[发明专利]一种测试管材抗外压压溃性能的试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种测试管材抗外压压溃性能的试验装置，包括测试腔、压力囊、恒温装置、加压装置、监测装置、试样和试样夹具；测试腔为两端开口的中空管状，压力囊沿测试腔的内壁设置一周，压力囊的中间形成长条形空间，试样设置在长条形空间内，试样夹具设置在试样两端；恒温装置连接试样夹具，加压装置连接压力囊，监测装置连接试样夹具。本发明的试验装置简单、可靠、安全性高，无需复杂的密封装置，高压流体始终处于受限状态；试验现场整洁，无需辅助的排水系统。

技术领域

本发明属于压力测试领域，特别涉及一种测试管材抗外压压溃性能的试验装置及方法。

背景技术

非金属管成为油田地面集输管网防腐的重要解决方案之一，现已广泛应用于采油、采气、集输、注水等工程中。当前地面油田集输管网中用量最大的有：玻璃钢管、塑料合金复合管、钢骨架复合管和柔性复合管。尽管非金属管具有诸多优点，但是由于基体高分子材料的强度较低以及增强结构的设计以承载内压为主，因此非金属管的抗外部压力性能显著低于金属管道。为了在避免施工和服役过程中车辆、工具、覆盖土层等对管道造成破坏，需要获得管材抗外压压溃的性能参数。此外，在海洋油气开发工程中普遍采用的柔性立管、以及井下作业的非金属管还需要承载外部流体压力。由此可见测试非金属管的抗外压性能，对于管道设计、运输、铺设、运行等各环节都具有重要的意义。

目前地面油田用非金属管材普遍采用受压开裂稳定性测试，其试验方法同GB/T9647规定的环刚度测试相似，都是采用平行板匀速挤压管段试样，这类实验室小型试验虽然可以获得外部载荷与管道变形的关系，但是加载方式和试样状态同实际情况差别很大。ASTM D2924中规定了管材外部压力的实物实验方法，是通过将管材试样密封在一个测试腔内，通过向测试腔内注水不断增加管道外部的压力，直至管道发生压溃失效。这种方法的优点是加载方式和试样状态模拟了实际情况，但其不足之处在于：测试腔需要复杂的密封设计(尤其是当试样长度大，需要采用两端开放式的测试腔结构时)；试样测试部分被加压液体(水)所浸没，使得对试样外壁进行应变测量(应变片)十分困难；试验过程中，如果测试腔密封不良或腔体出现失效，测试腔内的高压水喷溅可能造成事故；试验结束后，拆除试样时测试腔中的水将流淌在试验区域，造成现场不整洁而且可能引发电器短路，需要辅助的排水设施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测试管材抗外压压溃性能的试验装置及方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种测试管材抗外压压溃性能的试验装置，包括测试腔、压力囊、恒温装置、加压装置、监测装置、试样和试样夹具；测试腔为两端开口的中空管状，压力囊沿测试腔的内壁设置一周，压力囊的中间形成长条形空间，试样设置在长条形空间内，试样夹具设置在试样两端；恒温装置连接试样夹具，加压装置连接压力囊，监测装置连接试样夹具。

进一步的，恒温装置包括控温水箱、循环泵、第一阀门和第二阀门，控温水箱的两端分别通过水管连接到试样夹具，且与试样连通形成循环水路，与两端试样夹具连接处的水管上分别设置有第一阀门和第二阀门，控温水箱侧面串联有循环泵。

进一步的，加压装置包括增压泵、水箱、第一压力传感器和第三阀门；水箱通过水管连接压力囊，增压泵设置在水箱和压力囊之间；增压泵和压力囊之间的水管上设置有第一压力传感器，设置第一压力传感器的位置与水箱之间设置有连通管，第三阀门设置在连通管上。

进一步的，检测装置包括第二压力传感器、流量计、计算器和第四阀门；试样夹具上设置有与试样连通的监测水管，流量计和第二压力传感器均设置在监测水管上，第四阀门安装在流量计上；第一压力传感器、流量计、第二压力传感器和增压泵均连接到计算机。

进一步的，测试腔的两端均设置有限位夹具、O形圈和固定夹具，限位夹具和固定夹具均为环形，限位夹具的外壁与测试腔的内壁螺纹配合连接，固定夹具的外壁与限位夹具的内壁螺纹配合连接，O形圈设置在限位夹具和固定夹具之间；O形圈和固定夹具的内径与试样的大小匹配。