一种油气管道冻融试验装置

技术领域

本发明涉及冻胀融沉试验装置领域，特别是涉及一种油气管道冻融试验装置。

背景技术

冻胀是由于土体冻结过程中体积增大，融沉则是土层融化后在外荷载作用下产生的压缩形变，这两种现象都会对管道设施造成危害。冻胀融沉会导致管道周围的土体发生变形，进而使管道产生变形，这种变形可能使管道损坏或影响其正常使用，冻胀融沉过程中，管道可能会受到过大的应力作用，导致其破裂或出现裂缝，这会严重影响管道的输油能力，甚至可能导致油品泄漏，对环境造成污染。

现有技术中冻胀融沉的试验设备大多是对土体进行试验，通过测量土体变化压力来得到对管道的压力，这种试验方法不够直接，虽然有部分试验设备可以对管道和土体进行试验，但在试验时不能直接得到管道收到的压力数据，在使用上存在不方便，为此提出一种油气管道冻融试验装置来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种油气管道冻融试验装置，以解决上述现有技术存在的问题，在试验过程中方便直接观察油气管道受到的压力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种油气管道冻融试验装置，包括：

箱体，所述箱体侧壁内设置有空腔一和空腔二，所述箱体上开设有第一通孔，所述第一通孔内穿设有油气管道，所述箱体内装有土体，所述土体内设置有若干温湿度传感器，所述空腔一和所述空腔二连通，所述空腔一连通有冷气循环机，所述空腔二上设置有回流孔一，所述回流孔一与所述冷气循环机连通，所述箱体上设置有加压机构，所述加压机构与所述土体抵接，所述加压机构上设置有压力传感器一，所述土体内埋设若干进水管，所述进水管与水源连通；

压力测量组件，所述压力测量组件包括固定管，所述固定管位于所述油气管道内，所述固定管上设置有若干测量机构一和若干测量机构二，所述测量机构一上设置有压力传感器二，所述测量机构二上设置有压力传感器三，所述测量机构一和所述测量机构二均伸出所述油气管道，所述固定管和所述油气管道通过支撑机构活动设置在箱体上。

优选的，所述测量机构一包括外壳，所述外壳固定连接在所述固定管上，所述外壳内固定连接有若干第一电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆输出端固定连接有移动板，所述移动板上滑动连接有连接柱，所述连接柱上固定连接有压力柱一，所述压力柱一伸出所述油气管道，所述压力传感器二设置在所述移动板和所述压力柱一之间。

优选的，所述移动板上开设有第一过孔，所述连接柱穿设在所述第一过孔内，所述连接柱在所述第一过孔内滑动设置，所述油气管道上开设有若干第二过孔内，所述压力柱一伸入所述第二过孔内，所述压力传感器二固定连接在所述压力柱一上，所述移动板上固定连接有第二电动伸缩杆，所述第二电动伸缩杆输出端固定连接有支撑板，所述支撑板位于所述移动板和所述压力柱一之间。

优选的，所述移动板上固定连接有第一导向管，所述第一导向管与所述第一过孔连通，所述连接柱穿设在所述第一导向管内，所述连接柱远离所述压力柱一一端固定连接有挡板，所述油气管道上固定连接有若干第二导向管，所述第二导向管与所述第二过孔连通，所述压力柱一穿设在所述第二导向管内。

优选的，所述测量机构二包括第三电动伸缩杆，所述第三电动伸缩杆输出端固定连接有压力柱二，所述油气管道上开设有若干第三过孔，所述油气管道上固定连接有若干第三导向管，所述第三导向管与所述第三过孔连通，所述压力柱二伸入所述第三导向管和所述第三过孔内，所述压力柱二远离所述第三电动伸缩杆一端固定连接有所述压力传感器三，所述压力传感器三远离所述压力柱二一端固定连接有垫板，所述垫板边缘通过软连接与所述油气管道固定连接。

优选的，所述箱体包括外板、内板和隔板，所述土体装在所述内板中，所述外板和所述内板通过连接板固定连接，所述隔板位于所述外板和所述内板之间，所述隔板与所述连接板固定连接，所述内板、所述连接板和所述隔板形成所述空腔一，所述外板、所述连接板和所述隔板形成所述空腔二，所述隔板上开设有连接孔，所述空腔一和所述空腔二通过所述连接孔连通，所述隔板上开设有进气孔一，所述进气孔一上连通有硬管一，所述硬管一穿过并伸出所述外板，所述硬管一和所述冷气循环机通过软管连通，所述回流孔一开设在所述外板上，所述回流孔一与所述冷气循环机通过所述软管连通。

