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用于装配、测量和监控机械管接头的完整性的装置和方法

阅读:705发布:2022-05-26

专利汇可以提供用于装配、测量和监控机械管接头的完整性的装置和方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且用于机器加工以形成销端和箱端的制备管的方法和系统,该销端和箱端用于通过使用在制造和组装期间均完全测量和记录的机械压 力 配合的 管接头 组装成管道。安装的管道包括管道数据 监控系统 ,其耦合到管道数据管理中心,用于接收、归档和分析数据记录,从而帮助管道的管理、操作以及故障排除。,下面是用于装配、测量和监控机械管接头的完整性的装置和方法专利的具体信息内容。

1.一种用于制备管段的方法,其用于使端部形成销和箱构造从而在管道中形成机械压配合的管接头的操作,所述方法包括以下步骤:
检查原料管段以接受预处理工艺;
将管段的端部的内侧边缘倾斜到预定度以准备形成销端构造;
如果管段的端部准备要形成箱端构造,则绕过上一步骤;
清洗所述管段的端部的内表面和外表面;
在经清洗的所述管段的所述内表面和外表面上施加防腐蚀剂;
用永久可读代码标记所述管的每个各自的端部;以及
将经预处理的所述管段传送到储存位置或端部形成位置。
2.根据权利要求1所述的方法,其中将管段的所述端部的内侧边缘倾斜到预定角度的所述步骤包括以下步骤:
在距离所述管段的所述端部大约1.0英寸处,将所述管段的所述销端的内侧边缘相对于所述管段的纵向轴线加工成大约为8度的角度。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述清洗步骤包括以下步骤:
预热所述管段以清除防腐蚀剂材料的任何残留;并且
使用喷砂或珩磨工艺将所述管的表面制备为裸露的金属表面。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述施加防腐剂的步骤包括以下步骤:
将所述管加热至预定温度;并且
在所述管的表面喷涂一层粉状环树脂
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述施加防腐剂的步骤包括以下步骤:
在所述管的表面上喷涂底漆;并且
将液体环氧树脂涂料喷涂到所述底漆的表面上。
6.根据权利要求1所述的方法,其中所述施加防腐剂的步骤包括以下步骤:
施加由溶剂基或者矿物油基配比的防腐蚀剂涂层。
7.根据权利要求1所述的方法,其中所述标记步骤包括以下步骤:
对信息进行编码,所述信息选自由管规格,厂材料证书,加工设备的日期、时间和位置组成的群组。
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述标记步骤包括以下步骤:
永久地打印编码信息,所述编码信息的形式选自由条形码、二维条形码和字母数字代码组成的群组。
9.根据权利要求1所述的方法,其中所述标记步骤包括以下步骤:
印刷编码信息,所述印刷方法选自由点喷丸冲压和蚀刻的方法组成的群组。
10.一种用于形成管段的第一(箱)端和第二(销)端的系统,以在管中的管段之间形成机械压力配合的接头,包括:
端部制备工作台,其包括固定工具支撑件和安装在工作台上的反向活动管夹,所述固定工具支撑件配备有用于形成管段的箱端或销端的模具,并且所述活动管夹连接到液压油缸用来将所述活动管夹拉向所述固定工具支撑件;
压力传感器,其用来测量用以操作所述液压油缸的液压管路压力P;
行程长度传感器,其用来测量正在形成的管端部之内或之上的所述模具的行程长度L;
数据采集单元,其与所述压力传感器和所述行程传感器耦合,用于接收所述压力传感器和所述行程传感器的输出并将所述输出转换成数字形式;和
过程监控计算机,其包括非易失性存储器,处理器耦合到所述数据采集单元的输出端,并且被配置为在所述存储器中存储的程序的控制下,测量所述液压和所述模具行程长度,同时形成所述活动管夹支撑的管段的各自的箱端或销端。
11.根据权利要求10所述的系统,还包括:
显示器,其与所述过程监控计算机的输出端耦合,以在所述端部制备工作台的操作过程中显示识别数据和包括液压P和行程长度L的测量参数的图形图。
12.根据权利要求10所述的系统,其中所述处理器还包括:
存储在所述非易失性存储器中的处理程序,其被配置为在耦合到所述处理器的显示器上以图形形式显示所测量的液压P和行程长度L,同时形成所述管段的各自的箱端或销端。
13.根据权利要求10所述的系统,还包括:
通信接口,其可操作地连接到所述过程监控计算机的输出端,用于将所述过程监控计算机通过通信网络连接到远程数据管理中心计算机。
14.根据权利要求10所述的系统,其中还包括:
由通过内燃机驱动的液压提供的液压源。
15.根据权利要求10所述的系统,其中所述行程长度传感器包括:
