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CN115342711A - 一种管道接头摆角测试装置及计算方法 - Google Patents

一种管道接头摆角测试装置及计算方法 Download PDF

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CN115342711A CN202210966173.3A CN202210966173A CN115342711A CN 115342711 A CN115342711 A CN 115342711A CN 202210966173 A CN202210966173 A CN 202210966173A CN 115342711 A CN115342711 A CN 115342711A
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刘建强
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Sun Yat Sen University
Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory Guangzhou
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Sun Yat Sen University
Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory Guangzhou
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Abstract

本发明涉及管道接头摆角测量技术领域,特别是涉及一种管道接头摆角测试装置及计算方法,管道接头摆角测试装置包括安装板和固定连接在第一管节内的挡板,挡板与第一管节的轴线垂直;第二管节的左端插设在第一管节的右端,安装板固定连接在第二管节内,安装板与第二管节的轴线垂直且与挡板左右间隔布置;安装板上固定连接有绕第二管节的轴向间隔布置的至少两个顶针式位移计,各顶针式位移计的顶针均平行于第二管节的轴向向挡板的方向延伸并弹性顶压在挡板的右侧;通过各顶针之间的距离与各顶针的长度变化值,能够计算出第一管节和第二管节之间上下摆动的角度,便于设计人员对不同结构的承插式接头进行评估。

Description

一种管道接头摆角测试装置及计算方法
技术领域
本发明涉及管道接头摆角测量技术领域,特别是涉及管道接头摆角测试装置及计算方法。
背景技术
分段管道是指多根管节通过承插式接头连接的管道类型,如球墨铸铁管、铸铁管、陶土管、混凝土管道、钢筋混凝土管道等,分段管道广泛应用于给排水工程。承插式接头是分段管道的薄弱点,承插式接头会在管节结构性能退化前,出现两个管节之间上下摆角过大破坏,导致管道内部流体的渗漏。因此,在分段管道设计过程中,对承插式接头的上下摆角进行安全性能评估显得尤为重要。
为免受人为因素干扰和节省地上空间,分段管道多布设在地下,为了更贴近实际工况,获取更为合理的管道结构安全性能评估意见,分段管道设计过程中需要进行埋地管道试验。然而,目前缺少测量分段管道相邻管节之间上下摆角的测试装置,不便于设计人员对不同结构的承插式接头进行评估。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:目前缺少测量分段管道相邻管节之间上下摆角的测试装置,不便于设计人员对不同结构的承插式接头进行评估。
为了解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种管道接头摆角测试装置,用于测试第一管节和第二管节之间上下摆动的角度,所述第二管节的左端插设在所述第一管节的右端,管道接头摆角测试装置包括安装板和固定连接在所述第一管节内的挡板,所述挡板与所述第一管节的轴线垂直;