优选的，所述外板和所述隔板之间固定连接有若干顶块，所述隔板和所述内板之间固定连接有若干所述顶块，所述外板、所述内板和所述隔板上开设有若干所述第一通孔，所述第一通孔内固定连接有支撑管，所述支撑管内固定连接有帆布，所述帆布上开设有插孔，所述油气管道穿设在所述插孔内，所述插孔边缘固定连接有弹力绳。

优选的，所述内板内固定连接有网板，所述网板靠近所述内板底部设置，所述内板上开设排水孔，所述排水孔上安装有排水管，所述排水管穿过所述隔板和所述外板。

优选的，所述连接板上固定连接有围板，所述围板上可拆卸连接有上盖，所述上盖上开设有进气孔二和回流孔二，所述进气孔二和所述回流孔二均通过软管与所述冷气循环机连通，所述支撑机构包括两个立板一和两个立板二，所述外板上固定连接有若干加强板，所述立板一和所述立板二均固定连接在所述加强板上，所述立板一上开设有安装孔一，所述固定管两端插入所述安装孔一内，所述立板二上开设有安装孔二，所述油气管道两端插入所述安装孔内。

优选的，所述加压机构包括若干螺杆和顶板，所述螺杆固定连接在所述连接板上，所述顶板上开设有若干第二通孔，所述螺杆穿设在所述通孔内，所述螺杆上螺纹连接有若干螺母，所述螺母位于所述顶板两侧，所述顶板上固定连接有第四电动伸缩杆，所述第四电动伸缩杆输出端固定连接有安装板，所述压力传感器一固定连接在所述安装板上，所述压力传感器一远离所述安装板一端固定连接有压板，所述压板位于所述内板内，所述进水管穿过所述压板、所述顶板和所述上盖，所述外板底部设置有若干移动轮。

本发明公开了以下技术效果：本装置中冷气循环机用于产生冷气，冷气进入到空腔一内，再从空腔一进入到空腔二内，空腔一靠近土体，以方便快速给土体降温，冷气从空腔一进入到空腔二中，可减少空腔一与外部的热量交换，加压机构可对土体进行加压，可模拟不同深度土体的自重，压力传感器一方便观察增加的压力，进水管方便向土体中的不同部位加水，可模拟土体中局部含水量高的情况，方便观察在低温情况下局部含水量高的土体对油气管道的影响；测量机构一和若干测量机构二设置在固定管上，以减少对油气管道的影响，测量机构一和若干测量机构二方便观察油气管道不同位置受到的压力，压力传感器二和压力传感器三方便传递压力数据。本发明在对土体进行冻胀融沉的同时，可通过测量机构一和若干测量机构二方便直接观察冻胀对油气管道的压力，使用更加方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明油气管道冻融试验装置结构示意图；

图2为本发明油气管道侧视剖视图；

图3为图2中a的局部放大图；

图4为图2中b的局部放大图；

其中，1、空腔一；2、空腔二；3、第一通孔；4、油气管道；5、冷气循环机；6、回流孔一；7、进水管；8、固定管；9、压力传感器二；10、压力传感器三；11、外壳；12、第一电动伸缩杆；13、移动板；14、连接柱；15、压力柱一；16、第二电动伸缩杆；17、支撑板；18、第一导向管；19、挡板；20、第二导向管；21、第三电动伸缩杆；22、压力柱二；23、第三导向管；24、垫板；25、软连接；26、外板；27、内板；28、隔板；29、连接板；30、连接孔；31、进气孔一；32、硬管一；33、软管；34、顶块；35、支撑管；36、帆布；37、网板；38、排水管；39、围板；40、上盖；41、进气孔二；42、回流孔二；43、立板一；44、立板二；45、加强板；46、螺杆；47、顶板；48、螺母；49、第四电动伸缩杆；50、安装板；51、压力传感器一；52、压板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-4，本发明提供一种油气管道冻融试验装置，包括：

箱体，箱体侧壁内设置有空腔一1和空腔二2，箱体上开设有第一通孔3，第一通孔3内穿设有油气管道4，箱体内装有土体，土体内设置有若干温湿度传感器，空腔一1和空腔二2连通，空腔一1连通有冷气循环机5，空腔二2上设置有回流孔一6，回流孔一6与冷气循环机5连通，箱体上设置有加压机构，加压机构与土体抵接，加压机构上设置有压力传感器一51，土体内埋设若干进水管7，进水管7与水源连通；

压力测量组件，压力测量组件包括固定管8，固定管8位于油气管道4内，固定管8上设置有若干测量机构一和若干测量机构二，测量机构一上设置有压力传感器二9，测量机构二上设置有压力传感器三10，测量机构一和测量机构二均伸出油气管道4，固定管8和油气管道4通过支撑机构活动设置在箱体上。