位移测量装置,其选自由字符串电位计、测量带和激光测距仪组成的群组。
16.一种用于制备多个管段的方法,通过使用机械压力配合的管接头来连接所述多个管段以在管道中组装,该方法包括以下步骤:
对每个原料管段进行预处理;
使用机械压力配合的管接头形成用来连接的每个管段的各自的销端和箱端;
使用过程监控计算机系统来测量和存储与处理中的管段的销端和箱端相关联的至少两个参数,其中每个销端和箱端的形成的至少两个参数的数据记录被创建并存储;
利用永久编码的数据面板标记每个管段的每个销端和箱端,其中所述数据面板记录了相关的箱端或销端的识别数据和端部制备数据;
根据适用于管道中管段预期使用的规格对形成的管段进行涂覆;以及
在每个管段上安装管道数据监控总线。
17.根据权利要求16所述的方法,其中所述进行预处理步骤包括以下步骤:
检查原料管段以接受预处理工艺;
将管段的端部的内侧边缘倾斜到预定角度,以待形成销端构造;
如果所述管段的端部要形成箱端构造,则绕过上一步骤;
清洗所述管段的所述端部的内表面和外表面;以及
将所述预处理的管段传送到储存位置或端部形成位置。
18.根据权利要求17所述的方法,其中将管段的所述端部的内侧边缘倾斜到预定角度的所述步骤包括以下步骤:
在距离所述管段的所述端部大约1.0英寸处,将所述管段的所述销端的内侧边缘相对于所述管段的纵向轴线加工成大约为8度的角度。
19.根据权利要求16所述的方法,其中所述形成每个管段的各自的销端和箱端的步骤包括以下步骤:
将待成形的管端部固定在端部制备工作台上的活动管夹中,所述制备工作台还包括反向的固定工具支撑件,其配置有用于形成所述销端或所述箱端的模具;以及操作耦合到所述活动管夹的液压油缸,以使得所述管端部与所述模具啮合,以形成所述管段的所述销端或所述箱端。
20.根据权利要求16所述的方法,其中所述测量至少两个参数的步骤包括以下步骤:
使用压力传感器测量液压管路压力P以操作所述液压油缸;并且
使用行程长度传感器测量正在形成的管段之内或之上的模具的行程长度L。
21.根据权利要求16所述的方法,其中所述标记每个管段的每个销端或箱端的步骤包括以下步骤:
在管段的每个端部的管段的表面形成永久编码的数据面板,其包含用于所述管段的相关的销端或箱端的通过使用代码读取装置可读取的识别和端部制备数据。
22.根据权利要求16所述的方法,其中所述涂覆的步骤包括以下步骤:
热管段以清除防腐蚀材料的任何残留;
使用喷砂或珩磨工艺将所述管的表面制成裸露的金属表面;
遮蔽销端和箱端的任何必要的部分,以保护所述裸露的金属表面;
根据客户规格根据需要安装数据监控总线;并且
根据需要施加包括任何底漆的抗化学腐蚀环氧树脂涂层。
23.一种用于使用机械压力配合管接头将管段组装成连接在一起的管道的方法,包括以下步骤:
通过使用机械压力配合的管接头操作液压组装机器来组装管段以形成管道;
在所述组装机器的操作过程中监控由安装在所述组装机器上的相应的传感器提供的液压P和行程长度L数据,并将所述数据存储在耦合到过程监控计算机的数据库中;
安装管道传感器电路,并将其连接到所述管道数据监控总线;并且测试完成的管道系统的完整性和操作性。
24.根据权利要求23所述的方法,其中所述操作步骤包括以下步骤:
手动地或者根据程序控制自动地设定所述液压P和所述行程长度L的初始基准值及所述组装机器的运行。
25.根据权利要求23所述的方法,其中所述监控步骤包括以下步骤:
在耦合到相应传感器的过程监控计算机中将所述P和L数据转换为图形形式;
绘制图形P和L数据,以显示在耦合到所述过程监控计算机的显示器上;以及将所述P和L数据存储在耦合到所述过程监控计算机的数据库中。
26.根据权利要求23所述的方法,其中所述安装管道传感器电路模块的步骤包括以下步骤:
在每个机械压力配合接头处将传感器电路模块固定于所述管;
将每个模块连接到所述管道监控总线;并且
将电源、致动器和数据发送器连接到所述管道监控总线。
27.根据权利要求23所述的方法,其中测试步骤包括以下步骤:
对所述管道监控系统进行电和数据信号测试;
对已安装的管道进行关于泄漏和流量的压力测试;并且
将超声探测装置连接到所述管,以进行关于泄漏和流动振动的声学测试。
28.一种用于在管段的第一和第二端之间使用机械压力配合的接头形成的由管段组成的管道的系统,包括:
组装工作台,其包括安装在工作台上的第一和第二反向管夹,并通过液压油缸连接,用于将所述第一和第二反向管夹相互牵引;
压力传感器,其用来测量用于操作所述液压油缸的液压管路压力P;
行程传感器,其用于测量第一管端部被第二管端部的穿透量相应的行程长度L;
数据采集单元,其与所述压力传感器和所述行程传感器耦合,用于接收所述压力和直线位移传感器的测量输出并将所述输出转换成数字形式;
过程监控计算机,其包括非易失性存储器,处理器耦合到所述数据采集单元的输出端并且被配置为在所述存储器中存储程序的控制下,测量将管端部连接在一起以组装管时的液压P和行程长度L;以及
