CN108871160B - 异径管承压能力校核辅助件、辅助组件及校核方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种异径管承压能力校核辅助件、辅助组件及校核方法，其中异径管承压能力校核辅助件包括一对比板、一对比条和一锁止结构；所述对比板呈梯形，且所述对比板的一斜边与铅垂面呈一固定夹角，且所述对比板形成与所述斜边平行的一导向槽，所述对比条的一端通过所述锁止结构可沿所述导向槽往复运动地与所述对比板枢接，当所述对比条与所述斜边平行时，所述对比条一侧边与所述斜边重合。本发明的一种异径管承压能力校核辅助件、辅助组件及校核方法，通过辅助工具的采用，可无需计算，直接通过眼睛观察即可简单、快捷地判定异径管的半顶角是否满足承压要求、是否符合规范要求，保护工程的安全进行。
Description
技术领域
本发明涉及异径管检测方法领域，尤其涉及一种异径管承压能力校核辅助件、辅助组件及校核方法。
背景技术
半顶角的角度是判定异径管承压能力的一个重要参数，随着半顶角的增大，异径管的局部应力升高，承压系数降低。当半顶角大到超过了临界值，异径管就会破裂，造成危害。
在管件制造厂家经常参照的标准GB/T12459-2017《钢制对焊管件类型与参数》中，未对异径管的半顶角做出定义和要求。笔者在走访各管件厂家的过程中，各厂家也对这一数值并不重视，甚至不知道半顶角的概念。这就对异径管成品的安全性，埋下了隐患。
在GB/T20801-2006《压力管道规范工业管道》中对标准半顶角数值有说明，并且对标准异径管临界规格承压系数的计算方法做了说明。所以合乎规范的异径管应满足以下两点：
1、成品异径管的半顶角与上述标准中的标准半顶角，角度一致；
2、成品异径管的半顶角与上述标准中的标准半顶角，角度不一致，但小于临界值。
作为购买异径管的单位，目前在考察上述两点时，并没有非常好的办法。要么使用三坐标测量仪，通过坐标的测量，计算出半顶角；要么对这项参数不做考察。
目前在异径管的承压检测工序中，通常使用三坐标测量仪通过坐标的测量，并经过计算得出异径管半顶角，来判定异径管半顶角是否满足承压要求。但现有的这种判定方法既不够直观，也不够迅速。
首先，用三坐标测量仪，测出坐标，然后求解半顶角的角度。这样做很准确，但是效率不高。如果每个异径管验货时都这样计算一遍，工作量很大，且费时费力。
其次，如果不逐个检验是不行的。目前异径管都是用模具挤压成型的，在这个过程中，模具也会逐渐变形，产品随之变化，到底模具的半顶角符不符合规范(很多管件厂家无法提供异径管制造模具的图纸)，或者变形多大，多久被整形恢复一次，作为购买单位，无从得知。
最后，对这项参数不考察也是不行的。如果从异径管的生产过程，到购买验收，都对此项参数不做甄别，那在石油化工装置中、民用燃气工程中等等，使用这样的异径管，无异于将人民生命财产安全置于极大地风险之中。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种异径管承压能力校核辅助件、辅助组件及校核方法，通过辅助工具的采用，可无需计算，直接通过眼睛观察即可简单、快捷地判定异径管的半顶角是否满足承压要求、是否符合规范要求，保护工程的安全进行。
为了实现上述目的，本发明提供一种异径管承压能力校核辅助件，包括一对比板、一对比条和一锁止结构；所述对比板呈梯形，且所述对比板的一斜边与铅垂面呈一固定夹角，且所述对比板形成与所述斜边平行的一导向槽，所述对比条的一端通过所述锁止结构可沿所述导向槽往复运动地与所述对比板枢接，当所述对比条与所述斜边平行时，所述对比条一侧边与所述斜边重合。
优选地，所述锁止结构包括所述导向槽、一销轴和一螺母，所述导向槽为通槽，所述销轴的第一端形成一限位部，所述销轴的第二端形成于所述螺母配合的螺纹结构，所述对比条的一端形成与所述销轴配合的连接孔；所述销轴穿设于所述连接孔内并可沿所述导向槽往复移动地插设置于所述导向槽。
优选地，所述固定夹角等于对应规格且满足预设承压要求的一异径管的最大半顶角。
优选地，所述规格包括所述异径管的压力等级、小端尺寸、大端尺寸、壁厚和材料。
