管材静液压力试验机研究

l  管材静液压力试验机的现状
    随着我国石油、天然气行业的发展、油井深度的不断增加及西气东输工程的建设，国内市场对高品质的油套管、流体管需求量日益增大，要求试压的钢管比例越来越高。由于我国70 MPa高压水压试验模型的运动行为与预期相符，无刚体平动、转动，无裂缝；位移和应力的分布与期望相符，ANSYS分析的结果合理可靠。
    西江23-1油田平台模块，特别是4 500 m海洋模块钻机的海上吊装优化设计保证了“华天龙”号起重船海上吊装作业的安全，并为中海油自主研发海洋模块钻机积累了经验。机的设计制造属于空白，冶金企业所使用的高压水压试验机主要依赖进口，价格很高，花费大量外汇，产量远远不能满足国内市场的需要，因此，我国急需开发工艺先进、自动化程度高、性价比合理、适用于高钢级钢管的高压水压试验机。
2微机控制管材静液压力爆破试验机的基
    微机控制管材静液压力爆破试验机针对大管径的钢管进行压和爆破试验，它的增压系统（核心部件）采用清洁自来水作为增压介质，压缩空气作为驱动力源，增压至设定压力值，测试钢管的屈服压力、最高压力和爆破极限压力，从而保证钢管在高压和强扭矩环境下的使用性能。
    可见，纵向应力仃”为横向应力仃’的2倍，故破裂试压的管材一般先沿纵向裂开。根据计算的最高爆破压力设计系统各组成部分。3  工艺流程
    微机控制管材静液压爆破试验机由控制部分和管路部分组成。控制部分有工控机和PI。C单元上下两级系统，工控机主要完成图形处理、数据处理、数据管理，PI。C[21单元根据上位机的指令，控制管路的阀门，从而调节系统水压；管路部分由液压管、阀件组成。工艺流程如图1。
    清水从水箱经水过滤器等注入试压管，并排出管内空气。螺杆式空压机（内置冷干机）、空气过滤
器（过滤精度为0. 01  Ym，贱油浓度≤1×10川）、贮气罐（空气缓冲罐）产生符合要求的压缩空气，然后通过两位两通电磁阀4、减压阀5、两位两通电磁阀6，输入高压小流量增压泵；或通过两位两通电磁阀10、减压阀9、两位两通电磁阀8，输入低压大流量增压泵，驱动增压泵，使试压管内压力增加到设定值。为了有效控制试验压力值的稳定性，即，试验压力上限误差为2%、下限误差为-1%，在下位机PLC中设定增压泵按一定的升压速率进行增压，即快速升压、慢速间歇补压。当试验压力超过上限值时，卸压阀16打开迅速卸压，使试验压力值始终保持在设定值内。操作人员通过电视监控系统17、18，在控制室内操作，便可完成整个试验。
4  系统主要组成部件口
4.1气动增压泵
    a)  工作原理压缩空气驱动大面积端活塞上下运动，小面积端装有2个单向阀，活塞的一吸一抽使得高压液体输出。输出压力可高达70 MPa，适用水、液压油等介质。
    b)  结构  由驱动空气入口、驱动空气管路、气动活塞、顶部挺杆、先导阀口、换向阀、底部挺杆、先导排气口、消声器、入口单向阀、出口单向阀等部分组成，如图2。
    c)  特点  气动增压泵与电动泵相比，可保持在任何预定压力下，不再消耗能量和产生热量；不产生热量，不会有吠花和火焰危险；压力线性输出，容易人工控制，达70 MPa的增压能力满足大多数高压需要；容易应用于自动控制系统中；连续启停，不受限制，并无不良影响；气动活塞环及其他气动部件在工作状态时不需要添加润
滑油，节省运行成本，并可防止油气污染环境；以压缩空气为动力源，不需使用电源。
4.2空气部分
    a)  驱动空气系统  使用单级、风冷、箱式低噪声螺杆空气压缩机，通过PI。C的组态界面显示其控制状态。
    b)  贮气罐（空气缓冲罐）  采用蓄能器补压，可实现无源控制，减少电机和加压系统的工作时间，提高加压系统的使用寿命，同时也保证了压力精度。缓冲罐设计压力为1．o MPa，罐体设有安全阀，保证罐安全工作。下面设有排污阀，可排出压缩空气中的污物，同时设有压力表，可直观显示空气压力。
    c)  空气干燥系统空气干燥系统采用冷冻式干燥机，露点在-15℃（常压下）。
    d)  空气过滤器  精过滤：粒径≤1 um，残油≤1×10 7；高精密过滤：粒径≤o．Ol Um，残油≤l×10 8。
4.3控制部分
    控制部分由工控机、工业控制软件、PI}C、电磁阀、压力传感器、电视监控和激光打印机等组成。
4.3.1工业控制软件
    采用组态软件进行界面设计和工艺流程设计，如图3。界面设计采用Windows模式中的菜单控制和工具条按钮控制2种控制试验的方式，试压过程中，压力信号和时间值用图形和数字同时显示，时间轴随时间的推进自行压缩。数据能够随时存贮，存贮的数据要方便事后查询，并能够打印和在计算机中输出jpcg格式或bmp格式的压力一时间血线。设备的运行、管道流通和阀门的工作状态采用动画设计，参数值显示采用动态伸缩条，使整体效果更为形象直观，可实现各界面间的自由切换，加上融合了数据处理算法，具有实时、可靠、高速等特点。设计跳出报警菜单功能，避免不正常操作和参数异常现象，使得整个装置和系统可靠和安全。
    为了解决试验压力值与界面显示滞后现象，压力传感器的压力采样频率为0.3 s，提高了整体的信号反应速度、控制精度及长期工作的可靠性，其灵敏度更高、更准。
4.3.2  作为下位机，接进压力等传感器的信号，根据工艺要求，对所有的设备及阀门进行控制。同时通过PPI电缆，PI)C与组态软件进行通讯，各个设备及阀门的运行状态可动态地出现在工控机显示屏上。
4.3.3电视监控
    电视监控由彩管显示器、光学自动变焦摄像头、云台控制解码器、云台和球罩等组成。摄像界面可在显示器中进行各种显示方式的切换、放大、全拍、抓拍和回放，并可进行刻录和备份。 控制系统及篮控系统均安装于集中控制柜内，控制柜安装于控制室内，操作人员可方便操作、观察。采用双显示屏，一个用于摄像监视，一个用于数
据输入及曲线在线生成。
5  结论
    本文论述了微机控制管材静液压爆破试验机的现状，分析了管材耐压爆破试验机的原理，研究了各个部分的结构特点，设计出了微机控制管材静液压爆破试验机系统，是机、电、气、液的有机结合系统，可为管材耐压试验提供高性能的设备，最高试验压力70 MPa。（http://www.51yaliji.com）