处理器还被配置为在压力配合接头形成时在所述显示器上以图形的形式显示所测量的液压P和穿透量L。
29.根据权利要求28所述的系统,还包括:
耦合到所述过程监控计算机的输出端的显示器,其用于在所述端部制备工作台的操作过程中显示识别数据以及包括所述液压P和所述行程长度L的测量参数的图形图。
30.根据权利要求28所述的系统,其中所述处理器还包括:
存储在所述非易失性存储器中的处理程序,其被配置为当组装所述管段时在耦合到所述处理器的显示器上以图形形式显示所测量的所述液压P和所述行程长度L。
31.根据权利要求28所述的系统,还包括:
通信接口,其可操作地连接到所述过程监控计算机的输出端,用于将所述过程监控计算机通过通信网络连接到远程数据管理中心计算机。
32.根据权利要求28所述的系统,其中还包括:
由通过内燃机驱动的液压泵提供的液压源。
33.根据权利要求28所述的系统,其中所述行程长度传感器包括:
位移测量装置,其选自由字符串电位计、测量带和激光测距仪组成的群组。
34.一种用于监控影响安装的管道的操作和环境条件的系统,其包括:
安装在所述管道表面上的数据监控总线,所述管具有通过机械压力配合的多个管接头连接的多个管段;
数据传感模块,其安装在每个管接头处并连接到所述数据监控总线;
管道数据采集系统,其沿着所述数据监控总线以选定的间隔与所述数据监控总线通信地耦合;以及
在所述管道数据采集系统的通信接口,其通过网络耦合到数据管理中心计算机以接收、存储和处理由所述数据传感模块提供和通信的数据。
35.根据权利要求34所述的系统,其中所述数据监控总线包括:
用于传送电功率和数据信号的多个导体;和
在每个管接头的位置处的连接器,其用于连接到数据传感模块。
36.根据权利要求34所述的系统,其中所述数据传感模块包括:
多个传感器,其用于传感所述管道或者所述管道的接头中的与泄露相关的至少温度、声音以及由应变引起的管道结构的位移;
数据采集处理器,其用于接收传感器信号并将所述传感器信号转换为数字格式;和发射器,其用于将转换的数据的通信发射到管道数据接收器
37.根据权利要求34所述的系统,其中所述管道数据采集系统包括:
耦合到所述数据监控总线的管道数据发射器;和
具有接口的管道数据接收器,其用于通过全球网络与数据管理中心通信。
38.根据权利要求34所述的系统,还包括:
数据管理中心计算机,用于接收、存储和处理由数据传感模块提供和通信的数据;和包括至少一个操作程序的应用软件套件,其用于处理来源于所述数据采集系统的有关管道运行参数和条件的数据测量。
39.一种在商品管道中使用的管段的组装操作和机器的测量和控制的方法,包括以下步骤:
在管段的各自的端部分别形成销端和箱端,其中在所述各自的端部的形成期间,与形成所述各自的端部相关联的至少第一预定参数和第二预定参数应当在预定公差内被满足;
在管道的第一管段和第二管段之间形成机械压力配合的接头,其中管道的第一管段的销端被插入到第二管段的箱端中,直到达到在所述机械压力配合的接头的组装期间所述至少第一预定参数和第二预定参数在预定公差内被满足;并且
当所述销端和所述箱端形成时以及当所述管道的第一管段和第二管段组装在一起时,在图形显示器上测量和显示所述至少第一预定参数和第二预定参数。
40.根据权利要求39所述的方法,其中所述形成管段的销端和箱端的步骤包括以下步骤:
将所述管段固定在端面制备机器的管夹中,所述端面制备机器在过程监控计算机的非易失性存储器中存储的程序的控制下通过液压进行操作;
设置第一预定参数和第二预定参数的初始基准值,并且手动地、或通过程序控制自动地控制所述端面制备机器的操作。
41.根据权利要求39所述的方法,其中所述测量步骤包括以下步骤:
测量所述第一预定参数,其被限定为超过用于形成所述管段的第一端作为销端或者所述管段第二端作为箱端而施加的参考压力的液压P;以及
测量所述第二预定参数,其被限定为距离通过心轴中支撑的模具正在成形的所述管段的所述各自的端部行进的限定的初始参考的距离L;其中
测量的第一预定参数和第二预参数被储存在耦合到所述过程监控计算机的数据库中。
42.根据权利要求41所述的方法,还包括以下步骤:
用记录有与所述各自的销端或者箱端的识别和端部制备数据的永久编码的数据面板标记每个管段的每个销端和箱端。
43.根据权利要求39所述的方法,其中所述在管道的第一管段和第二管段之间形成机械压力配合的接头的步骤包括以下步骤:
将所述管段固定在现场组装机器的管夹中,所述现场组装机器在过程监控计算机的非易失性存储器中存储的程序的控制下通过液压进行操作;
设置第一预定参数和第二预定参数的初始基准值,并且手动地、或通过程序控制自动地控制所述组装机器的操作。
44.根据权利要求39所述的方法,其中所述测量步骤包括以下步骤:
测量所述第一预定参数,其被限定为超过用于形成所述管段的第一端作为销端或者所述管段第二端作为箱端而施加的参考压力的液压P;以及
