模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型為一種模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，該實驗裝置包括實驗管道系統(tǒng)、與實驗管道系統(tǒng)連接的供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)及對實驗管道進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)采集的測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；實驗管道系統(tǒng)包括測試管道，測試管道由進(jìn)口向出口的方向呈向下傾斜設(shè)置，測試管道的進(jìn)口端連接有快接蝶閥，測試管道的出口端連接有收球筒；測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括有電磁測速器，電磁測速器包括有多個等間距纏繞在測試管道外壁上的感應(yīng)線圈，清管器上設(shè)有磁鐵；該實驗裝置能模擬清管過程中清管器的運動特性及清管器頭部氣液流動變化規(guī)律，研究清管過程中清管器前端氣液流動產(chǎn)生壓力激增的變化規(guī)律及影響因素；其結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計巧妙、測量設(shè)備先進(jìn)。
【專利說明】模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是關(guān)于一種油氣管道的實驗裝置，是用于模擬在管道試壓排水過程中高速清管器與前端氣液兩相的相互作用所產(chǎn)生的壓力脈沖的實驗裝置，尤其涉及一種模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對于剛建成的油氣管道，試壓是保證管道安全運行的重要手段，也是工程竣工投產(chǎn)前對管道進(jìn)行安全檢查的必要環(huán)節(jié)，施壓包括了強(qiáng)度試壓和嚴(yán)密性試壓。通過試驗?zāi)軌驒z驗管道的質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)管道存在的缺陷，以便采取措施盡早排除管線中的安全隱患。為了保證安全，通常使用水為施壓介質(zhì)。在試壓完成之后，需要將管道內(nèi)殘留的水排出。實際工程中一般是利用壓縮空氣推動清管器將管道內(nèi)的試壓水推至管口排出。在這個清管器推動液體排水的過程中，如果管道中存在滯留氣，或者是清管器后端的高壓氣體泄漏到液段后，在清管器頭部就會產(chǎn)生氣液兩相流動，在清管器的高速沖擊下，就會產(chǎn)生水力脈沖，會使管道壓力急劇升高從而對管路造成巨大的破壞。
[0003]氣液流動實驗管道作為氣液兩相流動過程中管流特性、壓力升高規(guī)律等方面的主要實驗研究手段，其實驗結(jié)果對實際管道的設(shè)計和運行操作具有很強(qiáng)的適用性和指導(dǎo)作用，一直是國內(nèi)外研究油氣管道氣液流動水力脈沖的特性和壓力脈沖形成過程的重要手段，但是這些現(xiàn)有的實驗管道都不能模擬清管過程中清管器推動液柱產(chǎn)生氣液兩相流動的過程，特別是不能模擬清管過程中高速運動的清管器沖擊對氣液兩相流動的影響，在清管器高速運動的過程中無法撲捉清管器并進(jìn)行追蹤，不足以對試壓排水過程復(fù)雜的水力脈沖特性進(jìn)行模擬。
[0004]由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗與實踐，提出一種模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，以能夠模擬清管過程清管器的運動特性以及清管器頭部氣液流動變化規(guī)律，研究清管過程中清管器前端氣液流動產(chǎn)生壓力激增的變化規(guī)律及影響因素。
[0006]本實用新型的另一目的在于提供一種模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，能夠通過控制變量法探究不同的因素對壓力激增大小的影響。
[0007]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，一種模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，所述模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置包括有實驗管道系統(tǒng)、與所述實驗管道系統(tǒng)連接的供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)、以及對所述實驗管道系統(tǒng)進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)采集的測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述實驗管道系統(tǒng)包括有測試管道，該測試管道由進(jìn)口向出口的方向呈向下傾斜設(shè)置，所述測試管道的進(jìn)口端連接有快接蝶閥，測試管道的出口端連接有收球筒，所述快接蝶閥和收球筒分別用于發(fā)送和接收在測試管道內(nèi)移動的清管器；所述供氣系統(tǒng)具有供氣管，所述供氣管的一端連接有空氣壓縮機(jī)，供氣管另一端與所述快接蝶閥相連；所述供水系統(tǒng)具有供水管，所述供水管的一端連接有儲水罐，供水管另一端與收球筒相連；所述排水系統(tǒng)具有排水管，所述排水管的一端連接有儲水箱，排水管另一端與所述收球筒相連；所述測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括有電磁測速器，所述電磁測速器包括有多個等間距纏繞在所述測試管道外壁上的感應(yīng)線圈，所述清管器上設(shè)有磁鐵；所述電磁測速器連接于計算機(jī)。
