[发明专利]用于高压输气金属管气压爆破试验的模型试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高压输气金属管气压爆破试验的模型试验装置及方法，属于气 体液体高压管道输送工程的技术与安全领域。

背景技术

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。研究表明，结构性止裂控制是输气金属管道延性止 裂的有效控制方法，而高压金属管爆破试验是研究结构性止裂控制的重要手段。

高压输气管道气压爆破全尺寸原型试验需耗费大量的人力、物力和财力，且对试验 环境和场地的要求非常严格和苛刻，试验一旦失误将造成重大损失。为确保全尺寸原型 试验的成功、降低试验成本，应开展基于原型试验的小规模模型试验。本发明提出模型 试验的方法和流程，针对相关动态参数进行试验测试，获得的管内减压波、裂纹起裂与 扩展，以及管外冲击波压力场、管外地震波振动场等参量测试和形成的测试方法与步骤， 对于模型试验设计提供一种重要方法，对原型试验设计和结果分析也具有参考作用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种用于高压输气金属管 气压爆破试验的模型试验装置及方法，通过小模型测试金属管气压爆破各种力学性能， 对全尺寸的原型进行指导，节约人力物力，也提高了安全性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种用于高压输气金属管气压爆破试验 的模型试验装置，包括金属管、时间探针单元和将动态信号采集系统，所述金属管的两 端安装有封闭金属管的堵头，在金属管管壁上安装有若干个时间探针单元，在金属管的 中心安装有初始裂缝引入装置，在金属管一端安装有压力传感器，在金属管另一端安装 有温度传感器，金属管还与加压系统连接；在地面上设有若干个自由场压力传感器和地 面振动传感器，在垂直金属管轴线方向上安装有高速摄影机，若干个时间探针单元、温 度传感器、压力传感器和地面振动传感器分别通过信号屏蔽电缆与动态信号采集系统连 接，若干个自由场压力传感器通过低噪声同轴电缆与动态信号采集系统连接，动态信号 采集系统输出端与计算机连接。

作为优选，所述金属管位于地面上的管槽内，管槽通过两端的钢筋混泥土锚固器将 金属管固定，在管槽两侧地面上设有两组摩擦桩，柔性索缠绕金属管，柔性索的两端分 别固定在金属管两侧的摩擦桩上。

作为优选，在安装压力传感器的金属管截面外壁布置8个应变片，8个应变片分别 通过信号屏蔽电缆与动态信号采集系统连接。

作为优选，所述8个应变片沿金属管截面的22.5°、45°、90°、135°、225°、 270°、315°、337.5°分布，其中正对金属管顶部为0°，顺时针增大。

作为优选，所述自由场压力传感器有六个，分别在垂直金属管轴向和与轴向成45° 夹角的方向，距离起裂点5m、10m、15m位置布置。

作为优选，所述地面振动传感器有六个，分别在垂直金属管轴向和与轴向成45°夹 角的方向，距离起裂点10m、20m、30m位置布置。

作为优选，所述温度传感器位于金属管长度1/3处，压力传感器位于金属管长度1/4 处，压力传感器安装在偏离裂纹扩展线30°的截面位置。

作为优选，所述初始裂缝引入装置引入的初始裂纹长度必须大于2c，其中：