一种高压输气金属管气压爆破试验尖端裂缝形成装置

1.一种高压输气金属管气压爆破试验尖端裂缝形成装置，其特征在于：包括切割装置和炸高器，所述切割装置包含壳体、位于壳体内部的主装药和药型罩，所述壳体与药型罩材料相同，主装药采用铸装装药，切割装置整体一次压制成型，所述壳体两侧均设有L型支撑板，所述壳体的顶部设有若干个扩爆药，所述炸高器包含支撑件、伸缩件和调节旋钮，L型支撑板通过调节旋钮与支撑件连接，两侧L型支撑板之间连接有伸缩件；所述壳体和药型罩均包含线型主体和位于线型主体两端的“船”型端部，壳体线型主体为长方体等壁厚壳体，壳体船型端部为夹角型等壁厚壳体，药型罩为铅锑合金制成，药型罩线型主体为楔形变壁厚金属药型罩，药型罩船型端部为夹角型变壁厚金属药型罩；所述切割装置的名义最佳炸高单位mm，其中，V为炸药爆速，单位m/s，其变化范围为7000～9000m/s；U为切
割装置装药厚度，单位mm，其变化范围为1.5～15mm；W为药型罩线型主体母线长，单位mm，其变化范围为5～60mm，a1，b1，c1依次是V、U、W三个参数的指数，K1为系数，a1＝0.3～0.4、b1＝
0.4～0.6、c1＝0.9～1.1、K1＝(7.5～8.5)×10-3；所述裂缝宽度 D为金属
管厚度，单位cm，其变化范围为1～2cm；R为金属管曲率半径，单位mm，其变化范围为500mm～
700mm，H为设置炸高，单位cm，其变化范围为0～20cm，a2，b2，c2依次是R、D、H三个参数的指数，K2为系数，公式中a2、b2、c2、K2的值分别为：a2＝0.15～0.2、b2＝0.3～0.4、c2＝0.7～1.0、K2＝5～25。
2.根据权利要求1所述的高压输气金属管气压爆破试验尖端裂缝形成装置，其特征在于：所述炸高器为一次性金属-塑料复合可拆卸装置，其中支撑件、调节旋钮为薄金属件，所述伸缩件为塑料件，炸高可调节范围为0～10cm。
3.根据权利要求2所述的高压输气金属管气压爆破试验尖端裂缝形成装置，其特征在于：所述扩爆药位于扩爆药室，扩爆药室为塑料圆柱形空心壳体。
4.根据权利要求3所述的高压输气金属管气压爆破试验尖端裂缝形成装置，其特征在于：所述药型罩和壳体采用具有柔性的金属。

一种高压输气金属管气压爆破试验尖端裂缝形成装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种高压输气金属管气压爆破试验尖端裂缝形成装置，属于气体液体高压管道输送工程的技术与安全领域。\n背景技术\n[0002] 高压输气管道在运行过程中，因管内压力变化、管道材料疲劳或受损，以及外部作用等原因，导致管道在某处产生管壁裂纹进而出现长距离扩展，不仅会造成严重经济损失和环境污染，还将形成地面人员伤亡、建筑物及设施破坏受损等灾难性事故。因此，为尽量减小损失、加快事故发生后的抢修进程，国内外广泛开展了大口径高压金属管道的裂缝形成及扩展的力学行为研究。\n[0003] 金属管爆破试验中，当管内压力达到设定目标压力值时，在管壁确定部位适时引入裂缝，使其在管内高压气体驱动作用下快速扩展，以检验测试止裂结构性能。线型聚能切割装置起爆后能形成高速高能金属射流刀，是快速穿透高压输气管道形成初始裂缝的有效途径。但是，现有技术手段难以满足高压输气金属管特殊的裂缝形成要求，如特定的裂缝形状(裂纹宽度、裂纹尖端角)、不同尺寸和强度的管道特性及裂缝的特定方向等。\n发明内容\n[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高压输气金属管气压爆破试验尖端裂缝形成装置，可以实现特定的裂缝形状，适应不同的高压输气金属管试验要求。