[0008]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述測試管道由透明有機(jī)玻璃管制成，測試管道總長度為7.85m,上下高差為6.13m。
[0009]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括有設(shè)置在測試管道外側(cè)的高速攝像機(jī)，高速攝像機(jī)與所述計算機(jī)相連接。
[0010]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述實驗管道系統(tǒng)還包括有一段水平管道，所述水平管道連接在測試管道的出口端與收球筒之間。
[0011]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述電磁測速器中的感應(yīng)線圈設(shè)置10個，等間距70cm纏繞在測試管道外壁。
[0012]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述電磁測速器中設(shè)有過濾雜波的濾波器。
[0013]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述供水系統(tǒng)中，在儲水罐與收球筒之間設(shè)有水泵；在儲水罐與所述水泵之間連接有液體過濾器。
[0014]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述供氣系統(tǒng)中，在空氣壓縮機(jī)與所述快接蝶閥之間設(shè)有緩沖罐；在緩沖罐與快接蝶閥之間連接有氣體過濾器。
[0015]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述排水系統(tǒng)中，在排水管與儲水箱之間并聯(lián)設(shè)置有多個排水閥。
[0016]在本實用新型的一較佳實施方式中，在所述測試管道的進(jìn)口端和出口端均設(shè)有放空球閥。
[0017]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述實驗管道系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)中均設(shè)有截斷閥；所述排水系統(tǒng)中設(shè)有流量計；所述收球筒上設(shè)有壓力傳感器。
[0018]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述快接蝶閥由一個快接法蘭和蝶閥組成。
[0019]由上所述，本實用新型的模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，能夠模擬清管過程中清管器的運動特性以及清管器頭部氣液流動變化規(guī)律，研究清管過程中清管器前端氣液流動產(chǎn)生壓力激增的變化規(guī)律及影響因素。本裝置充分考慮了清管器運動對氣液兩相流動的影響的因素，緊密結(jié)合現(xiàn)場實際工況，其結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計巧妙、測量設(shè)備先進(jìn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。其中:
[0021]圖1:為本實用新型模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為了對本實用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照【專利附圖】

【附圖說明】本實用新型的【具體實施方式】。
[0023]如圖1所示，本實用新型提出一種模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置100，所述模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置100包括有實驗管道系統(tǒng)1、與所述實驗管道系統(tǒng)I連接的供氣系統(tǒng)2、供水系統(tǒng)3和排水系統(tǒng)4、以及對所述實驗管道系統(tǒng)I進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)采集的測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5 ；
[0024]所述實驗管道系統(tǒng)I包括有測試管道11，該測試管道11由進(jìn)口端111向出口端112的方向呈向下傾斜設(shè)置，所述測試管道的進(jìn)口端和出口端均設(shè)有放空球閥1111、1121，所述測試管道11的進(jìn)口端111連接有快接蝶閥6，測試管道11的出口端112連接有收球筒7，在本實施方式中，測試管道11的出口端112與收球筒7的第一進(jìn)口連接，在收球筒7的第一進(jìn)口前方的管道中還設(shè)有截斷閥13 ;所述快接蝶閥6和收球筒7分別用于發(fā)送和接收在測試管道內(nèi)移動的清管器(圖中未示出);在本實施方式中，所述快接蝶閥6由一個快接法蘭62和蝶閥61組成，可通過所述快接法蘭62將所述清管器放入所述測試管道11中，所述快接蝶閥6其具有控制背壓來調(diào)節(jié)清管器初始速度和發(fā)送清管器的功能；
[0025]所述供氣系統(tǒng)2具有供氣管21，所述供氣管21的一端連接有空氣壓縮機(jī)22，空氣壓縮機(jī)22用于將外界氣體壓縮輸入供氣管21內(nèi)，供氣管21另一端與所述快接蝶閥6相連，在空氣壓縮機(jī)22與所述快接蝶閥6之間設(shè)有緩沖罐23，外界氣體通過連接在供氣管21上的緩沖罐23緩沖后推動清管器進(jìn)入測試管道11內(nèi)；在本實施方式中，緩沖罐23是由四個串聯(lián)的緩沖罐體組成的，能起到穩(wěn)定從空壓機(jī)中出來的高壓氣體；在緩沖罐23與快接蝶閥6之間連接有氣體過濾器24，在氣體過濾器24兩端沿氣體流動方向分別設(shè)有截斷閥25和壓力表26，通過供氣系統(tǒng)2可以向?qū)嶒灩艿老到y(tǒng)I提供穩(wěn)定流動的氣體；其中，氣體過濾器24用于過濾供氣管21內(nèi)氣體中的雜質(zhì)，壓力表26用于采集供氣管21內(nèi)流經(jīng)的氣體的壓力；
