[发明专利]一种柔性内衬外压屈曲试验装置及方法

权利要求书

1.一种柔性内衬外压屈曲试验装置，其特征在于，包括用于形成环状密闭空间的密封系统、用于对柔性内衬施加水压荷载的加载系统以及用于对柔性内衬变形进行实时测量的测量系统，所述密封系统包括后背墙（1）、承压墙（13）、液压油缸（2）、左侧堵板（3）、右侧堵板（18）、套管（4）、第一锚固螺栓（12）、破损管道（5）、柔性内衬（7）及U形密封圈（11）；

所述液压油缸（2）通过螺柱连接固定于后背墙（1）上，液压油缸（2）的活塞杆末端与左侧堵板（3）连接；

所述右侧堵板（18）通过第一锚固螺栓（12）固定于承压墙（13）上；

所述左侧堵板（3）及右侧堵板（18）沿径向分别设置有多组环形安装槽（3-1），环形安装槽（3-1）内嵌套安装有用于密封的U形密封圈（11）；

所述左侧堵板（3）和右侧堵板（18）之间安装有套管（4）和带柔性内衬（7）的破损管道（5）；

所述破损管道（5）为带缺陷钢管，能够通过开孔或拉槽方式制造缺陷，并能够通过在破损管道（5）内表面涂覆不同粘结强度的粘接剂，以研究待测试的柔性内衬（7）与破损管道（5）界面粘结强度对柔性内衬（7）屈曲特性的影响；

所述柔性内衬（7）通过原位固化或热塑成型等方法形成，其长度为直径的6-7倍；

所述加载系统包括进水球阀（24）、排水球阀（19）、排气球阀（8）、多级泵（23）、压力表（9）、进水管（22）、排水管（21）及水槽（20）；

所述进水球阀（24）及排水球阀（19）设置于套管（4）的管底，而排气球阀（8）及压力表（9）设置于套管（4）的管顶；

所述进水球阀（24）通过进水管（22）与多级泵（23）连通，多级泵（23）通过进水管（22）与水槽（20）连通；

所述排水球阀（19）通过排水管（21）与水槽（20）连通；

所述测量系统包括PC终端（17）、信号传输电缆（15）、丝杠（10）、限位轴承（14）及自行走三维激光扫描设备（6）；

所述丝杠（10）的一端与左侧堵板（3）的中心方孔（3-2）连接，另一端通过限位轴承（14）限位；

所述限位轴承（14）通过第二锚固螺栓（16）固定于承压墙（13）外侧壁；

所述自行走三维激光扫描设备（6）通过内螺纹安装于丝杠（10）上，并通过信号传输电缆（15）与PC终端（17）相连。

2.根据权利要求1所述一种柔性内衬外压屈曲试验装置，其特征在于，所述自行走三维激光扫描设备（6）由驱动电机（6-1）、台座（6-2）、螺纹套筒（6-3）、三维激光扫描仪（6-4）、第一传动齿轮（6-5）和第二传动齿轮（6-6）构成；

所述驱动电机（6-1）、三维激光扫描仪（6-4）通过螺钉连接固定于台座（6-2）上；

所述台座（6-2）及第一传动齿轮（6-5）通过平键连接固定于螺纹套筒（6-3）上；

所述第二传动齿轮（6-6）通过平键连接固定于驱动电机（6-1）上；

所述驱动电机（6-1）通过第二传动齿轮（6-6）及第一传动齿轮（6-5）带动螺纹套筒（6-3）绕丝杠（10）转动，进而驱动固定于螺纹套筒（6-3）上的台座（6-2）以及固定于台座（6-2）上的三维激光扫描仪（6-4）绕丝杠（10）转动，并同时驱动其沿丝杠（10）往返移动。

3.采用权利要求1-2任意一项所述试验装置研究柔性内衬在破损管道刚性约束条件下的屈曲特性时，其特征在于，其试验方法包括以下步骤：

步骤一：准备带缺陷的破损管道（5），并通过原位固化或热塑成型非开挖修复方法对其进行修复，进而形成紧贴破损管道（5）内壁的柔性内衬（7）；

步骤二：通过左侧堵板（3）、右侧堵板（18）以及液压油缸（2）固定套管（4）及破损管道（5）；

步骤三：安装丝杠（10）及自行走三维激光扫描设备（6），并通过限位轴承（14）对丝杠（10）进行限位；

步骤四：启动自行走三维激光扫描设备（6），测量柔性内衬（7）的初始形状，并动态测量注水加压过程中柔性内衬（7）的变形情况；

步骤五：打开进水球阀（24）及排气球阀（8），关闭排水球阀（19），启动多级泵（23）向套管（4）与破损管道（5）之间的环状密闭空间注入清水，直至完全排除空气；

步骤六：关闭排气球阀（8），观察压力表（9）的读数，待其达到设计试验水压后，关闭进水球阀（24）及多级泵（23），保压一定时间；

步骤七：打开进水球阀（24）及多级泵（23），逐级增加环状密闭空间内的水压，直至柔性内衬（7）出现明显局部变形；

步骤八：打开排水球阀（19），将环状密闭空间内的清水排入水槽（20），试验结束。