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专利名称：一种测量管道椭圆度的装置的制作方法
CN 102937404 A书明说1/4页一种测量管道椭圆度的装置技术领域
本发明属于管道生产和铺设安装技术领域，涉及一种管道参数测量装置，可为预测和控制其铺设和作业后的工作状态提供参考。
背景技术：
海底输油气管线是国家的生命线工程，其安全与否对于我国的海洋石油开发和国家经济发展关系重大。然而，海洋环境条件复杂多样，海底管道承受着自重、外部静水压力、 内部压力、崎岖不平的海床、海水腐蚀等复杂载荷和环境条件，铺设于海底的管道极有可能在外载荷的作用下发生屈曲和屈曲传播，海底管道一旦发生屈曲破坏，就会导致及其严重的油气泄漏事故，会给国家造成巨大的经济、社会、政治和生态损失。
国内外的研究表明，深水海底管道的局部屈曲临界压力对其自身的椭圆度非常敏感。随着椭圆度的增加，管道的局部屈曲临界压力显著降低，其敏感性曲线基本均呈抛物线型下降趋势。而从后屈曲过程上看，随着管件截面变形的增加，其截面的长短轴端点会逐渐形成塑性铰，短轴端点发生大变形以至相互接触，最终截面成为哑铃状。这一点提示我们在工程实际中，有必要对管件的椭圆度进行精确地测量，从而实现对管件性能及工作状态的预测和控制。
对于深水海底管道作业用的常见尺寸管件，如直径325mm壁厚10mm，即API规范规定的12吋管件，其截面的外径、长轴、短轴的测量精度应保证误差在Imm之内。目前在工厂的生产现场及实际的安装现场，多采用卡规和直尺配合，选取若干测点测量管件外径，将测得的最·大值作为长轴长度，最小值作为短轴长度的方法。这种方法虽然简单易行，但精度不高，基于操作者的人因误差较大，且需要的人力较多，特别是当需要对一根管件的多个截面进行椭圆度测量时，往往需要多名测量人员花费大量时间才能完成。
在目前已有的测量较大直径钢管椭圆度的技术中，基本上可分为激光式测量与机械式测量两类形式。这其中，利用激光方法测量管件椭圆度的装置比较复杂，造价较高，不便于在生产或铺设现场进行快速测量。利用机械方法测量管件椭圆度的装置测量，存在以下问题第一，结果的人为误差因素较难控制，如CN 202158829 U “一种便携式钢管椭圆度测量仪”和CN 201780083 U “一种测量钢管直径极值及椭圆度的测量工具”所述方法中， 均需要测量人员将测量装置沿管件外壁旋转360度，很难保证其测量轨迹截面与管件管端截面平行，且受管件实际摆放情况制约测量装置的360度旋转不易实现；第二，测量过程中对于截面长轴与短轴极值的确定不够精确，如CN 202158829 U “一种便携式钢管椭圆度测量仪”和CN 201449240 U “钢管椭圆度、弯曲度检测装置”所述方法中，测量人员需要在测量过程中人为确定所指刻度的最大值与最小值，而其测量装置又无法实现实时记录测量数据，因此测量精度难以保证；第三，发明人没有检索到可以在测量管件长轴长度的同时标定出其端点在管壁表面位置的装置，而管件截面的长短轴端点在管件局部屈曲的过程中会逐渐形成塑性铰，确定其位置对于预测和控制深水海底管道工作性能与可靠性极为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术上的不足，提供一种能够在生产和铺设现场便捷准确地测量大直径管道椭圆度的装置，采用本发明提供的装置，测量人员只需转动管件一周，即可直接读出管件截面的长短轴长度，同时确定长轴端点的位置，从而计算出其椭圆度，实现对大直径管道的质量检验，进而便于工程技术人员判断其是否满足工作要求，及时采取相应加强措施。本发明的技术方案如下
一种测量管道椭圆度的装置，包括连接在画板立柱(17)上的画板(18)、连接到测量立柱(11)上的椭圆度测量机构，画板立柱(17)和测量立柱(11)竖直固定在底座(I)上， 椭圆度测量机构为一个左右对称并位于一个平面上的框架结构，包括两个竖直杆(13)，两个竖直杆(13)的上部通过水平横梁相连，水平横梁包括分别垂直固定于两个竖直杆(13) 的两个水平连杆(15)，两个水平连杆(13)之间通过与其相互连成一条直线的水平弹簧(16)相连；椭圆度测量机构的下部通过位于两侧的下横梁(6)和上横梁分别连接到同侧的测量立柱(11)上，下横梁(6)和上横梁均与测量立柱(11)相互垂直；下横梁(6)的一端垂直固定到同侧的测量立柱(11)上，另一端的上部沿轴向开设有导槽(24)，在竖直杆(13)的下端装有滚珠(25)，滚珠(25)位于导槽(24)内；上横梁包括相互连接成一条直线的标定连杆(8 )和标定弹簧(10 )，标定连杆(8 )的一 端垂直固定到测量立柱(11)上，标定弹簧(10 )的一端固定在竖直杆(13)上；两个竖直杆的上端分别固定连接指向画板(18)的记号笔(14)。