[0026]所述供水系統(tǒng)3具有供水管31，所述供水管31的一端連接有儲水罐32，供水管另一端與收球筒7的第二進(jìn)口連接；在儲水罐32與收球筒7之間設(shè)有水泵33 ;在儲水罐32與所述水泵33之間連接有液體過濾器34，用于過濾儲水罐32內(nèi)液體中的雜質(zhì)；在水泵33與收球筒7之間還設(shè)有截斷閥35 ;該供水系統(tǒng)3用于向?qū)嶒灩艿老到y(tǒng)I提供液相流體，其供水管31通過水泵33將儲水罐32內(nèi)的水打入所述收球筒7并提供給實驗管道系統(tǒng)I ;
[0027]所述排水系統(tǒng)4用于收集實驗管道系統(tǒng)I排出的水，排水系統(tǒng)4具有排水管41，所述排水管41的一端通過排水閥組43連接于一儲水箱42，排水管另一端與所述收球筒7的出口相連；所述排水閥組43由在排水管與儲水箱之間并聯(lián)設(shè)置的多個排水閥構(gòu)成，可以通過選擇性開閉排水閥來控制排水速度；所述排水管上與收球筒7出口連接部位還設(shè)有流量計44和截斷閥45 ；
[0028]所述測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5包括有電磁測速器51，所述電磁測速器51中包括有多個等間距纏繞在所述測試管道11外壁上的感應(yīng)線圈511，所述清管器上設(shè)有磁鐵；所述電磁測速器51連接于一計算機(jī)52 ;所述收球筒7上設(shè)有壓力傳感器71 ;所述清管器經(jīng)過所述感應(yīng)線圈時，會產(chǎn)生感應(yīng)電流脈沖，通過數(shù)據(jù)卡傳到計算機(jī)終端；在本實施方式中，所述電磁測速器51中設(shè)有過濾雜波的濾波器(圖中未示出)。
[0029]進(jìn)一步，在本實施方式中，所述測試管道11是由透明有機(jī)玻璃管制成的，測試管道11總長度為7.85m，上下高差為6.13m ;所述測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5還包括有設(shè)置在透明測試管道外側(cè)的高速攝像機(jī)53，高速攝像機(jī)53正對測試管道11的上半部分，其用于捕捉測試管道11內(nèi)清管器運動過程和氣液兩相介質(zhì)的瞬時流動狀態(tài)，高速攝像機(jī)8將其拍攝的圖像傳輸給計算機(jī)52進(jìn)行儲存并顯示。
[0030]在本實施方式中，所述電磁測速器51中的感應(yīng)線圈設(shè)置10個，等間距70cm纏繞在測試管道11外壁。
[0031]在本實施方式中，所述實驗管道系統(tǒng)I還包括有一段水平管道12，所述水平管道12通過一彎頭14連接在測試管道11的出口端112與收球筒第一進(jìn)口之間；所述截斷閥13設(shè)置在所述水平管道12中。
[0032]利用該模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置100進(jìn)行模擬實驗的過程如下:
[0033]如圖1所示，首先，關(guān)閉蝶閥61打開放空球閥1111，打開水泵33、截斷閥35和截斷閥13，并關(guān)閉排水閥組43和截斷閥45 ;當(dāng)液位上升到設(shè)定位置時關(guān)閉截斷閥35 ;打開空氣壓縮機(jī)22和截斷閥25，使壓力達(dá)到設(shè)定的值后關(guān)閉空氣壓縮機(jī)22 ;接下來打開快接法蘭62，將清管器置入測試管道進(jìn)口端111后復(fù)原；然后打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等待測量數(shù)據(jù)；放空球閥1111后打開蝶閥61的同時打開排水閥組43和截斷閥45 ;清管器發(fā)出且液位開始下降，當(dāng)收球筒7收到清管器后關(guān)閉截斷閥13 ;關(guān)閉蝶閥61并打開放空球閥1111釋放管道內(nèi)剩余壓力；將清管器取出后恢復(fù)，收集實驗數(shù)據(jù)并保存，打掃試驗現(xiàn)場等待進(jìn)行下一次試驗。
[0034]在本實施方式中，可以選擇不同過盈量、不同重量、不同磁性、不同構(gòu)造的清管器來進(jìn)行實驗?？梢酝ㄟ^選擇性開閉所述排水閥組中的一個或多個排水閥來控制排水速度。
[0035]本實用新型的模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，可用于模擬清管過程中清管器的運動特性以及清管器頭部氣液流動變化規(guī)律，研究清管過程中壓力脈沖變化規(guī)律及影響因素，通過設(shè)計實驗方案來完成實驗?zāi)繕?biāo)。本裝置充分考慮了清管器運動對氣液兩相流動的影響的因素，緊密結(jié)合現(xiàn)場實際工況，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0036]I)結(jié)構(gòu)合理:本實用新型的實驗管道系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、收發(fā)球系統(tǒng)和排水系統(tǒng)之間銜接緊湊，充分利用實驗室有限空間，供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)和排水系統(tǒng)之間切換方便且各測量設(shè)備滿足儀表的安裝要求。
[0037]2)設(shè)計巧妙:本實用新型的采用快接蝶閥代替笨重的發(fā)球筒，能夠滿足試驗的頻繁發(fā)球的要求；所述清管器速度測量系統(tǒng)包括高速攝像機(jī)和電磁測速器兩個部分，相互獨立運作且可以相互驗證數(shù)據(jù)；將供水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)聯(lián)系在一起，在收球筒末端分開，并且兩個系統(tǒng)都能夠獨立的運行。
