石油管材全尺寸复合载荷力学试验机

摘要

本发明属于材料性能研究与测试设备技术领域，具体涉及一种石油管材全尺寸复合载荷力学试验机。现有技术的试验机不能对石油管材进行全尺寸性能评价。为克服现有技术存在的问题，本发明所采用的技术方案是：一种石油管材全尺寸复合载荷力学试验机，包括平行设置的后部载荷平台、中间载荷平台及活动平台，所述后部载荷平台与中间载荷平台之间连接有多个横梁，中间载荷平台与活动平台之间设置有多个液压缸，活动平台的底部设置有滑轮，滑轮下部设置有导轨；所述后部载荷平台、中间载荷平台及活动平台的中心均设有柱形孔，柱形孔上设置有试样连接固定件，所述液压缸与控制单元连接。本发明可以对石油管材进行全尺寸性能评价。

权利要求

1.石油管材全尺寸复合载荷力学试验机，包括平行设置的后部载荷平台（1）、中间载荷平台（6）及活动平台（7），所述后部载荷平台（1）与中间载荷平台（6）之间通过固定螺母（3）连接有多个横梁（5），中间载荷平台（6）与活动平台（7）之间设置有多个液压缸（10），活动平台（7）的底部设置有滑轮（9），滑轮（9）下部设置有导轨（8）；所述后部载荷平台（1）、中间载荷平台（6）及活动平台（7）的中心均设有柱形孔，柱形孔上设置有试样连接固定件（2），所述液压缸（10）与控制单元（17）连接，所述试样连接固定件（2）是卡瓦或螺母结构，所述后部载荷平台（1）与中间载荷平台（6）之间的下部横梁（5）上跨设有导轨（11），在导轨（11）上滑动设置有活动底座（12），所述活动底座（12）上设置有卧式加热炉（13），所述卧式加热炉（13）与控制单元（17）连接，所述活动底座（12）上设置有外压挤毁容器（14），所述外压挤毁容器（14）与控制单元（17）连接，所述活动底座（12）上设置有弯曲框架测试组件（15），所述曲框架测试组件（15）与控制单元（17）连接。

说明书

石油管材全尺寸复合载荷力学试验机

技术领域

[0001] 本发明属于材料性能研究与测试设备技术领域，具体涉及一种石油管材全尺寸复合载荷力学试验机。

背景技术

[0002] 随着我国石油工业的发展，深井、超深井、高压气井、高温高压井等苛刻工况条件的油气井越来越多，这些井对石油管材的性能和质量要求越来越高，也迫切需要开发品种更多的新型管材。在新型管材开发中，为了准确反映管材服役条件和失效工况，科学地评价出管材的极限承载能力和适用性，需要建立一套全尺寸复合载荷力学试验系统，用于模拟实际载荷条件，包括内压、外压、轴向拉伸和压缩、扭转、横向力和温度等单项或复合载荷。但国内目前还没有开发出该类试验系统，国外据报道有成型的试验系统，但该系统售价高达近亿元人民币，因此只有极少的企业才进行这种试验，结果导致：一方面严重制约新型管材研发进度水平，另一方面由于不能对石油管材进行必要的测试，导致存在性能缺陷的管材进入油田，从而造成油田存在严重的安全隐患，甚至发生重大失效事故。

发明内容

[0003] 本发明提供一种石油管材全尺寸复合载荷力学试验机，以克服现有技术存在的不能对石油管材进行全尺寸性能评价的问题。

[0004] 为克服现有技术存在的问题，本发明所采用的技术方案是：一种石油管材全尺寸复合载荷力学试验机，包括平行设置的后部载荷平台、中间载荷平台及活动平台，所述后部载荷平台与中间载荷平台之间通过固定螺母连接有多个横梁，中间载荷平台与活动平台之间设置有多个液压缸，活动平台的底部设置有滑轮，滑轮下部设置有导轨；所述后部载荷平台、中间载荷平台及活动平台的中心均设有柱形孔，柱形孔上设置有试样连接固定件，所述液压缸与控制单元连接。

[0005] 上述试样连接固定件是卡瓦。

[0006] 上述试样连接固定件是螺母结构。

[0007] 上述后部载荷平台与中间载荷平台之间的下部横梁上跨设有导轨，在导轨上滑动设置有活动底座。

[0008] 上述活动底座上设置有卧式加热炉，所述卧式加热炉与控制单元连接。

[0009] 上述活动底座上设置有外压挤毁容器，所述外压挤毁容器与控制单元连接。

[0010] 上述活动底座上设置有弯曲框架测试组件，所述曲框架测试组件与控制单元连接。

[0011] 与现有技术相比，本发明的优点是：

[0012] 1、采用卧式结构，主载荷框架采用卧式结构可以实现对较长管状或长条状试样施加轴向拉伸、压缩大型载荷，其轴向拉伸载荷可达到5000吨，较目前立式结构，更方便框架的安放和和试样的安装。

[0013] 2、采用组合结构，配备外压挤毁容器、弯曲框架、卧式加热炉、内压/外压增压装置等，在一台试验机可以实现对试样施加轴向拉伸/压缩、内压/外压、弯曲、温度等单项或多项复合载荷试验。