测量所述第二预定参数,其被限定为距离通过心轴中支撑的模具正在成形的所述管段的所述各自的端部行进的限定的初始基准的距离L;其中
其中所述测量的第一预定参数和第二预参数被储存在耦合到所述过程监控计算机的数据库中。
45.根据权利要求43所述的方法,还包括以下步骤:
更新在记录有与所述各自的销端或者箱端的识别和端部制备数据的所述永久编码的数据面板中的每个管段的每个销端和箱端的标记。
46.一种用于通过使用机械压力配合的接头将多个管段连接在一起构造的管道的数据管理系统,包括:
耦合到所述管道和网络的数据采集系统;
数据管理计算机系统,其包括具有安装在其中的显示器、非易失性存储器和应用软件套件的至少一台计算机,所述计算机系统耦合到所述网络以处理由所述数据采集系统提供的数据;
耦合到所述数据管理计算机系统的数据库,其用于存储源于所述数据采集系统并由所述数据管理计算机系统处理的数据;其中
所述应用软件套件包括至少一个操作程序,其用于处理来自所述数据采集系统的关于管道操作参数和条件的数据测量。
47.根据权利要求46所述的数据管理系统,其中所述数据采集系统包括:
安装在所述管道表面的数据监控总线;
数据传感模块,其安装在每个机械压力配合的管接头处并且连接到所述数据监控总线;
管数据采集处理器,其沿着所述数据监控总线以选定的间隔与所述数据监控总线通信地耦合;和
所述管道数据采集系统的通信接口,其通过网络耦合到数据管理中心用以接收、存储和处理由数据感应模块提供和通信的数据。
48.根据权利要求46所述的数据管理系统,其特征在于,所述数据管理计算机系统包括:
包括内部中心网络的处理中心;
连接到所述内部中心网络的多个工作站;和
用于将所述处理中心与外部网络交互的至少一个服务器系统。
49.根据权利要求46所述的数据管理系统,其中所述应用软件套件还包括:
至少一个操作程序,其用于处理在用于形成管端部和用于组装管段的操作期间获取的包括液压P和行程长度L的数据测量。

说明书全文

用于装配、测量和监控机械管接头的完整性的装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种机械压配合管接头,更具体地涉及一种用于在管段的制造和组装过程中测量和监控压力配合的机械管接头的参数的计算机实施系统和方法,管的构造,监控环境的条件和机械压力配合管接头经受的应力,并且利用由此产生的数据来为机械连接的管段制定标准。

背景技术

[0002] 用于输送商品和其他物质(例如包括精炼的油和液体产品以及天然气、压缩气体和二的典型的流体材料)的管道在长距离时易遭受多种条件和外力从而导致管道的失效,例如破裂、断裂或泄漏。这些失效可以由施加在接头上的拉伸力或压缩力,或者通过管的弯曲、扭转或振动等来表示,这通常是由于管道位置处存在的过量的内部压力或者地质或气象条件。管道通常由通过各种装置端对端的连接在一起的管段构成。在上述变化较大的条件下,管道的效用、完整性和寿命在很大程度上取决于接头的质量。各种方法被用于将管段连接在一起,包括但不限于焊接螺纹接头、胶合接头以及机械接头
[0003] 虽然更常见的焊接、螺纹连接和胶接方法能够提供牢固、可靠和耐用的接头,但其在制备或准备过程中相对耗时,且为劳动密集型的操作,该准备过程例如焊接操作本身,加工管端部来切割螺纹,当用泥或环氧树脂材料将管段连接在一起时需要对将要连接的表面进行珩磨和清洁。这些操作可能会延长管道的安装时间、增加施工成本,从而降低企业的生产率。另一方面,机械压力配合接头提供了在尽可能低的成本下快速施工的潜力,消除了将管段连接在一起的传统方法的很大一部分的劳动密集型工作。在机械接头中,一段管的末端稍稍扩大(称为“钟”端或“箱”端)被施压(即压力配合)在另一段管的相邻的端部上,其可以是稍微锥形的(称为“销”端)以在销端上容纳箱端的通道。通常,这种预成形的端部被对准并液压压在一起,直到在相邻管段的销端之上的第一管段的箱端的重叠部分达到规定量。如此形成的机械接头被迅速制成,导致管道的构造时间要少得多,通常涉及较少的工人。
[0004] 然而,机械接头主要依赖于沿压力接合在一起的管端部之间的界面的均匀性和接触面积,一个接一个地,来提供并保持接头的防漏完整性。对于观察者在机械管接头的组装过程中,唯一感兴趣的参数似乎是两个管端部的重叠部分的量,其在组装过程中不容易被测量。但是,该参数不考虑工具的变化(例如,由于磨损或失效在公差范围内维持尺寸),管段的销端或箱端的变形可能是加载或卸载过程中由于跌落管段在其端部而引起的,要连接的管段的接触区域的表面上的缺陷(例如划痕或腐蚀)、接头制造现场的环境温度、或者接头制造时的管段的温度。此外,典型的组装实例包括管端部的不明显的准备工作,如清洗,检查等,以确保管接头在其使用寿命内具有足够的强度和完整性。