作为优选实施方式,所述的装置还包括长轴端点标定机构,所述的长轴端点标定机构包括对称设置在两个下横梁(6)内侧的两组标定笔(2)和标定笔管(3)，标定笔管的长度大于标定笔，可在标定笔管内水平运动；在位于同侧的标定连杆(8)和下横梁(6)之间固定连接有定位杆(5)。
本发明提供了一种在管件铺设安装前量测其截面椭圆度并标定长轴端点位置的装置与方法，与现有技术相比具有以下优点
(I)对于大直径管件的椭圆度测量，本发明能够较好地实现测量精确性与经济适用性的统一；
(2)在测量精度上，本发明能够保证测量对象始终为与管端截面平行的管件截面， 能够实现对管件截面的360°全圆周测量，且测量结果易于读取和保存，能够最大限度地降低测量者对结果的人为干扰；
(3)在实用性能上，本装置工艺构造简单，造价便宜，便于拆卸、组装和携带，操作者将装置组装好后，只需转动管件一周即可完成测量标定工作，十分便捷，特别是当管件有多个截面需要测量标定时，可同时沿管长方向布置多个该装置，转动管件一周即可同时完成各个截面的测量标定，能够节约大量人力与时间；
(4)本装置能够实现对于管件截面长轴位置的标定，这对于预测管件的最终破坏形状和破坏位置以及检验已服役一段时间的管件的工作性能与状态有着重要意义，相关技术人员可以根据测量标定结果判断管件是否适合应用或采取必要的相应加强措施。


图I为本实施例的海底管道椭圆度测量装置的整体结构示意图。
图2为装配完成的椭圆度测量机构正视图。
图3为位于一侧的长轴端点标定机构细节图。
图中标号说明1底座；2标定笔；3标定笔管；4螺栓组；5定位杆；6下横梁； 7滚轮；8标定连杆；9紧定螺钉；10标定弹簧；11测量立柱；12画板；13竖直杆；14 记号笔；15水平连杆；16水平弹簧。
图中标号说明1底座；17画板立柱；18画板；19紧定螺钉；20画板横梁。
图中标号说明21管件支架；22管件支架滚轮；23 “几”字形门式框架；24导槽；25滚珠。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
本实施例提供了一种测量管道椭圆度的装置，整体结构图如图I所示，待测管件置于带有滚轮22的管件支架21上。测量装置主要包括可拆卸地安装在两个画板立柱17 上的画板18、连接到两个测量立柱11上的椭圆度测量机构及长轴端点标定机构几个部分。 椭圆度测量机构的外形为一个左右对称位于同一个平面上的“几”字形门式框架23。两个画板立柱17和两个测量立柱11竖直固定在底座I上，画板18和“几”字形门式框架23相互平行。测量时候，待测管道被夹持在“几”字形门式框架23内。
参见图2和图3。“几”字形门式框架23包括两个竖直杆13，两个竖直杆13的上部通过水平横梁相连，水平横梁包括分别垂直固定于两个竖直杆13的两个水平连杆15和一个位于两个水平连杆13之间并与其相互连成一条直线的水平弹簧16。“几”字形门式框架23的下部通过位于其两侧的下横梁6和上横梁分别连接到一个测量立柱11上，下横梁 6和上横梁均与测量立柱11相互垂直，但高度可以调。下横梁6的一端垂直固定到测量立柱11上，另一端的上部沿轴向开设有导槽24，竖直杆13的下端装有滚珠25，滚珠25位于导槽24内，可沿着导槽水平滑移。上横梁包括相互连接成一条直线的标定连杆8和标定弹簧10,标定连杆8的一端垂直固定到测量立柱11上，标定弹簧10的一端固定在竖直杆13 上。在标定连杆8和下横梁6之间通过螺栓组4固定有定位杆5，定位杆5的作用是保持标定连杆8和下横梁6的稳定，使它们在测量时始终垂直于测量立柱11。
在”几”字形门式框架23的两个竖直杆的上端分别固定连接记号笔14指向画板 18，能够将椭圆度测量机构的水平运动轨迹记录在画板上。
