傳感器安裝座和安裝方法及模型試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種傳感器安裝座和安裝方法及模型試驗裝置，屬于氣體液體高壓管 道輸送工程的技術與安全領域。
【背景技術】
[0002] 高壓輸氣管道在運行過程中，因管內壓力變化、管道材料疲勞或受損，以及外部作 用等原因，導致管道在某處產生管壁裂紋進而出現長距離擴展，不僅會造成嚴重經濟損失 和環境污染，還將形成地面人員傷亡、建筑物及設施破壞受損等災難性事故。因此，為盡量 減小損失、加快事故發生后的搶修進程，國內外廣泛開展了大口徑高壓金屬管道的裂縫形 成及擴展的力學行為研究。研究表明，結構性止裂控制是輸氣金屬管道延性止裂的有效控 制方法，而高壓金屬管爆破試驗是研究結構性止裂控制的重要手段。
[0003] 高壓輸氣金屬管氣壓爆破試驗過程中，傳感器安裝與密封是確保試驗成功的重要 環節之一。通常試驗采用的高壓輸氣金屬管尺寸較大、試驗目標壓力值較高，因此在金屬管 管壁上開孔安裝傳感器難以保證密封性。本發明提出的針對高壓輸氣金屬管氣壓爆破試驗 的傳感器基座安裝和密封方法，能確保金屬管在充壓及泄壓的試驗全過程中傳感器安裝部 位的密封可靠性。
【發明內容】
[0004] 發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提出一種傳感器安裝座和安 裝方法及模型試驗裝置，通過涉及合適的傳感器安裝座，確保傳感器在使用過程中密封可 與巨〇
[0005] 技術方案:為解決上述技術問題，本發明的一種用于安裝在高壓輸氣管上的傳感 器安裝座，所述傳感器安裝座的縱截面為T形狀，傳感器安裝座包含連接面和沿連接面延伸 的用于安裝傳感器的圓柱凸臺，所述連接面為圓面，圓面的直徑不小于金屬管安裝孔直徑 的1.5倍，所述連接面的厚度為金屬管壁厚的1/10~1/9,圓柱凸臺的外直徑比金屬管安裝 孔直徑小1~2mm，所述圓柱凸臺的長度為金屬管安裝孔孔深的1.1~1.2倍，所述圓柱凸臺 內設有用于安裝傳感器的螺紋孔，螺紋孔的深度與傳感器的螺紋長度相適配。
[0006] -種使用上述用于安裝在高壓輸氣管上的傳感器安裝座安裝傳感器的方法，包括 以下步驟：
[0007] (1)確定合適的傳感器螺紋長度：傳感器螺紋長度為1^上=2\8，^^^< 2.， k^nd^e] ~ Zy kzKd2bh[ap] < Z_.，式中：Fw -取大軸向載何，為官內目標壓力值的1 30 %~140 %， N; D-外螺紋大徑，mm; di-外螺紋小徑，mm; d2-外螺紋中徑，mm; b-螺紋壓根部寬度，mm; kz-載荷不均系數;h-螺紋牙工作高度，為螺紋原始三角形高度Η的5/8; B-螺距，mm; L- 螺紋長度，mm;z-螺紋牙數；[τ]一螺紋牙型的剪切許用應力，MPa; [0]-螺紋牙型的抗彎許 用應力，MPa; [σρ]-許用擠壓應力，MPa;P為管內目標壓力，MPa;
[0008] (2)加工合適大小的傳感器安裝座，在金屬管上開設安裝孔，安裝孔開孔直徑為傳 感器外徑的2.5~3.5倍，將傳感器安裝座焊接在金屬管上；
[0009] (3)傳感器安裝在傳感器安裝座上：用自動螺紋測試機對安裝孔內螺紋的尺寸進 行檢測；用毛刷清理螺紋、紗布擦拭，然后用酒精清洗內外螺紋;將〇型硅質橡膠密封圈置于 傳感器螺紋底部;在傳感器和傳感器安裝座上的螺紋表面均勻涂抹一層620螺紋密封膠;待 2分鐘后，在處理后的傳感器和傳感器安裝座上的螺紋表面涂抹一層620螺紋密封膠;待1分 鐘后，采用開口扳手將傳感器旋入傳感器安裝座上，緊握住開口扳手用臂力旋轉，擰緊；用 3M雙面膠充填在傳感器與傳感器安裝座連接部位處，再用2層塑料薄膜將該部位包覆并扎 緊，并用膠帶纏繞塑料薄膜。
[0010] -種用于高壓輸氣金屬管氣壓爆破試驗的模型試驗裝置，包括壓力傳感器、金屬 管、時間探針單元和將動態信號采集系統，所述金屬管的兩端安裝有封閉金屬管的堵頭，在 金屬管管壁上安裝有若干個時間探針單元，在金屬管的中心安裝有初始裂縫引入裝置，在 金屬管一端安裝有壓力傳感器，在金屬管另一端安裝有溫度傳感器，金屬管還與加壓系統 連接;在支撐金屬管的支撐面上設有若干個自由場壓力傳感器和地面振動傳感器，在垂直 金屬管軸線方向上安裝有高速攝影機，所述壓力傳感器和溫度傳感器通過螺紋安裝在如上 述的傳感器安裝座上，若干個時間探針單元、溫度傳感器、壓力傳感器和地面振動傳感器分 別通過信號屏蔽電纜與動態信號采集系統連接，若干個自由場壓力傳感器通過低噪聲同軸 電纜與動態信號采集系統連接，動態信號采集系統輸出端與計算機連接。
