速度， 更真实地模拟实际河流情况，使得检测数据更真实。水箱11上还设置有注水孔、水位观察孔。
[0023]水箱11、介质箱21、模拟箱3由下往上依次叠加而成，且通过紧固螺栓固定连接。 [〇〇24]数据采集系统4包括若干测试探头41、数据传输线42和数据采集仪43。测试探头41 埋设在模拟箱3中介质管22的正下方和两侧的河沙中，测试探头41的数量、埋深根据现场实际情况需要进行模拟。数据传输线42连接测试探头41与模拟箱3外的数据采集仪43。测试探头41为应力和位移测试探头，可以实时监测介质管22的位移和应力变化。
[0025]本装置可以用于穿河石油管道的应力和位移等实时模拟检测，使用时，将实时应力和位移测试探头埋设在相似材料模拟装置中输油管线(即介质管22)下方和两侧的河沙中，与数据采集仪和计算机相连接，能够监测河床下管线整体或局部应力和位移的实时变化，根据应变疲劳的破坏机制，得到管道疲劳损伤劣化趋势，计算管线整体或局部累计疲劳损伤程度，为穿越河流管线的疲劳剩余寿命的预测奠定基础。
【主权项】
1.一种管线穿越河流的相似材料模拟实验装置，其特征在于:包括水循环系统(1)、介 质循环系统(2)、模拟箱(3)和数据采集系统(4);所述模拟箱(3)的底部设置有用河沙铺设 的模拟河床(31)，所述模拟河床(31)的两侧设置有用河沙铺设而成的边坡(32)，边坡(32) 与中间的模拟河床(31)形成凹槽状;所述介质循环系统(2)包括介质箱(21)、介质管(22)和 在介质箱中的介质栗(23)，所述介质管(22)—端与介质栗(23)连接，从介质箱(21)中伸出 进入模拟箱(3)中埋设在河沙下面，穿过边坡(32)和模拟河床(31)，然后穿出模拟箱(3)回 到介质箱(21)形成一个循环系统，介质管(22)在模拟箱(3)中能发生位移;所述水循环系统(I)包括水箱(11)、在水箱中的水栗(12)、至少一根进水管(13)和出水管(14)，进水管(13) 的一端与水栗(12)连接，将水从水箱(11)输入到模拟箱(3)中，并且水在模拟箱(3)中的流 向与模拟河床(31)的延伸方向一致，出水管(14)连接水箱(11)和模拟箱(3)使得水从模拟 箱(3)流回水箱(11)中形成水循环系统;所述数据采集系统(4)包括若干测试探头(41)、数 据传输线(42)和数据采集仪(43)，所述测试探头(41)埋设在模拟箱(3)中介质管(22)的正 下方和两侧的河沙中，数据传输线(42)连接测试探头(41)与模拟箱(3)外的数据采集仪 (43)〇2.如权利要求1所述的管线穿越河流的相似材料模拟实验装置，其特征在于:所述模拟 箱(3)上供介质管(22)通过的孔内装有软环(24)，且软环(24)套在介质管(22)外。3.如权利要求1所述的管线穿越河流的相似材料模拟实验装置，其特征在于:所述模拟 箱(3)的侧壁为透明材质。4.如权利要求1所述的管线穿越河流的相似材料模拟实验装置，其特征在于:所述进水 管(13)、出水管(14)与水箱(11)、模拟箱(3)的连接为螺纹环连接。5.如权利要求1所述的管线穿越河流的相似材料模拟实验装置，其特征在于:所述进水 管(13)上设置有流量表和阀门，所述出水管(14)上设置有阀门，进水管(13)为多根且在不 同高度进入模拟箱(3)。6.如权利要求1所述的管线穿越河流的相似材料模拟实验装置，其特征在于:所述介质 管(22)上设置有压力表和阀门。7.如权利要求1所述的管线穿越河流的相似材料模拟实验装置，其特征在于:所述水箱(II)上设置有注水孔、水位观察孔。8.如权利要求1所述的管线穿越河流的相似材料模拟实验装置，其特征在于:所述介质 箱(21)上设置有注入孔和观察孔。9.如权利要求1所述的管线穿越河流的相似材料模拟实验装置，其特征在于:所述测试 探头(41)为应力和位移测试探头。10.如权利要求1所述的管线穿越河流的相似材料模拟实验装置，其特征在于:所述水 箱(11)、介质箱(21)、模拟箱(3)由下往上依次叠加而成，且通过紧固螺栓固定连接。
【文档编号】G01D21/02GK205619966SQ201620426598
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】吴庆伟
【申请人】吴庆伟