在将土体装入箱体前，先按照要求在土体中加入水，使土体达到符合要求的含水率，将土体装入箱体内，当高度达到第一通孔3的位置时，将油气管道4插入第一通孔3内，再将继续填加土体，在装填土体的过程中，可埋入多个温湿度传感器，以方便在试验过程中观察土体的湿度和温度，冷气循环机5用于产生冷气，冷气进入到空腔一1内，再从空腔一1进入到空腔二2内，空腔一1靠近土体，以方便快速给土体降温，冷气从空腔一1进入到空腔二2中，可减少空腔一1与外部的热量交换，加压机构可对土体进行加压，可模拟不同深度土体的自重，压力传感器一51方便观察增加的压力，进水管7方便向土体中的不同部位加水，可模拟土体中局部含水量高的情况，方便观察在低温情况下局部含水量高的土体对油气管道4的影响；测量机构一和若干测量机构二设置在固定管8上，以减少对油气管道4的影响，测量机构一和若干测量机构二方便观察油气管道4不同位置受到的压力，压力传感器二9和压力传感器三10方便传递压力数据。

进一步优化方案，测量机构一包括外壳11，外壳11固定连接在固定管8上，外壳11内固定连接有若干第一电动伸缩杆12，第一电动伸缩杆12输出端固定连接有移动板13，移动板13上滑动连接有连接柱14，连接柱14上固定连接有压力柱一15，压力柱一15伸出油气管道4，压力传感器二9设置在移动板13和压力柱一15之间。

第一电动伸缩杆12带动移动板13移动，在将油气管道4装入箱体时，压力柱一15收缩到油气管道4内，当油气管道4装好之后，第一电动伸缩杆12带动移动板13移动，移动板13推动压力传感器二9和压力柱一15移动，使压力柱一15伸出油气管道4。

进一步优化方案，移动板13上开设有第一过孔，连接柱14穿设在第一过孔内，连接柱14在第一过孔内滑动设置，油气管道4上开设有若干第二过孔内，压力柱一15伸入第二过孔内，压力传感器二9固定连接在压力柱一15上，移动板13上固定连接有第二电动伸缩杆16，第二电动伸缩杆16输出端固定连接有支撑板17，支撑板17位于移动板13和压力柱一15之间。

移动板13在第一过孔内滑动，压力柱一15在第二过孔内滑动，支撑板17用于支撑移动板13和压力柱一15，在压力柱一15伸出油气管道4的过程中，支撑板17可以提供支撑，防止压力传感器二9过早的受力，当压力柱一15到达设定的位置时，第二电动伸缩杆16收缩，带动支撑板17离开移动板13和压力柱一15之间，压力柱一15伸出油气管道4之后，当土体温度降低后，会对压力柱一15产生压力，压力柱一15会带动压力传感器二9压向移动板13，此时移动板13已经不再移动，因此，压力传感器二9可以测量土体产生的压力。

进一步优化方案，移动板13上固定连接有第一导向管18，第一导向管18与第一过孔连通，连接柱14穿设在第一导向管18内，连接柱14远离压力柱一15一端固定连接有挡板19，油气管道4上固定连接有若干第二导向管20，第二导向管20与第二过孔连通，压力柱一15穿设在第二导向管20内。

第一导向管18方便连接柱14移动，挡板19防止连接柱14脱离第一导向管18，第二导向管20方便压力柱一15伸出，在收回压力柱一15时，第一导向管18会与挡板19接触，方便快速收缩压力柱一15。

进一步优化方案，测量机构二包括第三电动伸缩杆21，第三电动伸缩杆21输出端固定连接有压力柱二22，油气管道4上开设有若干第三过孔，油气管道4上固定连接有若干第三导向管23，第三导向管23与第三过孔连通，压力柱二22伸入第三导向管23和第三过孔内，压力柱二22远离第三电动伸缩杆21一端固定连接有压力传感器三10，压力传感器三10远离压力柱二22一端固定连接有垫板24，垫板24边缘通过软连接25与油气管道4固定连接。

第三电动伸缩杆21带动压力柱二22移动，压力柱二22带动压力传感器三10移动，直至压力传感器三10与垫板24接触，当土体温度降低后，会对垫板24产生压力，垫板24会压向压力传感器三10，从而压力传感器三10可以测量压力，软连接25可以防止土体进入到第三过孔内，软连接25较为松弛。