[0014] 3、主载荷框架设计两个试样安放区和两个量程，根据试样规格和载荷大小，可实现两个试样安放和测试区，并可调节液压缸的工作数量，实现两个试验量程（满量程和半量程）。

[0015] 4、系统在加载过程中，完全由试样和载荷平台承担载荷，不必采用地基固定，避免了大型载荷加载时对其他约束装置的依赖，不但增加了可靠性，而且还降低了成本。

[0016] 5、各组合件采用螺纹紧固组合，各种试验载荷组件可以在活动平台上自由装卸，使活动平台由液压缸控制移动，使得本发明所述的复合载荷力学试验机具有移动灵活、安装拆卸容易、维修方便、适应性广的优点。

[0017] 6、由于采用实物试样，可以真实的模拟实际工况条件，所以试验结果能更真实、更直观的反映了石油管的实际使用性能。它是继外观尺寸检验、无损探伤、螺纹参数检测和材质理化分析之后的一种新的评价方式。

附图说明

[0018] 图1是本发明实施例1的结构示意图；

[0019] 图2是本发明实施例2的结构示意图；

[0020] 图3是本发明实施例3的结构示意图；

[0021] 图4是本发明实施例4的结构示意图。

[0022] 附图标记说明如下：

[0023] 1-后部载荷平台 2-试样连接固定件 3-固定螺母 4-连接堵头 5-横梁6-中间载荷平台 7-活动载荷平台 8-导轨 9-滑轮 10-液压缸 11-导轨 12-活动底座 13-加热炉 14-外压挤毁容器 15-顶弯液压缸 16-试样 17-控制单元
18-力传递连接杆。

[0024] 具体实施方式：

[0025] 下面将结合附图对本发明进行详细地说明。

[0026] 实施例1，参见图1。一种石油管材全尺寸复合载荷力学试验机，包括平行设置的后部载荷平台1、中间载荷平台6及活动平台7，所述后部载荷平台1与中间载荷平台6之间通过固定螺母3连接有多个横梁5，中间载荷平台6与活动平台7之间设置有多个液压缸10，活动平台7的底部设置有滑轮9，滑轮9下部设置有导轨8；所述后部载荷平台1、中间载荷平台6及活动平台7的中心设有柱形孔，柱形孔上设置有试样连接固定件2，所述液压缸10与控制单元17连接。所说试样连接固定件2在本实施例中采用的是螺母结构。

[0027] 轴向拉伸/压缩加载模式（较短试样），测试过程如下：对于较短的试样16，试样16采用螺母结构固定穿设于中间载荷平台6和活动载荷平台7之间，中间载荷平台6一端的试样16端部设置有连接堵头4。通过液压缸10移动活动载荷平台7，对试样16施加轴向拉伸或压缩载荷。

[0028] 实施例2，参见图2：本实施例的结构同实施例1，不同之处在于，所说的后部载荷平台1与中间载荷平台6之间的下部横梁5上跨设有导轨11，在导轨11上滑动设置有活动底座12。所说的活动底座12上设置有外压挤毁试验筒14，所述外压挤毁容器14与控制单元17连接。

[0029] 本结构可以实现轴向拉伸/压缩加载模式+外压加载模式，分别叙述如下：

[0030] 轴向拉伸/压缩加载模式（较长试样），测试过程如下：对于较长的试样16，试样16一端采用螺母结构固定在后部载荷平台1上，试样16的端部上设置有连接堵头4，试样16的另一端固定在力传递连接杆18上，力传递连接杆 18活动穿设于中间载荷平台6上，另一端固定在活动载荷平台7，通过液压缸10移动活动载荷平台7，对试样16施加轴向拉伸或压缩载荷。

[0031] 外压加载模式，测试过程如下：试样16设置于挤毁试验筒14内，挤毁试验筒14对试样施加径向压力，从而对试样16实现外压复合载荷。

[0032] 实施例3，参见图3。本实施例与实施例2的不同之处在于，所说活动底座12上安装有弯曲框架测试组件，该弯曲框架测试组件由同轴的两个弯曲约束臂和两个顶弯液压缸15构成，所述弯曲框架测试组件15与控制单元17连接。

[0033] 本结构可以实现轴向拉伸/压缩+弯曲加载模式，分别叙述如下：

[0034] 轴向拉伸/压缩加载模式，测试过程同实施例2。

[0035] 弯曲加载模式，测试过程如下：弯曲框架测试组件移动至试样16正下方，通过顶弯液压缸15对试样16施加载荷产生弯曲形变，从而对试样16实现弯曲复合载荷。

[0036] 实施例4，参见图4。本实施例与实施例2的不同之处在于，所说的活动底座12上安装有卧式加热炉13，卧式加热炉13与控制单元17连接。

[0037] 本结构可以实现施加轴向拉伸/压缩+温度载荷加载模式，分别叙述如下：

[0038] 轴向拉伸/压缩加载模式，测试过程同实施例2。

[0039] 温度载荷加载模式，测试过程如下：试样16设置于卧式加热炉13内，对试样16施加温度载荷。

[0040] 本发明还可实现轴向拉伸/压缩+内压、轴向拉伸/压缩+温度+弯曲、内压+弯曲、内压+温度、拉伸/压缩+内压+温度+弯曲等多种加载模式，从而实现复合力学性能的测试。