[0005] 因此,机械接头通常较少出现在设计用来输送易燃或有毒物质的管道中,例如,在这些管道中的失效可能是灾难性的,破坏环境,造成伤害,疾病或死亡等。此外,测量管段的箱对销端的正确组装的传统的方法是将一段管段的销端在与其端部几英寸处用油漆、蜡或粉笔标记,以指示将要连接的另一段管段的箱端与该管段的销端重叠到什么程度,因为仅依赖于单一的、手工标记和施加标记的操作者的手动协调,以及施加压力来连接管段,因此在重复性和一致性方面还需要做出很大的努力。虽然这种方法快速,但是潜在误差的余量是很大的,并且可能不足以保证在所有领域条件下接头的完整性,特别是如果管段的尺寸超出规格,由于腐蚀、变形(例如,偏离圆度)、刻痕等而具有缺陷或异常。更重要的是,没有接头的完整性的评估标准、接头或其组装的可追溯记录或数据,且在箱端部分到销部分上的标记的距离与由此形成的接头能够承受管道中的使用条件的能力之间没有直接的、可验证的关系。
[0006] 通过使用例如压力、拉伸、压缩、弯曲以及可能的扭转,温度循环或振动,通过在实验室测试样品接头能够减少一些潜在的误差。组装工人可以测量自管的端部到箱端或钟端的内台肩的距离(如果已经被加工在其中),并且使用该尺寸将标记置于销端。然而,尽管可以在受控条件下进行这种测试,但是在管道的整个使用寿命内模拟可能在实际安装管道中发生的所有变量是不切实际的。因为压力配合的机械连接的管倾向于缺乏被认为是焊接或螺纹接头固有的同等程度的金属对金属的接触,所以需要证明压力配合接头的完整性和强度的方法,使得机械连接的管可以与传统的方法有效地竞争。
[0007] 面对这种简单性和潜在的误差,以及机械管接头的性能测量的缺乏,需要改进的方法来将管段机械地连接在一起,并需要改进用于测量机械接头的相关参数的方法,以确保在管道中的每个接头处形成高质量、完整性和一致性的接头,并且这能够使得关于接头的原始组装和随着时间推移原位接头性能的这样形成的接头的数据可恢复的收集。这些改进必须证明了在大幅降低成本的同时表现出优异的性能,以成为焊接、螺纹连接或将管段胶接在一起的传统方法的可行的替代方案。

发明内容

[0008] 因此,本发明公开了一种用于制备管段来使端部形成销和箱构造从而在管道中形成机械压力配合的管接头的操作,包括以下步骤:检查原料管段以接受预处理工艺;将管段的端部的内侧边缘倾斜到预定度以形成销端构造;如果管段的端部要形成箱端构造,则绕过上一步骤;清洗管段端部的内表面和外表面;在经清洗的管段的内表面和外表面上施加防腐蚀剂;并将预处理的管段传送到储存位置或端部形成位置。
[0009] 在本发明的另一个实施例中,公开了一种用于形成管段的第一(箱)端和第二(销)端的系统,以在管道中的管段之间形成机械压力配合的接头,该系统包括:端部制备工作台,其包括固定的工具支撑件和安装在工作台上的反向活动管夹,固定工具支撑件配置为具有用于形成管段的箱端或销端的模具,并且活动管夹连接到液压油缸用来将活动管夹拉向固定工具支撑件;压力传感器,其用来测量液压管路压力P,该压力用以操作液压油缸;行程长度传感器,其用于测量正在形成的管端部之内或之上的模具的行进长度L;数据采集单元,其与压力传感器和行程传感器耦合,用于接收并将压力和行程传感器的输出转换成数字形式;处理器,其包括非易失性存储器和显示器,处理器耦合到数据采集单元的输出端,并且被配置为在所述存储器中存储的程序的控制下,测量液压和模具行程长度,同时形成活动管夹支撑的管段的各自的箱端或销端;并且处理器还被配置为在形成管段的各自的箱端或销端的同时在显示器上以图形形式显示所测量的液压P和行程长度L。
[0010] 在本发明的另一个实施例中,公开了一种用于制备管段的方法,该方法通过使用机械压力配合的管接头来连接管段用以在管道中组装,其包括以下步骤:对每个原料管段进行预处理;使用机械压力配合的管接头形成用来连接的每个管段的各自的销端和箱端;使用过程监控计算机系统来测量和存储与处理管段的销端和箱端相关联的至少两个参数,其中形成每个销端和箱端的至少两个参数的数据记录被创建并存储;利用永久编码的数据面板标记每个管段的每个箱端或者销端,其中数据面板记录了相关的箱端或销端的识别数据和端部制备数据;据适用于管道中管段预期使用的规格对形成的管段进行涂覆;并在每个管段上安装管道数据监控总线。
[0011] 在另一个实施例中,公开了一种用于在管段的第一和第二端部之间使用机械压力配合的接头的管段形成由多个管段组成的管道的系统,包括:组装工作台,其包括安装在工作台上的第一和第二反向管夹,并通过液压油缸连接,用于将第一和第二反向管夹相互牵引;压力传感器,其用于测量用于操作液压油缸的液压管路压力;行程传感器,其用于测量第一管端部被第二管端部的穿透量;数据采集单元,其与压力传感器和行程传感器耦合,用于接收并将压力和行程传感器的输出转换成数字形式;处理器,其包括非易失性存储器和显示器,处理器耦合到数据采集单元的输出,并且被配置为在所述存储器中存储的程序的控制下,测量在形成管道的压力配合的接头时的液压和穿透量;并且处理器还被配置为在形成管道的压力配合接头时在显示器上以图形的形式显示所测量的液压P和穿透量L;将完成的管段运输到管道现场进行组装;组装管段以形成管道;安装管道传感器电路并将其连接到管道数据监控总线;并对完成的管道系统的完整性和操作性进行测试。