优选地，本发明的一种异径管承压能力校核辅助组件，包括多个本发明所述的异径管承压能力校核辅助件，每一所述异径管承压能力校核辅助件的所述固定夹角不同。
优选地，所述固定夹角等于对应规格且满足预设承压要求的一异径管的最大半顶角，且每一所述固定夹角与对应所述异径管的最大半顶角一一对应。
本发明的一种基于本发明所述的异径管承压能力校核辅助组件的异径管承压能力校核方法，包括步骤：
S1：将待测的一异径管平稳放置；
S2：根据所述异径管的规格选取与所述规格匹配的一所述异径管承压能力校核辅助件；
S3：将所述异径管承压能力校核辅助件邻近所述异径管放置，且所述对比板的两平行边中的一长边与所述待测异径管的小端对应，所述对比板的两平行边中的一短边与所述待测异径管的大端对应；
S4：调整所述对比条的位置和角度，直至所述对比条与所述待测异径管的外壁相切且所述对比条与铅垂面所成夹角最大时，通过所述锁止结构将所述对比条锁止；
S5：用肉眼直接判断所述固定夹角与当前所述对比条与铅垂面所成夹角的大小；如当前所述对比条与铅垂面所成夹角的大小小于所述固定夹角，所述异径管满足承压要求；否则所述异径管不满足承压要求。
优选地，所述S1步骤中，将所述异径管的大端朝下，小端朝上平稳放置。
优选地，所述规格包括所述异径管的压力等级、小端尺寸、大端尺寸、壁厚和材料。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
锁止结构用于对对比条进行锁止和解锁；导向槽为对比条的移动提供导向。通过对比条、固定夹角和导向槽的配合，当将对比条与异径管相切时，可无需计算，即可直接通过肉眼快速对比固定夹角与和对比条与铅垂面夹角的大小，进而快速判断异径管是否满足承压要求。导向槽、销轴和螺母的配合，可实现对比条在导向槽任意移程和任意旋转角度的便捷锁止。异径管承压能力校核辅助组件中，多个异径管承压能力校核辅助件的采用，使得本实施例的异径管承压能力校核辅助组件可以满足多种规格异径管的承压检测的需求，提高了产品的通用性。另外通过本发明的异径管承压能力校核方法，可以帮助购买异径管的用户，简单、快捷地判定异径管半顶角的角度是否符合规范要求，保护工程的安全；或者帮助异径管的生产厂家对制造模具和异径管产品自检，降低废品率、减少不合格品和节约材料能源。
附图说明
图1为本发明实施例的异径管承压能力校核辅助件的结构示意图；
图2为本发明实施例的异径管承压能力校核方法的流程图；
图3为本发明实施例的异径管承压能力校核方法的测量状态示意图；
图4为图3的A区域的局部放大图。
具体实施方式
下面根据附图1～图4，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
请参阅图1和图3，本发明实施例的一种异径管承压能力校核辅助件，包括一对比板1、一对比条2和一锁止结构3；对比板1呈梯形，且对比板1的一斜边11与铅垂面呈一固定夹角a，且对比板1形成与斜边11平行的一导向槽31，对比条2的一端通过锁止结构3可沿导向槽31往复运动地与对比板1枢接，当对比条2与斜边11平行时，对比条2一侧边与斜边11重合。
锁止结构3用于对对比条2进行锁止和解锁；导向槽31为对比条2的移动提供导向。通过对比条2、固定夹角a和导向槽31的配合，当将对比条2与异径管4相切时，可无需计算，即可直接通过肉眼快速对比固定夹角a与和对比条2与铅垂面夹角的大小，进而快速判断异径管4是否满足承压要求。
本实施例中，锁止结构3包括导向槽31、一销轴32和一螺母(图中未示)，导向槽31为通槽，销轴32的第一端形成一限位部，销轴32的第二端形成于螺母配合的螺纹结构，对比条2的一端形成与销轴32配合的连接孔；销轴32穿设于连接孔内并可沿导向槽31往复移动地插设置于导向槽31。
导向槽31、销轴32和螺母的配合，可实现对比条2在导向槽31任意移程和任意旋转角度的便捷锁止。
固定夹角a等于对应规格且满足预设承压要求的一异径管4的最大半顶角。本实施例中，规格包括异径管4的压力等级、小端尺寸、大端尺寸、壁厚和材料。