长轴端点标定机构包括对称设置在两个下横梁6内侧的两组标定笔2和标定笔管 3，标定笔管的长度大于标定笔，标定笔可在标定笔管内水平运动。
测量之前，将待测管件置于一个两端带有滚轮22的管件支架21上，使管件可以在支架21上转动。测量装置底座I置于管件正下方，将一组(两根)测量立柱11和一组(两根)画板立柱17分别固定在底座I上，每组立柱所在平面与管端截面所在平面平行。椭圆度测量机构及长轴端点标定机构装在两根测量立柱11上，保证椭圆度测量机构的两个竖直杆12铅直于地面，并与待测管件相接触，同时将竖直杆13下端的滚珠与下横梁6内侧上表面的导槽24相接触。在调整两个下横梁6的高度时，尽量使得竖直杆13紧贴待测管件， 调整标定笔2与待测管件相接触。
将画板18装在画板立柱17上，画板18上放置坐标纸，调节画板18的竖直位置， 使椭圆度测量机构的记号笔14可以在画板18的坐标纸上留下轨迹。
在进行测量时，测量人员先按上述内容将装置准备好，之后转动管件一周。由于水平横梁上的水平弹簧16和上横梁的标定弹簧10的存在，竖直杆13可以通过下部的滚珠沿导槽水平移动，从而使得记号笔14能够随着管件截面水 平间距的变化而在画板18上留下两段水平轨迹线，这两条线段的外侧端点间距离即为长轴长度，内侧端点间距离即为短轴长度，测量人员可以直接在画板的坐标纸上读出所测得的数值，进而根据公式椭圆度=(长轴长度一短轴长度)/ (长轴长度+短轴长度)，计算出该截面椭圆度。与此同时，由于标定装置的笔头没有连接弹簧一类的回弹装置，因此其会逐渐向水平管根部收进。当管径由小到大变化时，笔头一面收进一面在管件外壁上留下笔迹；当管径由大到小变化时，由于笔头与管件外壁脱离接触，因而不会留下笔迹。最终在管件外壁上留下的两段笔迹终点为管径最大处，即长轴的两个端点。
权利要求
1.一种测量管道椭圆度的装置，包括连接在画板立柱(17)上的画板(18)、连接到测量立柱(11)上的椭圆度测量机构，画板立柱(17)和测量立柱(11)竖直固定在底座(I)上，椭圆度测量机构为一个左右对称并位于一个平面上的框架结构，包括两个竖直杆(13)，两个竖直杆(13)的上部通过水平横梁相连，水平横梁包括分别垂直固定于两个竖直杆(13)的两个水平连杆(15)，两个水平连杆(13)之间通过与其相互连成一条直线的水平弹簧(16) 相连；椭圆度测量机构的下部通过位于两侧的下横梁(6)和上横梁分别连接到同侧的测量立柱(11)上，下横梁(6)和上横梁均与测量立柱(11)相互垂直；下横梁(6)的一端垂直固定到同侧的测量立柱(11)上，另一端的上部沿轴向开设有导槽(24)，在竖直杆13)的下端装有滚珠(25),滚珠(25)位于导槽(24)内；上横梁包括相互连接成一条直线的标定连杆(8) 和标定弹簧(10)，标定连杆(8)的一端垂直固定到测量立柱(11)上，标定弹簧(10)的一端固定在竖直杆(13)上；两个竖直杆的上端分别固定连接指向画板(18)的记号笔(14)。
2.根据权利要求I所述的测量管道椭圆度的装置，其特征在于，所述的装置还包括长轴端点标定机构，所述的长轴端点标定机构包括对称设置在两个下横梁(6)内侧的两组标定笔(2)和标定笔管(3)，标定笔管的长度大于标定笔，可在标定笔管内水平运动。
3.根据权利要求I所述的测量管道椭圆度的装置，其特征在于，在位于同侧的标定连杆(8)和下横梁(6)之间固定连接有定位杆(5)。
全文摘要
本发明属于管道生产和铺设安装技术领域，涉及一种测量管道椭圆度的装置，包括连接在画板立柱上的画板、连接到测量立柱上的椭圆度测量机构，画板立柱和测量立柱竖直固定，椭圆度测量机构包括通过带有水平弹簧的水平横梁相连的两个竖直杆；椭圆度测量机构的下部通过下横梁和上横梁分别连接到同侧的测量立柱上；下横梁的一端垂直固定到同侧的测量立柱上，另一端的上部沿轴向开设有导槽，竖直杆下端通过滚珠安装到于导槽内；上横梁带有标定弹簧；两个竖直杆的上端分别固定连接指向画板的记号笔。本发明可方便测量人员在现场直接读出管件截面的长短轴长度，同时确定长轴端点的位置，实现对大直径管道的质量检验。
文档编号G01B5/20GK102937404SQ20121043577
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者余建星, 李妍, 李小龙, 孙震洲, 卞雪航, 杨源, 梁静 申请人:天津大学