[0012] 在另一个实施例中,公开了一种用于监控影响安装的管道的操作和环境条件的系统,其包括安装在管道表面上的数据监控总线;数据传感模块,其安装在每个管接头处并连接到数据监控总线;管道数据采集系统,其沿着数据监控总线以选定的间隔与数据监控总线通信地耦合;以及在管道数据采集系统的通信接口,其通过网络耦合到数据管理中心计算机以接收、存储和处理由数据传感模块提供和通信的数据。
[0013] 在另一个实施例中,公开了一种用于在商品管道中使用的管段的机器和组装操作的测量和控制的方法,包括以下步骤:在管段的相对的端部分别形成销端和箱端,其中在各自端部的形成期间,与形成各自端部的相关联的至少第一和第二预定参数应当在预定公差内被满足;在管道的第一和第二管段之间形成机械压力配合的接头,其中管道的第一管段的销端插入到第二管段的箱端中,直到达到在机械压力配合接头的组装期间至少第一和第二预定参数在预定公差内被满足;并且当形成销端和箱端时以及当第一和第二管段组装在一起时,在图形显示器上测量和显示至少第一和第二预定参数。
[0014] 在另一个实施例中,公开了一种数据管理系统,其用于使用机械压力配合接头将管段连接在一起而构造的管道,包括耦合到管道和网络的数据采集系统;数据管理计算机系统,其包括至少一个具有显示器的计算机,非易失性存储器和安装在其中的一系列组应用软件,计算机系统耦合到网络用来处理由数据采集系统提供的数据;耦合到数据管理计算机系统的数据库,其用于存储源于数据采集的数据,并通过数据管理计算机系统处理数据;其中应用软件的套件包括至少一个操作程序,其用于处理来自数据采集系统的关于管道操作参数和条件的数据测量。附图说明
[0015] 图1示出了本发明的一个实施例的系统框图
[0016] 图2示出了图1的系统的一部分,其针对用于图1的系统中的处理管;
[0017] 图3示出了在图1和图2的实施例中使用的管端部制备机器的一个实施例的示意图;
[0018] 图4示出了在图1和图2的实施例中使用的管组装机器的一个实施例的示意图;
[0019] 图5A示出了针对制备管的箱端和销端用来组装以构造管道的过程的流程图的一个实施例的第一部分;
[0020] 图5B示出了针对制备管的箱端和销端用来组装以构造管道的过程的流程图的一个实施例的第二部分;
[0021] 图6A示出了关于操作图3和图4中的实施例的端部制备机器和组装机器的流程图的一个实施例的第一部分,其用于测量形成管段的箱端和销端并且将该箱端和销端连接在一起以构造管道的操作所涉及的关键参数;
[0022] 图6B示出了图6A的实施例的第二部分;
[0023] 图6C示出了图6A和6B的实施例的第三部分;
[0024] 图7示出了图形显示器的截屏,其描绘了在图3,4,5和6中的实施例操作时测量的数据;
[0025] 图8示出了在图7的图形显示中显示的数据的翻译方法;
[0026] 图9示出了用于监控利用根据图1至图8的实施例制备的管的组装管道的完整性的一个实施例;
[0027] 图10示出了用于图9的实施例的传感器电路模块的一个实施例;
[0028] 图11示出了用于形成金属管段的箱或销端的模具的横截面视图;
[0029] 图12示出了用于形成金属管段的销或锥端的模具的横截面视图;
[0030] 图13示出了根据本发明形成的组装的机械压力配合的管接头的横截面视图;和[0031] 图14示出了图13所示的机械压力配合的管接头的可替代实施例的横截面的细节图。

具体实施方式

[0032] 简介
[0033] 在现有技术的发展中,公开了用于形成具有更均匀和一致性的机械压力配合的管接头的系统及相关装置和方法,借此克服了此前所提及的缺陷。数据采集、存储和分析可以被用于控制在组装之前形成管端部的过程以及机械压力配合的接头的组装过程本身。上述过程制造了优异的机械压力配合的接头并提供记录数据,以用于设置标准以及使得以跟踪管道条件和表现、探测故障和失效等为目的的管道完整性的监控成为可能。基础数据,例如:形成管端部和组装机械压力配合的接头所施加的压力,以及箱(或钟)端进入到形成的或连接的销(或锥)端的重叠部分的长度,可以被积累并将其用于管道记录、正在进行的分析和用于机械压力配合的管接头和通常的管道完整性的标准。以下机械压力配合的管接头可以被称为MPF接头,涉及由这里描述的装置和方法所连接的管段。MPF接头图示于图13中的附图标记620。