所述安装板固定连接在所述第二管节内,所述安装板与所述第二管节的轴线垂直且与所述挡板左右间隔布置;所述安装板上固定连接有至少两个顶针式位移计,各所述顶针式位移计绕所述第二管节的轴向间隔布置,各所述顶针式位移计的顶针均平行于所述第二管节的轴向向所述挡板的方向延伸,各所述顶针式位移计的顶针均弹性顶压在所述挡板的右侧。
作为优选方案,所述挡板呈圆板状,所述挡板的外周侧设有沿所述挡板的轴向向右凸起的第一环状凸缘,所述第一环状凸缘的周侧螺接有多个第一紧固件,各所述第一紧固件环绕所述挡板的轴向间隔布置的,各所述第一紧固件均沿所述挡板的径向向远离所述第一环状凸缘的方向延伸,各所述第一紧固件均抵接所述第一管节的内壁。
作为优选方案,所述安装板呈圆板状,所述安装板的外周侧设有沿所述安装板的轴向向左凸起的第二环状凸缘,所述第二环状凸缘的周侧螺接有多个第二紧固件,各所述第二紧固件环绕所述安装板的轴向间隔布置,各所述第二紧固件均沿所述安装板的径向向远离所述第二环状凸缘的方向延伸,各所述第二紧固件均抵接所述第二管节的内壁。
作为优选方案,所述安装板与各所述顶针式位移计对应的位置处均设有位移计安装孔,各所述顶针式位移计的针套分别穿设在对应的所述位移计安装孔中;
各所述位移计安装孔的侧壁均设有沿所述位移计安装孔的径向延伸的个第三紧固件,各所述第三紧固件的螺纹端均抵接在对应的所述针套的外侧壁上。
作为优选方案,所述顶针式位移计设有三个,三个所述顶针式位移计环绕所述第二管节的轴向均匀间隔布置,位于所述安装板的顶部的所述顶针式位移计的轴线与所述第二管节的轴线所形成的平面为竖直面。
作为优选方案,所述挡板的中部设有第一穿线孔,所述安装板的中部设有第二穿线孔。
上述的管道接头摆角测试装置的计算方法,设所述顶针式位移计 (5)的数量为n+1个,则:
Figure RE-GDA0003840302740000031
其中,α为所述第一管节(1)和所述第二管节(2)之间上下摆动的角度;Lt0为位于所述第二管节(2)顶部的所述顶针(51)的初始压缩量; L10、L2O、L30……Ln0分别为其余各所述顶针(51)的初始压缩量;Lti 为保持一段时间之后,位于所述第二管节顶部的所述顶针(51)的压缩量;L1i、L2i、L3i……Lni分别为保持一段时间之后其余各所述顶针 (51)的压缩量;Ly1、Ly2、Ly3……Lyn分别为位于所述第二管节(2) 顶部的所述顶针(51)与其余各所述顶针(51)之间在竖直方向的距离。
作为优选方案:
Figure RE-GDA0003840302740000032
其中,β为所述第一管节和所述第二管节之间左右摆动的角度;L10为位于所述第二管节最前侧的所述顶针的初始压缩量;L1i为保持一段时间之后,位于所述第二管节最前侧的所述顶针的压缩量;Lxt、Lx2、Lx3…… Lxn分别为位于所述第二管节最前侧的所述顶针与其余各所述顶针之间在水平方向的距离。
作为优选方案:
Figure RE-GDA0003840302740000033
其中,X为所述第一管节和所述第二管节之间的轴向位移。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明的管道接头摆角测试装置,包括安装板和固定连接在第一管节内的挡板,挡板与第一管节的轴线垂直;第二管节的左端插设在第一管节的右端,安装板固定连接在第二管节内,安装板与第二管节的轴线垂直且与挡板左右间隔布置;安装板上固定连接有绕第二管节的轴向间隔布置的至少两个顶针式位移计,各顶针式位移计的顶针均平行于第二管节的轴向向挡板的方向延伸并弹性顶压在挡板的右侧;通过各顶针之间的距离与各顶针的长度变化值,能够计算出第一管节和第二管节之间上下摆动的角度,便于设计人员对不同结构的承插式接头进行评估。
附图说明
图1为本发明的管道接头摆角测试装置安装在管道内的结构示意图;