\n[0005] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种高压输气金属管气压爆破试验尖端裂缝形成装置，包括切割装置和炸高器，所述切割装置包含壳体、位于壳体内部的主装药和药型罩，所述壳体与药型罩材料相同，主装药采用铸装装药，切割装置整体一次压制成型，所述壳体两侧均设有L型支撑板，所述壳体的顶部设有若干个扩爆药，所述炸高器包含支撑件、伸缩件和调节旋钮，L型支撑板通过调节旋钮与支撑件连接，两侧L型支撑板之间连接有伸缩件。\n[0006] 作为优选，所述壳体和药型罩均包含线型主体和位于线型主体两端的“船”型端部，壳体线型主体为长方体等壁厚壳体，壳体船型端部为夹角型等壁厚壳体，药型罩为铅锑合金制成，药型罩线型主体为楔形变壁厚金属药型罩，药型罩船型段为夹角型变壁厚金属药型罩。\n[0007] 作为优选，所述炸高器的炸高 单位mm，其中，V为炸药爆速，单位m/s，其变化范围为7000～9000m/s；U为切割装置装药厚度，单位mm，其变化范围为1.5～15mm；\nW为药型罩线型主体母线长，单位mm，其变化范围为5～60mm，a1，b1，c1依次是V、U、W三个参数的指数，K1为系数，a1＝0.3～0.4、b1＝0.4～0.6、c1＝0.9～1.1、K1＝(7.5～8.5)×10-3。对于特定装药结构的切割装置，其名义最佳炸高是确定的，试验中需结合目标裂缝宽度在最佳炸高附近确定实际最佳炸高，并通过炸高器调节旋钮进行设置，以合理控制聚能射流的切割效果，使金属管形成均匀细长裂纹而不至于产生较大局部塑性变形\n[0008] 作为优选，所述裂缝宽度 D为金属管厚度，单位cm，其变化范围\n为1～2cm；R为金属管曲率半径，单位mm，其变化范围为500mm～700mm，H为设置炸高，单位cm，其变化范围为0～20cm，a2，b2，c2依次是R、D、H三个参数的指数，K2为系数，运用正交分析法确定试验方案，结合回归分析对试验数据进行处理，得出上述公式中a2、b2、c2、K2的值分别为：a2＝0.1～0.2、b2＝0.3～0.4、c2＝0.7～1.0、K2＝5～25。\n[0009] 作为优选，所述炸高器为一次性金属-塑料复合可拆卸装置，其中支撑件、调节旋钮为薄金属件，所述伸缩件为塑料件，炸高可调节范围为0～10cm，炸高可调节范围为0～\n10cm，一次爆炸试验后，炸高器即失去工作能力。\n[0010] 作为优选，所述扩爆药位于扩爆药室，扩爆药室为塑料圆柱形空心壳体。\n[0011] 作为优选，所述药型罩和壳体采用具有柔性的金属，可适应金属管表面的不同曲率。\n[0012] 有益效果：本发明的高压输气金属管气压爆破试验尖端裂缝形成装置，具有整体柔性，可沿与金属管轴向不同夹角方向布设，切割装置药型罩船型尖端避免了由端部效应形成的平头裂缝尖端，确保形成的初始裂缝尖端为楔形，对于特定的聚能切割装置，结合其切割能力与金属管材料及结构参数，确定实际最佳炸高，通过调整炸高器使切割装置形成特定宽度和尖端夹角的初始裂缝，有利于试验人员的灵活应用和使用安全，应用前景广泛。\n附图说明\n[0013] 图1为本发明的截面视图；\n[0014] 图2为本发明切割装置组元侧视图；\n[0015] 图3为本发明中药型罩的结构示意图；\n[0016] 图4为本发明中壳体的结构示意图。\n具体实施方式\n[0017] 实施例1：\n[0018] 如图1至图4所示，该切割装置针对长度10.5m，口径1.016m，厚度1.46cm的X70高压输气金属管气压爆破试验设计，包括切割装置和炸高器两部分组元，切割装置包括药型罩\n4、主装药3、扩爆药1和壳体2，炸高器包括支撑件5、调节旋钮6、伸缩件7三部分，轴向长度\n30cm。药型罩4与壳体2相连，由一个线型主体部分(线型主体)和两个“船”型端部(船型段)构成，均选用铅锑合金制成。