[0011] 作為優選，所述壓力傳感器和溫度傳感器的螺紋長度分別為L，L = zXB，
|式中：Fw-最大軸向載荷，為金屬管內目標壓力值 的130 %~140 %，N; D-外螺紋大徑，mm; di-外螺紋小徑，mm; d2-外螺紋中徑，mm; b-螺紋 壓根部寬度，mm; kz-載荷不均系數;h-螺紋牙工作高度，為螺紋原始三角形高度Η的5/8; Β-螺距，mm;L-螺紋長度，mm;z-螺紋牙數；[了]一螺紋牙型的剪切許用應力，MPa;[0]-螺 紋牙型的抗彎許用應力，MPa;[ σΡ ] -許用擠壓應力，MPa; P為管內目標壓力，MPa。
[0012] 作為優選，所述金屬管位于固定臺的管槽內，管槽通過兩端的鋼筋混泥土錨固器 將金屬管固定，在固定臺上設有兩組摩擦粧，柔性索纏繞金屬管，柔性索的兩端分別固定在 金屬管兩側的摩擦粧上。
[0013] 作為優選，在安裝壓力傳感器的金屬管截面外壁布置8個應變片，8個應變片分別 通過信號屏蔽電纜與動態信號采集系統連接。
[0014] 作為優選，所述8個應變片沿金屬管截面的0°、45°、67.5°、112.5°、135°、180°、 225°、315°分布，其中正對金屬管的中心為0°，順時針增大。
[0015] 作為優選，所述自由場壓力傳感器有六個，分別在垂直金屬管軸向和與軸向成45° 夾角的方向，距離起裂點5m、10m、15m位置布置。
[0016] 作為優選，所述地面振動傳感器有六個，分別在垂直金屬管軸向和與軸向成45°夾 角的方向，距離起裂點l〇m、20m、30m位置布置。
[0017] 作為優選，所述溫度傳感器位于金屬管長度1/3處，壓力傳感器位于金屬管長度1/ 4處，壓力傳感器安裝在偏離裂紋擴展線30°的截面位置。
[0018] 有益效果:本發明的用于安裝在高壓輸氣管上的傳感器安裝座，將傳感器安裝座 設計為T形狀，連接面直徑大于金屬管安裝孔直徑的1.5倍，而連接面厚度為金屬管壁厚的 1/10~1/9,便于連接面與各種半徑的高壓輸氣管的相適配，而且焊接方便;本發明的安裝 傳感器的方法，通過在傳感器和傳感器安裝座上的螺紋分別涂上兩次螺紋密封膠，使得傳 感器與傳感器安裝座密封性好，而且連接強度高;本發明的用于高壓輸氣金屬管氣壓爆破 試驗的模型試驗裝置，通過傳感器安裝座連接各種傳感器，各傳感器的密封效果良好，爆破 試驗后的數據采集率達95 %以上。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的傳感器安裝座的結構示意圖；
[0020]圖2是本發明的模型試驗裝置的結構示意圖；
[0021 ]圖3是本發明金屬管端部封堵方式示意圖；
[0022] 圖4是本發明應變片安裝截面位置示意圖；
[0023] 圖5是本發明金屬管約束固定示意圖；
[0024] 圖6是本發明金屬管管壁應變時程曲線；
[0025]圖7是本發明金屬管泄壓過程壓力時程曲線。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0027] 如圖1至圖7所示，本發明的一種用于安裝在高壓輸氣管上的傳感器安裝座，所述 傳感器安裝座22的縱截面為T形狀，傳感器安裝座22包含連接面和沿連接面延伸的用于安 裝傳感器的圓柱凸臺，所述連接面為圓面，圓面的直徑不小于金屬管安裝孔直徑的1.5倍， 所述連接面的厚度為金屬管壁厚的1/10~1/9,圓柱凸臺的外直徑比金屬管安裝孔直徑小1 ~2_，所述圓柱凸臺的長度為金屬管安裝孔孔深的1.1~1.2倍，所述圓柱凸臺內設有用于 安裝傳感器的螺紋孔，螺紋孔的深度與傳感器的螺紋長度相適配。
[0028] 如圖2至圖5所示，一種用于高壓輸氣金屬管氣壓爆破試驗的模型試驗裝置，包括 壓力傳感器、金屬管、時間探針單元和將動態信號采集系統，所述金屬管的兩端安裝有封閉 金屬管的堵頭，在金屬管管壁上安裝有若干個時間探針單元，在金屬管的中心安裝有初始 裂縫引入裝置，在金屬管一端安裝有壓力傳感器，在金屬管另一端安裝有溫度傳感器，金屬 管還與加壓系統連接;在支撐金屬管的支撐面上設有若干個自由場壓力傳感器和地面振動 傳感器，在垂直金屬管軸線方向上安裝有高速攝影機，所述壓力傳感器和溫度傳感器通過 螺紋安裝在如上述的傳感器安