图2为本发明的管道接头摆角测试装置的结构示意图;
图3为安装板的结构示意图;
图4为管道内安装多个管道接头摆角测试装置的结构示意图;
图5为本发明的管道接头摆角测试装置垂直于管道轴线的截面图;
图6为本发明的管道接头摆角测试装置的计算方法原理图;
图中,1、第一管节;2、第二管节;3、安装板;31、第二环状凸缘;32、第二紧固件;33、位移计安装孔;34、第三紧固件;35、第二穿线孔;4、挡板;41、第一环状凸缘;42、第一紧固件;43、第一穿线孔;5、顶针式位移计;51、顶针;52、针套;53、导线;P1、初始状态下第一顶针与挡板接触点;P1a、第二管节相对于第一管节摆动后第一顶针与挡板接触点;P1aa、第一虚拟点;P2、初始状态下第二顶针与挡板接触点;P2a、第二管节相对于第一管节摆动后第二顶针与挡板接触点;P2aa、第二虚拟点;P11、初始状态下第一顶针在安装板上的投影点;P11a、第二管节相对于第一管节摆动后第一顶针在安装板上的投影点;P12、初始状态下第二顶针在安装板上的投影点;P12a、第二管节相对于第一管节摆动后第二顶针在安装板上的投影点;P13、第三虚拟点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是,本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语,这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本发明范围的情况下,“第一”信息也可以被称为“第二”信息,类似的,“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
如图1至图6所示,本发明的一种管道接头摆角测试装置,用于测试第一管节1和第二管节2之间上下摆动的角度,第二管节2的左端插设在第一管节1的右端,其特征在于,包括安装板3和固定连接在第一管节1内的挡板4,挡板4与第一管节1的轴线垂直;安装板3 固定连接在第二管节2内,安装板3与第二管节2的轴线垂直且与挡板4左右间隔布置;安装板3上固定连接有绕第二管节2的轴向间隔布置的至少两个顶针式位移计5,各顶针式位移计5的顶针51均平行于第二管节2的轴向向挡板4的方向延伸并弹性顶压在挡板4的右侧。通过各顶针52之间的距离与各顶针52的长度变化值,能够计算出第一管节1和第二管节2之间上下摆动的角度,便于设计人员对不同结构的承插式接头进行评估
其中,挡板4呈圆板状,挡板4的外周侧设有沿挡板4的轴向向右凸起的第一环状凸缘41,第一环状凸缘41的周侧螺接有环绕挡板4 的轴向间隔布置的多个第一紧固件42,各第一紧固件42均沿挡板4 的径向向远离第一环状凸缘41的方向延伸并抵接第一管节1的内壁。具体的,挡板4设置在靠近第一管节的右端端口的位置处,通过旋转第一紧固件42,调长第一紧固件42的端部伸出第一环状凸缘41的长度,能够使得挡板4固定在第一管节1内。
本实施例中,安装板3呈圆板状,安装板3的外周侧设有沿安装板3的轴向向左凸起的第二环状凸缘31,第二环状凸缘31的周侧螺接有环绕安装板3的轴向间隔布置的多个第二紧固件32,各第二紧固件 32均沿安装板3的径向向远离第二环状凸缘31的方向延伸并抵接第二管节2的内壁。
具体的,安装板3与各顶针式位移计5对应的位置处均设有位移计安装孔33,各顶针式位移计5的针套52分别穿设在对应的位移计安装孔33中;各位移计安装孔33的侧壁均设有沿位移计安装孔33的径向延伸的个第三紧固件34,各第三紧固件34的螺纹端均抵接在对应的针套52的外侧壁上。
本实施例中,如图4所示,各顶针式位移计5的端部均连接有用于传输数据的导线53,挡板4的中部设有第一穿线孔43,安装板3的中部设有第二穿线孔35。同一管道一般需要用到多个管节依次对接,为同时对多个承插式接头进行评估,可在各管道接头处均设置本发明的管道接头摆角测试装置,第一穿线孔43和第二穿线孔35的设置,便于测试人员布置导线53。