固定夹角a等于对应规格且满足预设承压要求的一异径管4的最大半顶角，通过对比条2和斜边11的配合，可便捷地对比当前对比条2与异径管4相切时，固定夹角a与铅垂面所成夹角b的大小；进而判断异径管4是否满足承压要求。
本发明实施例的一种异径管承压能力校核辅助组件，包括多个本实施例的异径管承压能力校核辅助件，每一异径管承压能力校核辅助件的固定夹角a不同。固定夹角a等于对应规格且满足预设承压要求的一异径管4的最大半顶角，且每一固定夹角a与对应异径管4的最大半顶角一一对应。
多个异径管承压能力校核辅助件的采用，使得本实施例的异径管承压能力校核辅助组件可以满足多种规格异径管4的承压检测的需求，提高了产品的通用性。
另外，在制造本发明实施例的一种异径管承压能力校核辅助件时，与一预设规格对应的固定夹角a可通过计算该预设规格且满足预设承压要求的异径管4的最大半顶角获得，具体方法如下：
例如：求压力等级Class600，尺寸10"×4"，腐蚀裕量为2mm，壁厚Sch80×Sch80，材质为A234Gr.WPB的同心异径管4的最大半顶角。
1、首先，确定异径管4的设计压力。
管道的压力等级通常通过法兰来确定，以Class600，材质为A105为例，其管道的设计压力最大不会超过ASME B16.5法兰标准中的10.21MPa，若异径管4承压能力大于或等于此值，则异径管4是安全的。
此处设pc＝pL＝ps＝10.21Mpa；其中pc为异径管4的锥壳的最大许用工作压力；pL为所述异径管4的大端连接部的最大许用工作压力；ps为所述异径管4的小端连接部的最大许用工作压力。
2、然后，计算异径管4的锥壳承压系数cosα，异径管大端连接部承压系数RL、异径管小端连接部承压系数Rs。
异径管4的锥壳承压系数cosα1满足根据公式(1)：
其中，S为材料许用应力；为纵向焊接接头系数；TeL为异径管大端直管有效厚度；DL为异径管大端外径；pOL为异径管大端连接直管最大许用工作压力；pc为锥壳最大许用工作压力；
已知，材料许用应力S＝137.895Mpa纵向焊接接头系数异径管大端直管有效厚度TeL＝15.09×0.875-2＝11.204mm；异径管大端外径DL＝273mm；pc＝10.21Mpa；
则异径管大端连接直管最大许用工作压力：
pOL＝2×137.895×1.0×(15.09×0.875-2)÷273＝11.318Mpa；
第一锥壳承压系数cosα1＝pc/pOL＝10.21÷11.318＝0.902；
第一半顶角α1＝25.57°
另外，RL＝pL/pOL，RL为锥壳相对于大端直管的承压系数，
求得RL＝10.21÷11.318＝0.902；
此时第二锥壳承压系数cosα2＝0.464＜第一锥壳承压系数cosα1＝0.902；
α2＝62.00°，锥壳部分的承压能力下降至5.31MPa，小于10.21MPa，需要舍去。
然后，RS＝pS/pOS，其中，TeS为异径管小端直管有效厚度，DS为异径管小端外径，βS为满足公式RS＝1/βS的参数，RS为锥壳相对于小端直管的承压系数，pS为异径管小端连接部的最大许用工作压力，poS为异径管小端连接直管最大许用工作压力；
已知，材料许用应力S＝137.895Mpa纵向焊接接头系数异径管小端直管有效厚度TeS＝8.56×0.875-2＝5.490mm；异径管小端外径DS＝114.3mm；异径管小端连接部的最大许用工作压力pS＝10.21Mpa；
异径管小端连接直管最大许用工作压力：
pOS＝2×137.895×1.0×(8.56×0.875-2)÷114.3＝13.247Mpa；
锥壳相对于小端直管的承压系数：
RS＝pS/pOS＝10.21÷13.247＝0.771；
此时，第三锥壳承压系数cosα3＝0.464＜第一锥壳承压系数cosα1＝0.902；
α3＝62.36°锥壳部分的承压能力下降至6.15MPa，小于10.21MPa，需要舍去。
接着，计算锥壳设计的半顶角α4，α4满足公式：
其中，DL为异径管大端外径；DS为异径管小端外径；L为异径管长度；另外异径管4最小的半顶角应该不小于按照锥壳设计的半顶角α4。