[0034] 被积累的数据可以被发展为组装的机械压力配合接头的适合性的标准指数,以在监测组装、形成工业标准等方面使用。当管段端部制备期间所做的测量和组装MPF管接头落入独特的由被测量的组装数据和后续的在组装好的接头上执行的测试数据导出的指数范围内时,可以确保得到优异的接头。从积累的组装和测试数据中可以发展出用于不同尺寸、重量、壁厚、材料和等级的管的标准。通过读取用于使用这里公开的标记和记录系统的存储的数据和管道权限的能力,可以促进作为例行的定期检查或者以定位管道完整性偏差为目的管道的监测,以获得有关管道完整性的精确数据。可以理解的是,为了能够快速定位和诊断管道中的问题,以在小问题变成大问题之前发现小问题,监测和检查规则是至关重要的。
[0035] 将要描述的系统可以包括与编程的处理器和图像的用户界面耦合的多个输入数据采集装置,其中图像的用户界面可以通过特殊化的软件来控制以便在压力配合的管接头被组装时使得用户能够实时观看感兴趣的参数。这些功能单元可以被嵌入计算机中或者以单独的结构提供,统称为“计算机”。数据库可以与计算机或者系统耦合以用于积累数据。与数据采集输入端连接的传感器可以包括多个部件,例如感应为了迫使管段在一起所施加的压力P的部件,感应被连接的管端部的重叠或者形成的长度L的部件,以及用于指示尺寸或者温度条件的其它传感器。通过传感器可以将计算机与在管端部执行形成和组装操作的液压模锻(也被称为锻造)机器相连。例如,压力测量可以是被机器施加的用于组装形成的端部以完成MPF接头的以lb./in2为单位的液压管路压力。长度测量可以是以英寸为单位的第一管段的箱端重叠与第一管段相连接的第二管段的销端的距离。该系统还可以于在模具上形成管箱端和销端的过程中被使用,该模具由位于将要被描述的适合的液压锻造机器的心轴所支撑。通过在这里将被描述的装置和方法,通过机器直接向心轴/模具组件施加的压力,以及沿着管端部的模具的横断面也可以被测量并记录。
[0036] 在测量箱端的重叠或者行程长度L中,一种传感器类型被称为字符串编码器(或者字符串罐,拉线,或者yo-yo罐)。其它种类的长度传感器可以包括光学或者声学机制的传感器。无论是哪种用于测量和指示重叠长度的方法,都要建立基准或起始点,例如通过将箱的端部置于靠近销端部(在规定的公差之内,例如+1/4~0英寸)并将重叠长度测量设置为零。各种用于建立这种参考的技术是本领域公知的。在测量施加于液压机器以形成管端部或者将管端部组装到一起的压力时,压力P相似的设置为“低设置起始点”例如10psi,这是一个参考值或者起始条件值。
[0037] 其它在系统中提供的用于计算机的设备可以包括用于连接键盘、GPS仪器的接口等的USB接口;用于视频或者其它基带信号输出(例如HDMI输出);通向数据库的数据链路以存储带有历史记录的数据;通过以太网或者其它网络接口标准的用于链路的连接,以及常规的电源连接,指示器等。计算机可以通过合适的通信链路与产品或者组装装置交互,并且可以包括用于操作产品或者组装装置的控制机制。这种机制可以包括软件、例如伺服机制,转换器,指示器和测量仪表等通向机器零件的链路,用于形成管端部的典型的机器零件包括液压锻造机器。形成模具在由机器的固定或移动部分支撑的心轴中得到支撑。除了以与锻造机器将管端部连接在一起相同的方式在液压下迫使两个相对的管端部到一起而不是在模具上对一个管段的端部施力以使其形成之外,组装机器与锻造机器非常相似。
[0038] 这里还要公开的是新指数,其被发展以提供了易于观察并且可重复的箱端与销端的重叠的正确量的指示,以建立可接受的MPF管接头。该指数的目的是识别正确形成的MPF接头被形成的时刻。一个例子是将两个管端部挤压的液压P(lb/in2)乘以箱端越过销端的重叠长度L(in)。该结果具有单位lb/in,这是线性偏离的单位,并且可以与或者并不与迫使管的箱端或钟端于管的销端或锥端之上所需的力的大小相关。如将要描述的图7和图8所示,指示正确形成的机械压力配合的管接头的P和L的值的组合在P-L曲线中也是明显的。
[0039] 参数P代表形成一根管的端部或者将两个成形的管端部组装在一起所需的液压,参数L代表一段越过另一段的重叠长度或者在将管段端部形成箱端的过程中行进的距离,该参数P和参数L基于当以例如焊接或者螺纹的其它方法组装管段时的相似的重要参数。在两种连接管段的传统方法中,由将要重叠相对段的销端的箱端的尺寸表达的重叠长度L是关键参数。对于焊接接头,重叠长度L将取决于焊接类型、完成的接头的所要求的结构以及其它因素,例如管的尺寸和材料。对于螺纹接头,例如螺纹的类型和节距、在组装接头时是否使用了密封剂等与管的其它特征一起将决定参数L的选择。
[0040] 为了理解为何在测量机械压力配合的管接头的形成时参数是有用的,将管端部连接在一起的传统方法的例子可能是有帮助的。如在管道中使用的钢管是很重的组件,所以将带有螺纹的管段旋转到带有配合螺纹的相对的管段之上可能要求使用液压机器以提供必要的动力。随着第一段提升至第二段之上(或之中),在螺纹区域中的特定大小的摩擦必须通过液压予以克服以操作机器,该机器旋转第一段来抵抗由接触第二段产生的摩擦。随着接头接近完成,达到一个段的螺纹端部,从而使液压更快速地增加。这种情况表明接头接近于完全形成。事实上,特定的压力可作为充分开螺纹接头的有用测量。在达到这一压力之前,接头可能没有完成;超过压力P开始更快速增加的点为参考压力,如果超过这一压力可能导致螺纹剥离、劈裂管或者其它缺陷。可以期望的是,指示合适螺纹连接的压力位于上述两个值之间,并且可能会与重叠的长度L紧密相关。相似的,对于焊接接头,管的尺寸,特别是箱端和销端相接触的部分,例如接头的相接触的总表面积将与把管端部组装到一起所需的压力P和重叠长度L相关。
