管材靜液壓力試驗機研究

l  管材靜液壓力試驗機的現狀
    隨著我國石油、天然氣行業的發展、油井深度的不斷增加及西氣東輸工程的建設，國內市場對高品質的油套管、流體管需求量日益增大，要求試壓的鋼管比例越來越高。由于我國70 MPa高壓水壓試驗模型的運動行為與預期相符，無剛體平動、轉動，無裂縫；位移和應力的分布與期望相符，ANSYS分析的結果合理可靠。
    西江23-1油田平臺模塊，特別是4 500 m海洋模塊鉆機的海上吊裝優化設計保證了“華天龍”號起重船海上吊裝作業的安全，并為中海油自主研發海洋模塊鉆機積累了經驗。機的設計制造屬于空白，冶金企業所使用的高壓水壓試驗機主要依賴進口，價格很高，花費大量外匯，產量遠遠不能滿足國內市場的需要，因此，我國急需開發工藝先進、自動化程度高、性價比合理、適用于高鋼級鋼管的高壓水壓試驗機。
2微機控制管材靜液壓力爆破試驗機的基
    微機控制管材靜液壓力爆破試驗機針對大管徑的鋼管進行壓和爆破試驗，它的增壓系統（核心部件）采用清潔自來水作為增壓介質，壓縮空氣作為驅動力源，增壓至設定壓力值，測試鋼管的屈服壓力、最高壓力和爆破極限壓力，從而保證鋼管在高壓和強扭矩環境下的使用性能。
    可見，縱向應力仃”為橫向應力仃’的2倍，故破裂試壓的管材一般先沿縱向裂開。根據計算的最高爆破壓力設計系統各組成部分。3  工藝流程
    微機控制管材靜液壓爆破試驗機由控制部分和管路部分組成。控制部分有工控機和PI。C單元上下兩級系統，工控機主要完成圖形處理、數據處理、數據管理，PI。C[21單元根據上位機的指令，控制管路的閥門，從而調節系統水壓；管路部分由液壓管、閥件組成。工藝流程如圖1。
    清水從水箱經水過濾器等注入試壓管，并排出管內空氣。螺桿式空壓機（內置冷干機）、空氣過濾
器（過濾精度為0. 01  Ym，賤油濃度≤1×10川）、貯氣罐（空氣緩沖罐）產生符合要求的壓縮空氣，然后通過兩位兩通電磁閥4、減壓閥5、兩位兩通電磁閥6，輸入高壓小流量增壓泵；或通過兩位兩通電磁閥10、減壓閥9、兩位兩通電磁閥8，輸入低壓大流量增壓泵，驅動增壓泵，使試壓管內壓力增加到設定值。為了有效控制試驗壓力值的穩定性，即，試驗壓力上限誤差為2%、下限誤差為-1%，在下位機PLC中設定增壓泵按一定的升壓速率進行增壓，即快速升壓、慢速間歇補壓。當試驗壓力超過上限值時，卸壓閥16打開迅速卸壓，使試驗壓力值始終保持在設定值內。操作人員通過電視監控系統17、18，在控制室內操作，便可完成整個試驗。
4  系統主要組成部件口
4.1氣動增壓泵
    a)  工作原理壓縮空氣驅動大面積端活塞上下運動，小面積端裝有2個單向閥，活塞的一吸一抽使得高壓液體輸出。輸出壓力可高達70 MPa，適用水、液壓油等介質。
    b)  結構  由驅動空氣入口、驅動空氣管路、氣動活塞、頂部挺桿、先導閥口、換向閥、底部挺桿、先導排氣口、消聲器、入口單向閥、出口單向閥等部分組成，如圖2。
    c)  特點  氣動增壓泵與電動泵相比，可保持在任何預定壓力下，不再消耗能量和產生熱量；不產生熱量，不會有吠花和火焰危險；壓力線性輸出，容易人工控制，達70 MPa的增壓能力滿足大多數高壓需要；容易應用于自動控制系統中；連續啟停，不受限制，并無不良影響；氣動活塞環及其他氣動部件在工作狀態時不需要添加潤
滑油，節省運行成本，并可防止油氣污染環境；以壓縮空氣為動力源，不需使用電源。
4.2空氣部分
    a)  驅動空氣系統  使用單級、風冷、箱式低噪聲螺桿空氣壓縮機，通過PI。C的組態界面顯示其控制狀態。
    b)  貯氣罐（空氣緩沖罐）  采用蓄能器補壓，可實現無源控制，減少電機和加壓系統的工作時間，提高加壓系統的使用壽命，同時也保證了壓力精度。緩沖罐設計壓力為1．o MPa，罐體設有安全閥，保證罐安全工作。下面設有排污閥，可排出壓縮空氣中的污物，同時設有壓力表，可直觀顯示空氣壓力。
    c)  空氣干燥系統空氣干燥系統采用冷凍式干燥機，露點在-15℃（常壓下）。
    d)  空氣過濾器  精過濾：粒徑≤1 um，殘油≤1×10 7；高精密過濾：粒徑≤o．Ol Um，殘油≤l×10 8。
4.3控制部分
    控制部分由工控機、工業控制軟件、PI}C、電磁閥、壓力傳感器、電視監控和激光打印機等組成。
4.3.1工業控制軟件
    采用組態軟件進行界面設計和工藝流程設計，如圖3。界面設計采用Windows模式中的菜單控制和工具條按鈕控制2種控制試驗的方式，試壓過程中，壓力信號和時間值用圖形和數字同時顯示，時間軸隨時間的推進自行壓縮。數據能夠隨時存貯，存貯的數據要方便事后查詢，并能夠打印和在計算機中輸出jpcg格式或bmp格式的壓力一時間血線。設備的運行、管道流通和閥門的工作狀態采用動畫設計，參數值顯示采用動態伸縮條，使整體效果更為形象直觀，可實現各界面間的自由切換，加上融合了數據處理算法，具有實時、可靠、高速等特點。設計跳出報警菜單功能，避免不正常操作和參數異常現象，使得整個裝置和系統可靠和安全。
    為了解決試驗壓力值與界面顯示滯后現象，壓力傳感器的壓力采樣頻率為0.3 s，提高了整體的信號反應速度、控制精度及長期工作的可靠性，其靈敏度更高、更準。
4.3.2  作為下位機，接進壓力等傳感器的信號，根據工藝要求，對所有的設備及閥門進行控制。同時通過PPI電纜，PI)C與組態軟件進行通訊，各個設備及閥門的運行狀態可動態地出現在工控機顯示屏上。
4.3.3電視監控
    電視監控由彩管顯示器、光學自動變焦攝像頭、云臺控制解碼器、云臺和球罩等組成。攝像界面可在顯示器中進行各種顯示方式的切換、放大、全拍、抓拍和回放，并可進行刻錄和備份。 控制系統及籃控系統均安裝于集中控制柜內，控制柜安裝于控制室內，操作人員可方便操作、觀察。采用雙顯示屏，一個用于攝像監視，一個用于數
據輸入及曲線在線生成。
5  結論
    本文論述了微機控制管材靜液壓爆破試驗機的現狀，分析了管材耐壓爆破試驗機的原理，研究了各個部分的結構特點，設計出了微機控制管材靜液壓爆破試驗機系統，是機、電、氣、液的有機結合系統，可為管材耐壓試驗提供高性能的設備，最高試驗壓力70 MPa。（http://www.51yaliji.com）