大口径高压水压试管机充水质量的研究

　　0　引言

　　随着我国石油及核电工业的迅猛发展,对于高质量大口径钢管的需求量日益加大,为了确保油井以及核电设备的正常使用,对于钢管耐压试验的要求也日益苛刻。影响钢管试压效果或者说决定钢管试压成功与否的因素较多,如:液压系统的设计压力是否能满足使用要求;增压器的增压比以及增压容积设计是否合理;设备的刚度与强度是否达到设计要求;油系统以及水系统是否存在泄漏;被试压钢管充水质量是否达到要求等。其中,被试压钢管的充水质量是制约大口径高压试管机试压成功与否的关键因素之一,而国内外关于这方面的报道较少,因此本文着重研究充水质量对大口径高压水压试管机的影响。

　　1　充水质量对大口径高压水压试管机的影响

　　钢管充水质量主要包括以下几个方面:¹钢管充液是否饱满;º充液液体中的气体含量;»充液速度的快慢。

　　1.1　钢管水压试管机增压原理

　　钢管水压试管机增压原理如下:将钢管内部充满液体,然后依靠增压器压缩钢管内部液体使其压力升高,达到试验要求压力后按要求时间进行保压,从而达到检测钢管耐压能力的目的。增压器的工作原理如图1所示。

　　压力油p1推动活塞杆运动,作用于右侧的液体上,根据力学平衡理论,作用在活塞杆大腔的力F1与作用在活塞杆右端的力F2相等,即:

　　由式(1)和式(2)可以推出:

　　由于D大于d,从而实现了增压的目的,增压比可由式(3)求得。增压器的容积可以根据式(4)求得,即:

　　其中:S为增压器的行程。

　　1.2　流体压缩性对增压器容积计算的影响

　　液体具有一定的压缩性,可用压缩系数k表示:

式中:ΔV——液体体积改变量;

　　Δp——液体压强改变量;

　　V——液体原始体积量;

　　K——体积弹性模量。

　　可见,液体体积的变化量与压强的增量、液体的初始体积以及液体的压缩系数成正比。

　　在试压过程中,为了防止钢管以及设备锈蚀,所用的试压用液体为乳化液,是由质量分数为95%的水和5%的防锈液混合而成。由相关资料可知乳化液的的体积弹性模量为2×10³MPa～2.2×10³MPa。

　　下面以钢管外径5630 mm、壁厚20 mm、长度10 000 mm,试验压力40 MPa,充液液体为乳化液为例,计算由于压力增加后液体的体积改变量。根据式(5)可以计算出ΔV=0.052 m3。以增压器活塞直径为Φ400 mm计算,根据式(4)可以得出增压器行程大约等于415 mm。