上述的管道接头摆角测试装置的计算方法,其特征在于,设顶针式位移计5的数量为n+1个,则:
Figure RE-GDA0003840302740000061
其中,α为第一管节1和第二管节2之间上下摆动的角度;Lt0为位于第二管节2顶部的顶针51的初始压缩量;L10、L2O、L30……Ln0分别为其余各顶针51的初始压缩量;Lti为保持一段时间之后,位于第二管节顶部的顶针51的压缩量;L1i、L2i、L3i……Lni分别为保持一段时间之后其余各顶针51的压缩量;Ly1、Ly2、Ly3……Lyn分别为位于第二管节2 顶部的顶针51与其余各顶针51之间在竖直方向的距离。
具体的,如图5所示,本实施例中,顶针式位移计5设有三个,三个顶针式位移计5环绕第二管节2的轴向均匀间隔布置,设位于安装板3的顶部的顶针式位移计5的顶针51为第一顶针,其余两个顶针 51分别为第二顶针和第三顶针,第一顶针的轴线与第二管节2的轴线所形成的平面为竖直面。其中,P1点为第一顶针与挡板4的接触点; P2和P3分别为第二顶针和第三顶针与挡板4的接触点,P1和P2之间的竖向距离为Ly。
如图6所示,图6中实线为初始状态下顶针51与挡板4和安装板 3的简化线;虚线为第二管节2相对于第一管节1偏转后顶针51与挡板4和安装板3的简化线;初始状态下第一顶针与挡板接触点为P1,初始状态下第一顶针在安装板上的投影点为P11,P1点和P11点之间的距离为第一顶针的初始长度,第二管节相对于第一管节摆动后第一顶针与挡板接触点为P1a,第二管节相对于第一管节摆动后第一顶针在安装板上的投影点为P11a,P11a点与P1a点之间的距离为第一顶针在第二管节相对于第一管节摆动后的长度,P1aa点与P1a点之间的距离与Lti-Lt0相等,由平行四边形原理可知,P13点与P2aa点之间的距离与P1aa点与P1a点之间的距离相等;同理二管节相对于第一管节摆动后第二顶针与挡板接触点为P2a,P2a点与第二虚拟点P2aa点之间的距离与L1i-L10相等;P1a点与P13点之间的距离与P11点至P12 点的距离Ly1相等,所以根据P1a点、P13点和P2a点所形成的三角形可以得出,第二管节2相对于第一管节1偏转的角度为α,则:
Figure RE-GDA0003840302740000071
本实施例中:
Figure RE-GDA0003840302740000072
其中,β为第一管节1和第二管节2之间左右摆动的角度;L10为位于第二管节2最前侧的顶针51的初始压缩量;L1i为保持一段时间之后,位于第二管节2最前侧的顶针51的压缩量;Lxt、Lx2、Lx3……Lxn分别为位于第二管节2最前侧的顶针51与其余各顶针51之间在水平方向的距离。
本实施例中:
Figure RE-GDA0003840302740000081
其中,X为第一管节1和第二管节2之间的轴向位移。具体的, Lti-Lt0大于零时,对应的顶针51伸长,Lti-Lt0小于零时,对应的顶针51缩短。
综上,本实施例的管道接头摆角测试装置不仅能够检测第二管节2 相对于第一管节1在上下方向的摆动角度,而且能够检测第二管节2 相对于第一管节1在水平方向摆动的角度,还能够检测第二管节2相对于第一管节1所产生的伸长或缩短,便于设计人员对不同结构的承插式接头进行评估。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种管道接头摆角测试装置,用于测试第一管节(1)和第二管节(2)之间上下摆动的角度,所述第二管节(2)的左端插设在所述第一管节(1)的右端,其特征在于,包括安装板(3)和固定连接在所述第一管节(1)内的挡板(4),所述挡板(4)与所述第一管节(1)的轴线垂直;