已知，异径管大端外径DL＝273mm；异径管小端外径DS＝114.3mm；异径管长度L＝178mm；
计算获得，tanα4＝0.446，α4＝24.03°；
α1＝25.57°＞α4＝24.03°，故α1＝25.57°为该规格同心异径管4的临界半顶角。
也即，压力等级Class600，尺寸10"×4"，腐蚀裕量为2mm，壁厚Sch80×Sch80，材质为A234Gr.WPB的同心异径管4的最大半顶角25.57°。
又例如：求压力等级Class600，尺寸12"×6"，腐蚀裕量为2mm，壁厚STD×STD，材质为A234Gr.WPB的同心异径管4的最大半顶角。
1、首先，确定异径管4的设计压力。
管道的压力等级通常通过法兰来确定，以Class600，材质为A105为例，其管道的设计压力最大不会超过ASME B16.5法兰标准中的5.11MPa，若异径管4承压能力大于或等于此值，则异径管4是安全的。
此处设pc＝pL＝ps＝5.11Mpa；其中pc为异径管4的锥壳的最大许用工作压力；pL为所述异径管4的大端连接部的最大许用工作压力；ps为所述异径管4的小端连接部的最大许用工作压力。
2、然后，计算异径管4的锥壳承压系数cosα，异径管大端连接部承压系数RL、异径管小端连接部承压系数Rs。
异径管4的锥壳承压系数cosα1满足根据公式(1)：
其中，S为材料许用应力；为纵向焊接接头系数；TeL为异径管大端直管有效厚度；DL为异径管大端外径；pOL为异径管大端连接直管最大许用工作压力；pc为锥壳最大许用工作压力；
已知，材料许用应力S＝137.895Mpa纵向焊接接头系数异径管大端直管有效厚度TeL＝9.53×0.875-2＝6.339mm；异径管大端外径DL＝323.8mm；pc＝5.11Mpa；
则异径管大端连接直管最大许用工作压力：
pOL＝2×137.895×1.0×(9.53×0.875-2)÷323.8＝5.399Mpα；
第一锥壳承压系数cosα1＝pc/pOL＝5.11÷5.399＝0.946；
第一半顶角α1＝18.83°；
另外，RL＝pL/pOL，RL为锥壳相对于大端直管的承压系数，
求得RL＝5.11÷5.399＝0.946；
此时第二锥壳承压系数cosα2＝0.663＜第一锥壳承压系数cosα1＝0.946；
α2＝48.46°，锥壳部分的承压能力下降至3.58MPa，小于5.11MPa，需要舍去。
然后，RS＝pS/pOS，其中，TeS为异径管小端直管有效厚度，DS为异径管小端外径，βS为满足公式RS＝1/βS的参数，RS为锥壳相对于小端直管的承压系数，pS为异径管小端连接部的最大许用工作压力，pOS为异径管小端连接直管最大许用工作压力；
已知，材料许用应力S＝137.895Mpa纵向焊接接头系数异径管小端直管有效厚度TeS＝7.11×0.875-2＝4.221mm；异径管小端外径DS＝168.3mm；异径管小端连接部的最大许用工作压力pS＝5.11Mpa；
异径管小端连接直管最大许用工作压力：
poS＝2×137.895×1.0×(7.11×0.875-2)÷168.3＝6.917Mpa；
锥壳相对于小端直管的承压系数：
RS＝pS/pOS＝5.11÷6.917＝0.739；
此时，第三锥壳承压系数cosα3＝0.721＜第一锥壳承压系数cosα1＝0.902；
α3＝48.84°锥壳部分的承压能力下降至4.99MPa，小于5.11MPa，需要舍去。
接着，计算锥壳设计的半顶角α4，α4满足公式：
其中，DL为异径管大端外径；DS为异径管小端外径；L为异径管长度；另外异径管4最小的半顶角应该不小于按照锥壳设计的半顶角α4。
已知，异径管大端外径DL＝323.8mm；异径管小端外径DS＝168.3mm；异径管长度L＝203mm；
计算获得，tanα4＝0.383，α4＝20.96°；
α1＝18.83°＜α4＝20.96°，故α1＝18.83°舍去。
也即，压力等级Class600，尺寸12"×6"，腐蚀裕量为2mm，壁厚STD×STD，材质为A234Gr.WPB的同心异径管4的最大半顶角为21°，管道设计压力不应超过5.04MPa。