[0038]3)測量設(shè)備先進(jìn):本實用新型在有機(jī)玻璃管上安裝了電磁測速器，能夠測量帶磁鐵的清管器在管道內(nèi)運行的速度；在測試管道上采用高速攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，使得數(shù)據(jù)采集量大大增加，同時也能斧正電磁測速器對清管器速度的測量；另外，運用壓力傳感器、壓力表和流量計對相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，避免人工操作誤差，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動化。
[0039]以上所述僅為本實用新型示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本實用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，所述模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置包括有實驗管道系統(tǒng)、與所述實驗管道系統(tǒng)連接的供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)、以及對所述實驗管道系統(tǒng)進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)采集的測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；其特征在于:所述實驗管道系統(tǒng)包括有測試管道，該測試管道由進(jìn)口向出口的方向呈向下傾斜設(shè)置，所述測試管道的進(jìn)口端連接有快接蝶閥，測試管道的出口端連接有收球筒，所述快接蝶閥和收球筒分別用于發(fā)送和接收在測試管道內(nèi)移動的清管器；所述供氣系統(tǒng)具有供氣管，所述供氣管的一端連接有空氣壓縮機(jī)，供氣管另一端與所述快接蝶閥相連；所述供水系統(tǒng)具有供水管，所述供水管的一端連接有儲水罐，供水管另一端與收球筒相連；所述排水系統(tǒng)具有排水管，所述排水管的一端連接有儲水箱，排水管另一端與所述收球筒相連；所述測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括有電磁測速器，所述電磁測速器包括有多個等間距纏繞在所述測試管道外壁上的感應(yīng)線圈，所述清管器上設(shè)有磁鐵；所述電磁測速器連接于計算機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，其特征在于:所述測試管道由透明有機(jī)玻璃管制成，測試管道總長度為7.85m,上下高差為6.13m。
3.如權(quán)利要求2所述的模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，其特征在于:所述測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括有設(shè)置在測試管道外側(cè)的高速攝像機(jī)，高速攝像機(jī)與所述計算機(jī)相連接。
4.如權(quán)利要求3所述的模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，其特征在于:所述實驗管道系統(tǒng)還包括有一段水平管道，所述水平管道連接在測試管道的出口端與收球筒之間。
5.如權(quán)利要求1所述的模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，其特征在于:所述電磁測速器中的感應(yīng)線圈設(shè)置10個，等間距70cm纏繞在測試管道外壁。
6.如權(quán)利要求1所述的模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，其特征在于:所述電磁測速器中設(shè)有過濾雜波的濾波器。
7.如權(quán)利要求1所述的模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，其特征在于:所述供水系統(tǒng)中，在儲水罐與收球筒之間設(shè)有水泵；在儲水罐與所述水泵之間連接有液體過濾器。
8.如權(quán)利要求1所述的模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，其特征在于:所述供氣系統(tǒng)中，在空氣壓縮機(jī)與所述快接蝶閥之間設(shè)有緩沖罐；在緩沖罐與快接蝶閥之間連接有氣體過濾器。
9.如權(quán)利要求1所述的模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，其特征在于:所述排水系統(tǒng)中，在排水管與儲水箱之間并聯(lián)設(shè)置有多個排水閥。
10.如權(quán)利要求1所述的模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，其特征在于:在所述測試管道的進(jìn)口端和出口端均設(shè)有放空球閥。
11.如權(quán)利要求1所述的模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，其特征在于:所述實驗管道系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)中均設(shè)有截斷閥；所述排水系統(tǒng)中設(shè)有流量計；所述收球筒上設(shè)有壓力傳感器。
12.如權(quán)利要求1所述的模擬清管過程水力脈沖的實驗裝置，其特征在于:所述快接蝶閥由一個快接法蘭和蝶閥組成。
【文檔編號】G01M99/00GK203719928SQ201420076358
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】鄧濤, 宮敬, 于達(dá), 吳海浩, 周軍, 陳曦 申請人:中國石油大學(xué)(北京)