[发明专利]一种高压管道甩击装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压管道甩击装置，具体涉及一种压力管道在内部高压气体外泄反冲作用下甩动撞击另一管道的动态试验测试装置，属于动力学试验技术领域。

背景技术

管道广泛运用于核电站、石油化工、煤气及民用建筑等重要产业部门，负责大量输送高能量（高温、高压）液体和气体，压力管网已构成这些产业部门的动脉。然而由于各种意外事故，物体撞击或爆炸后产生的碎片冲击，使压力管道局部发生破裂，会造成内部高压的液体或气体外泄。小范围高压液体或气体外漏可能会造成环境污染，大范围泄漏甚至会产生爆炸和火灾，造成生命财产的巨大损失。管道断裂后的连锁反应一方面是由于泄漏液体或气体发生爆炸或火灾引起更大范围的破坏，另一方面管道断裂后在其内部压力释放过程中产生较大反冲作用力使管道发生甩动，从而撞击周围管道，引发其他管道的二次破坏，造成更大范围地灾难。可见，高压管道受侧向冲击破坏及其断裂后在高压气体或流体反冲作用下的甩动后撞击其他管道的连续动力响应的研究，对于安全生产有着十分重要的工程背景，管道甩击方面的研究也成为工程界与力学界的研究热点之一。

随着广大学者的多年研究，管道甩击的塑性动力响应的研究已经取得了一些进展，其中大部分研究着眼于圆管在子弹及落锤冲击作用下的动态响应，而对于管道甩击方面主要从理论与有限元仿真方面进行了一些研究，实验方面的研究少之又少。同时管道甩击问题中仍有很多问题值得探讨，如圆管甩动时局部凹陷的发展及其影响，高压管道甩击对周围管道的破坏程度等。由于在该问题中，两个变形体之间的碰撞将带来很多的耦合效应，使得分析更加复杂并可能出现一些特殊现象。而且管道与管道之间的撞击问题又是一个非常有实际应用前景的研究方向，因此有必要研制一套更符合实际的压力管道甩击相邻管道的动态测试装置，进一步对压力管道甩动中可能发生的冲击动力学问题进行研究，分析压力管道甩动撞击圆管的动力特征，研究压力管道甩击的破坏程度及连锁反应，从而有效避免压力管道甩击事故的发生或减缓其造成的损失。

发明内容

本发明目的是提供一种高压管道甩击装置，对高压管道断裂后甩动过程中可能发生的管与管的相撞现象进行模拟以及实时监测，为压力管道甩击的动力响应研究提供实验条件，以有效评估压力管道甩动的破坏效果。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高压管道甩击装置，包括主动管、从动管、支承装置、空气压缩机、释放装置、测量装置，其特征在于：所述主动管两端分别连接支承装置与释放装置，主动管为圆管，主动管与释放装置连接的端部设有直角喷头，空气压缩机一端与支承装置铰接，从动管两端通过支承装置固定，从动管与主动管呈正交，测量装置分散于主动管、从动管两侧；

所述支承装置包括槽钢平台、主动管固定支座、夹具、螺栓、轴承、辊轴、从动管固定支座、导轨；所述主动管端部设有辊轴，辊轴嵌入轴承中与主动管固定支座铰接；从动管两端通过夹具与螺栓固定在从动管固定支座上，主动管固定支座、从动管固定支座通过螺栓固定在槽钢平台上，槽钢平台上设有螺栓槽；导轨通过导轨支架和螺栓固定在槽钢平台上；

主动管铰支端连接空气压缩机，空气压缩机由高压电磁阀控制气体释放，主动管另一端通过释放装置连接导轨顶端；

所述释放装置包括弹簧、滚珠、内滑块、绳索、外套筒、中套筒，所述外套筒、中套筒为U型槽结构，外套筒、中套筒、内滑块从外到内相嵌并可以相对滑动，外套筒与中套筒顶部通过弹簧连接，中套筒与内滑块通过滚珠固定连接，两个滚珠分别位于中套筒两端中心位置，外套筒上端通过绳索连接导轨顶端，内滑块下端通过绳索连接主动管端部，外套筒内侧两端分别设有凹槽，凹槽位于中套筒滚珠下方；

所述测量装置包括高速摄像仪、应变片、动态应变仪、示波器、激光测速器，可分布于槽钢平台周围，用于记录撞击结果数据；其中激光测速器位于水平主动管两侧，与从动管上表面高度相同，用以记录撞击时主动管的冲击速度；高速摄像机位于从动管外侧，用以记录撞击过程从动管的变形情况；从动管中部上方及侧面均贴有应变片，应变片连接动态应变仪与示波器，可以测量破坏位置周围的应变，从而进一步分析破坏程度。

上述方案中，所述螺栓槽平行设置在槽钢平台上，且贯通槽钢平台，相邻螺栓槽之间的距离相等，能在任意位置处通过螺栓固定主动管旋转底座与从动管固定支座，从而实现不同的固定管跨距、主动管甩动半径等。

上述方案中，所述主动管两端分别焊接两个短圆柱作为辊轴，辊轴嵌入两个固定于主动管固定支座的圆柱轴承中实现铰接。

上述方案中，所述主动管与空气压缩机之间设有可弯塑料波纹管。