所述安装板(3)固定连接在所述第二管节(2)内,所述安装板(3)与所述第二管节(2)的轴线垂直且与所述挡板(4)左右间隔布置;所述安装板(3)上固定连接有至少两个顶针式位移计(5),各所述顶针式位移计(5)绕所述第二管节(2)的轴向间隔布置,各所述顶针式位移计(5)的顶针均平行于所述第二管节(2)的轴向向所述挡板(4)的方向延伸,各所述顶针式位移计(5)的顶针均弹性顶压在所述挡板(4)的右侧。
2.根据权利要求1所述的管道接头摆角测试装置,其特征在于,所述挡板(4)呈圆板状,所述挡板(4)的外周侧设有沿所述挡板(4)的轴向向右凸起的第一环状凸缘(41),所述第一环状凸缘(41)的周侧螺接有多个第一紧固件(42),各所述第一紧固件(42)环绕所述挡板(4)的轴向间隔布置的,各所述第一紧固件(42)均沿所述挡板(4)的径向向远离所述第一环状凸缘(41)的方向延伸,各所述第一紧固件(42)均抵接所述第一管节(1)的内壁。
3.根据权利要求1所述的管道接头摆角测试装置,其特征在于,所述安装板(3)呈圆板状,所述安装板(3)的外周侧设有沿所述安装板(3)的轴向向左凸起的第二环状凸缘(31),所述第二环状凸缘(31)的周侧螺接有多个第二紧固件(32),各所述第二紧固件(32)环绕所述安装板(3)的轴向间隔布置,各所述第二紧固件(32)均沿所述安装板(3)的径向向远离所述第二环状凸缘(31)的方向延伸,各所述第二紧固件(32)均抵接所述第二管节(2)的内壁。
4.根据权利要求3所述的管道接头摆角测试装置,其特征在于,所述安装板(3)与各所述顶针式位移计(5)对应的位置处均设有位移计安装孔(33),各所述顶针式位移计(5)的针套(52)分别穿设在对应的所述位移计安装孔(33)中;
各所述位移计安装孔(33)的侧壁均设有沿所述位移计安装孔(33)的径向延伸的个第三紧固件(34),各所述第三紧固件(34)的螺纹端均抵接在对应的所述针套(52)的外侧壁上。
5.根据权利要求1所述的管道接头摆角测试装置,其特征在于,所述顶针式位移计(5)设有三个,三个所述顶针式位移计(5)环绕所述第二管节(2)的轴向均匀间隔布置,位于所述安装板(3)的顶部的所述顶针式位移计(5)的轴线与所述第二管节(2)的轴线所形成的平面为竖直面。
6.根据权利要求1所述的管道接头摆角测试装置,其特征在于,所述挡板(4)的中部设有第一穿线孔(43),所述安装板(3)的中部设有第二穿线孔(35)。
7.一种权利要求1至6任一项所述的管道接头摆角测试装置的计算方法,其特征在于,设所述顶针式位移计(5)的数量为n+1个,则:
Figure FDA0003793209880000021
其中,α为所述第一管节(1)和所述第二管节(2)之间上下摆动的角度;Lt0为位于所述第二管节(2)顶部的所述顶针(51)的初始压缩量;L10、L2O、L30……Ln0分别为其余各所述顶针(51)的初始压缩量;Lti为保持一段时间之后,位于所述第二管节顶部的所述顶针(51)的压缩量;L1i、L2i、L3i……Lni分别为保持一段时间之后其余各所述顶针(51)的压缩量;Ly1、Ly2、Ly3……Lyn分别为位于所述第二管节(2)顶部的所述顶针(51)与其余各所述顶针(51)之间在竖直方向的距离。
8.根据权利要求7所述的管道接头摆角测试装置的计算方法,其特征在于:
Figure FDA0003793209880000031
其中,β为所述第一管节(1)和所述第二管节(2)之间左右摆动的角度;L10为位于所述第二管节(2)最前侧的所述顶针(51)的初始压缩量;L1i为保持一段时间之后,位于所述第二管节(2)最前侧的所述顶针(51)的压缩量;Lxt、Lx2、Lx3……Lxn分别为位于所述第二管节(2)最前侧的所述顶针(51)与其余各所述顶针(51)之间在水平方向的距离。
9.根据权利要求7所述的管道接头摆角测试装置的计算方法,其特征在于:
Figure FDA0003793209880000032
其中,X为所述第一管节(1)和所述第二管节(2)之间的轴向位移。
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