请参阅图1～图4，本发明的一种基于本实施例的异径管承压能力校核辅助组件的异径管承压能力校核方法，包括步骤：
S1：将待测的一异径管4平稳放置；本实施例中，将异径管4的大端朝下，小端朝上平稳放置；在其他实施例中，也可将异径管4的小端朝下，大端朝上平稳放置，或通过外部固定装置任意角度放置。
S2：根据异径管4的规格选取与规格匹配的一异径管承压能力校核辅助件；本实施例中，规格包括异径管4的压力等级、小端尺寸、大端尺寸、壁厚和材料。
S3：将异径管承压能力校核辅助件邻近异径管4放置，且对比板1的两平行边中的一长边与待测异径管4的小端对应，对比板1的两平行边中的一短边与待测异径管4的大端对应。
S4：调整对比条2的位置和角度，直至对比条2与待测异径管4的外壁相切且对比条2与铅垂面所成夹角b最大时，通过锁止结构3将对比条2锁止。
S5：用肉眼直接判断固定夹角a与当前对比条2与铅垂面所成夹角b的大小；如当前对比条2与铅垂面所成夹角b的大小小于固定夹角a，异径管4满足承压要求；否则异径管4不满足承压要求。
通过本实施例的异径管承压能力校核方法，可以帮助购买异径管4的用户，简单、快捷地判定异径管半顶角的角度是否符合规范要求，保护工程的安全；或者帮助异径管4的生产厂家对制造模具和异径管产品自检，降低废品率、减少不合格品和节约材料能源。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种异径管承压能力校核辅助件，其特征在于，包括一对比板、一对比条和一锁止结构；所述对比板呈梯形，且所述对比板的一斜边与铅垂面呈一固定夹角，且所述对比板形成与所述斜边平行的一导向槽，所述对比条的一端通过所述锁止结构可沿所述导向槽往复运动地与所述对比板枢接，当所述对比条与所述斜边平行时，所述对比条一侧边与所述斜边重合；
异径管承压能力校核包括步骤：
S1：将待测的一异径管平稳放置；
S2：根据所述异径管的规格选取与所述规格匹配的一所述异径管承压能力校核辅助件；
S3：将所述异径管承压能力校核辅助件邻近所述异径管放置，且所述对比板的两平行边中的一长边与所述待测异径管的小端对应，所述对比板的两平行边中的一短边与所述待测异径管的大端对应；
S4：调整所述对比条的位置和角度，直至所述对比条与所述待测异径管的外壁相切且所述对比条与铅垂面所成夹角最大时，通过所述锁止结构将所述对比条锁止；
S5：用肉眼直接判断所述固定夹角与当前所述对比条与铅垂面所成夹角的大小；如当前所述对比条与铅垂面所成夹角的大小小于所述固定夹角，所述异径管满足承压要求；否则所述异径管不满足承压要求。
2.根据权利要求1所述的异径管承压能力校核辅助件，其特征在于，所述锁止结构包括所述导向槽、一销轴和一螺母，所述导向槽为通槽，所述销轴的第一端形成一限位部，所述销轴的第二端形成于所述螺母配合的螺纹结构，所述对比条的一端形成与所述销轴配合的连接孔；所述销轴穿设于所述连接孔内并可沿所述导向槽往复移动地插设置于所述导向槽。
3.根据权利要求2所述的异径管承压能力校核辅助件，其特征在于，所述固定夹角等于对应规格且满足预设承压要求的一异径管的最大半顶角。
4.根据权利要求3所述的异径管承压能力校核辅助件，其特征在于，所述规格包括所述异径管的压力等级、小端尺寸、大端尺寸、壁厚和材料。
5.一种异径管承压能力校核辅助组件，其特征在于，包括多个权利要求1所述的异径管承压能力校核辅助件，每一所述异径管承压能力校核辅助件的所述固定夹角不同。
6.根据权利要求5所述的异径管承压能力校核辅助组件，其特征在于，所述，所述固定夹角等于对应规格且满足预设承压要求的一异径管的最大半顶角，且每一所述固定夹角与对应所述异径管的最大半顶角一一对应。
7.根据权利要求1所述的异径管承压能力校核辅助组件，其特征在于，所述S1步骤中，将所述异径管的大端朝下，小端朝上平稳放置。
8.根据权利要求1所述的异径管承压能力校核辅助组件，其特征在于，所述规格包括所述异径管的压力等级、小端尺寸、大端尺寸、壁厚和材料。
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