进一步优化方案，箱体包括外板26、内板27和隔板28，土体装在内板27中，外板26和内板27通过连接板29固定连接，隔板28位于外板26和内板27之间，隔板28与连接板29固定连接，内板27、连接板29和隔板28形成空腔一1，外板26、连接板29和隔板28形成空腔二2，隔板28上开设有连接孔30，空腔一1和空腔二2通过连接孔30连通，隔板28上开设有进气孔一31，进气孔一31上连通有硬管一32，硬管一32穿过并伸出外板26，硬管一32和冷气循环机5通过软管33连通，回流孔一6开设在外板26上，回流孔一6与冷气循环机5通过软管33连通。

连接板29用于连接外板26、隔板28和内板27，冷气循环机5通过硬管一32向空腔一1内输送冷气，冷气经过空腔一1后通过连接孔30进入空腔二2，更有利于空腔一1保持低温，冷气通过回流孔一6流回冷气循环机5内。

进一步优化方案，外板26和隔板28之间固定连接有若干顶块34，隔板28和内板27之间固定连接有若干顶块34，外板26、内板27和隔板28上开设有若干第一通孔3，第一通孔3内固定连接有支撑管35，支撑管35内固定连接有帆布36，帆布36上开设有插孔，油气管道4穿设在插孔内，插孔边缘固定连接有弹力绳。

顶块34起到支撑作用，提升牢固性，帆布36通过弹力绳包裹在油气管道4的外围，帆布36防止土体从第一通孔3漏出。

进一步优化方案，内板27内固定连接有网板37，网板37靠近内板27底部设置，内板27上开设排水孔，排水孔上安装有排水管38，排水管38穿过隔板28和外板26。

当土体进行融沉试验时，网板37方便水向下流出，排水管38方便水排出。

进一步优化方案，连接板29上固定连接有围板39，围板39上可拆卸连接有上盖40，上盖40上开设有进气孔二41和回流孔二42，进气孔二41和回流孔二42均通过软管33与冷气循环机5连通，支撑机构包括两个立板一43和两个立板二44，外板26上固定连接有若干加强板45，立板一43和立板二44均固定连接在加强板45上，立板一43上开设有安装孔一，固定管8两端插入安装孔一内，立板二44上开设有安装孔二，油气管道4两端插入安装孔内。

上盖40用于盖住土体，冷气循环机5的冷气通过进气孔二41进入上盖40内，再通过回流孔二42流回冷气循环机5内，立板一43用于支撑固定管8，立板二44用于支撑油气管道4，油气管道4再安装孔二内可以移动，方便观察油气管道4的变形。

进一步优化方案，加压机构包括若干螺杆46和顶板47，螺杆46固定连接在连接板29上，顶板47上开设有若干第二通孔，螺杆46穿设在通孔内，螺杆46上螺纹连接有若干螺母48，螺母48位于顶板47两侧，顶板47上固定连接有第四电动伸缩杆49，第四电动伸缩杆49输出端固定连接有安装板50，压力传感器一51固定连接在安装板50上，压力传感器一51远离安装板50一端固定连接有压板52，压板52位于内板27内，进水管7穿过压板52、顶板47和上盖40，外板26底部设置有若干移动轮。

顶板47通过第二通孔与螺杆46连接，第二通孔不带螺纹，螺母将顶板47固定住，第四电动伸缩杆49带动压力传感器一51和压板52移动，对土体产生压力，移动轮方便本装置移动。

本装置使用方法，在将土体装入箱体前，先按照要求在土体中加入水，使土体达到符合要求的含水率，将土体装入箱体内，当高度达到第一通孔3的位置时，将油气管道4插入第一通孔3内，再将继续填加土体，在装填土体的过程中，可埋入多个温湿度传感器，以方便在试验过程中观察土体的湿度和温度，土体填完后，将顶板47安装在螺杆46上，然后启动第四电动伸缩杆49，第四电动伸缩杆49带动压力传感器一51和压板52移动，使压板52压在土体上，模拟不同厚度的土体产生的自重力，启动冷气循环机5，冷气循环机5冷气先进入空腔一1和上盖40内，冷气从空腔一1进入到空腔二2中，再回到冷气循环机5内，上盖40内的冷气可从土体上表层进行降温，空腔一1内的冷气从土体的周围进行降温，可模拟自然界中的降温过程，降温后土体膨胀，会对压力柱一15产生压力，压力柱一15会带动压力传感器二9压向移动板13，此时移动板13已经不再移动，因此，压力传感器二9可以测量土体产生的压力；膨胀的土体对会对垫板24产生压力，垫板24会压向压力传感器三10，从而压力传感器三10可以测量压力。

在进行融沉试验时，可向上盖40内通过热空气，使土体从上层开始融化，更符合自然条件下的冻土融化，融化后水向下流动，可通过排水管38排出。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。