药型罩线型主体10为楔形变壁厚金属药型罩，药型罩船型段11为夹角型变壁厚金属药型罩，药型罩线型主体10底部口宽22.5mm，开口角度110°，线型主体母线长度15mm，船型段11长度18mm，开口角度64°，线型主体10和船型段11顶部厚度0.8mm，底部厚度1.6mm。线型主体壳体线型主体8为长方形等壁厚壳体，壳体船型端部9为夹角型等壁厚壳体，壳体2壁厚1.6mm，采用铸装装药8701作为主装药3，爆速为8835m/s,主装药3高度\n1cm，采用特屈儿作为扩爆药1。使用时将炸高器与切割装置组装，并用L型支撑板将切割装置固定在管壁外侧上沿中心段，采用8#电雷管进行有线电起爆。\n[0019] 在试验前，我们需要形成两端对称，尖端成楔形，长度为30cm，平行段宽度为3mm的初始裂纹。采用随机筹划法方案，并对试验数据采用回归分析法确定出系数k1和指数a1，b1,W1分别为8.23×10-3,0.35,0.57,1.05,系数k2和指数a2,b2,W2分别为9.5,0.17,0.32,0.74。\n据公式 可得其名义最佳炸高为12.65mm，考虑实际操作的简易性，选择实际\n最佳炸高为13mm,由公式 计算得理论裂纹平行段宽度为3.63mm,符合试\n验要求。\n[0020] 实施效果：参阅图1与图2，对线型聚能切割装置采用两点同步起爆，起爆点设置在切割装置组元两端阔扩爆药室1处，经过我们的设置，切割装置起爆后，金属管表面瞬时形成初始裂缝，在高压气体载荷的强冲击作用下，裂缝沿轴向迅速扩展，金属管被剧烈撕开，初始裂缝长31.5cm，两端成楔形，裂缝中间段形成圆形翻唇。\n[0021] 实施例2：\n[0022] 如图1和图2所示，该切割装置针对长度31.7m，口径1.219m，厚度1.63cm的X90高压输气金属管气压爆破试验设计，包括切割装置和炸高器两部分组元。切割装置组元包括药型罩4、主装药3、扩爆药1和壳体2，轴向长度50cm。炸高器包括支撑件5、调节旋钮6、伸缩件7三部分。药型罩4与壳体2相连，由一个线型主体部分(线型段)和两个“船”型端部(船型段)构成，均选用铅锑合金制成。药型罩线型主体10为楔形变壁厚金属药型罩，船型段11为夹角型变壁厚金属药型罩，药型罩线型主体10底部口宽27mm，开口角度110°，线型主体母线12长度19mm，船型段11长度21mm，开口角度65.5°，线型主体10和船型段11顶部厚度1mm，底部厚度2mm。线型主体壳体线型主体8为长方形等壁厚壳体，船型段9为夹角型等壁厚壳体，壳体2壁厚2mm，采用铸装装药8701作为主装药3，主装药3高度1.9cm，采用特屈儿作为扩爆药1。使用时将炸高器与切割装置组装，并用固定装置将切割装置固定在管壁外侧上沿中心段，采用8#电雷管进行无线电起爆。\n[0023] 在试验前，我们需要形成两端对称，尖端成楔形，长度50cm，平行段宽度4mm的初始裂纹,采用正交试验法，并对试验数据采用回归分析法确定出系数k1和指数a1，b1,W1分别为\n8.5×10-3,0.37,0.48,0.9,系数k2和指数a2,b2,W2分别为20.3,0.15,0.35,0.85。据公式可得其最佳炸高为14.31mm，考虑实际操作的简易性，选择适宜炸高为15mm,\n由公式 计算得理论裂纹平行段宽度为4.48mm,符合试验要求。\n[0024] 实施效果：参阅图1，对线型聚能切割装置采用中点起爆，起爆方式设置在切割装置中部扩爆药室1处，切割装置起爆后，金属管表面瞬时形成初始裂缝，在高压气体载荷的强冲击作用下，裂缝沿轴向迅速扩展，金属管被剧烈撕开，初始裂缝长50.7cm，两端成楔形。\n[0025] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。