[0041] 将这两个变量P和L的效果可视化的一种方法是在直角坐标系中将一个变量相对于另一变量作图。随着重叠增加而压力增大,这将会产生具有正斜率的曲线。如果可接受的P和L值给定公差,例如+/-5%,那么由两个参数的最小和最大允许值定义的接受矩形可以叠加在图上并且能够在图上计算或者描述其面积。选择本示例中的公差是用于说明概念。正确的公差可以从实际使用中获得的经验数据中获得。将管端部连接在一起直到P-L曲线进入接受矩形中的装置的操作提供了正确组装接头的容易观察的指示器。进一步,测量值通过在图形显示器上的传感器输入到计算机并且还可以被储存以待后续使用。指数可以例如被称作“力配合数”,“PL乘积”,或者“压力配合乘积”。如果“PL乘积”位于图形显示器上的接受窗口内,这是因为压力P和长度L的乘积与实质的且均匀的管的箱端和销端之间的金属到金属的接触相关。这仅是指数及其在帮助管内压力配合的机械接头的组装中的用途的一个例子。
[0042] 上述的指数可以与例如施工现场的温度的其它变量相关。对于众多施工现场,管的类型和尺寸和P,L值以及温度T的数据积累可以表明确保最可靠压力配合管接头的方法的变化。积累的数据可以被记录在表格中以协助用于组装管道的压力配合装置的安装,组装管道既用于构造新管道或者用于修复旧管道以使它们重新服役。因为温度不仅影响管材料的柔韧性,归因于扩张和收缩的尺寸变化,而且影响在压力配合装置中使用的液压流体的粘度,所以这些数据可以很重要。如果在接头中使用密封组合物或者环氧树脂或者其它胶粘材料,它们的性质也可能会被温度变化影响。总体而言,可以为代表涉及压力配合组装过程的参数的任意变量建立用于MPF接头的组装表格。
[0043] 有资格的用户或订阅者,管道权威部,管生产者,管道承包商及类似人员可以读取到如此积累的数据。数据可以作为历史数据查阅或者实时观察。数据可能与特定的生产将要被安装的管道的生产商或者工厂相关。通过互联网或其它网络可以容易地提供对于数据的访问
[0044] 压力配合装置的描述
[0045] 用在此处描述的系统和过程中使用的压力配合装置包括两个液压装置。它们外观相似,但是为实现它们特定的功能而进行不同的配置。每一个液压装置可以被认为是工作台或者框架,其配备有轨道,液压操作的夹子或工件沿着轨道安装。在“端部制备”机器中,滑动件可以在与液压源相连的工作台的端部安装于轨道上。滑动件支持用于形成管箱端或者是销端的工具(由心轴支持的模具)。在管道的相对端部,用于安全的保持将要被形成的管段的管夹组合体可以沿着与模具相同的纵轴被固定于轨道。在由液压向可移动杆提供的液压的作用下,可以迫使或者驱动可移动的模具移向固定的管段。液压泵可以由内燃机驱动,典型地柴油发动机。端部制备机器典型地可以被用于方便形成管段的箱端和销端的场所。场所可以位于也可以不位于管道被构造的场所。
[0046] 夹紧部分可以具有液压操作的半球形夹爪,该夹爪在一端连接于沿着半径隔开的刚好超出半球形部分的枢轴,以此夹爪可以被置于将要被夹住的管的周围并且通过液压被拉到一起以将管道夹紧就位。夹爪的开口端可以沿着液压油缸耦合到一起,以使得夹爪可以被打开和关闭。半球形的夹爪可以与模具相配合以适应将被连接的管的特定直径。
[0047] 在与液压操作的锻造机器装置相似的“现场组装”机器中,在工作台或者框架上的轨道支撑两个相对的夹紧部分,其可用于支撑待连接的管端部。其中一个管夹可以被固定于轨道,而另一个可以被配置为在液压的作用下沿着轨道滑动至固定在滑动夹的缸体。在端部制备机器中,轨道确保至少一个夹紧部分能够向着其它夹紧部分移动并且远离其它夹紧部分移动并同时维持它们之间的固定的轴向关系,以此确保待连接的管端部被正确对准。相同类型的枢轴夹爪夹紧部分可以被用来固定用于连接的管端部。在管道现场的使用中,组装机器可以由安装于交通车辆上的侧面起重机支撑。用于操作现场组装机器的液压泵可以由例如柴油发动机的内燃机驱动。车辆因此可以沿着现场的侧面移动以将组装机器安置在每一对将要被组装的管端部的位置。
[0048] 端部制备和现场组装机器优选地可以与计算机监测系统耦合(“CMS”或者“计算机”)以测量MPF接头操作中涉及的某些选定的参数,包括或者是用于连接的管端部的制备或者是在现场将制备好的端部的组装。作为过程监测子系统24一部分的CMS可以优选地被编程用于处理由适当的传感器提供的测量数据,用于将数据转换为可以在显示屏上以图形方式显示的形式,用于在数据库中存储数据及其处理过的形式(“数据产品”),以及用于通过网络将数据和数据产品通信至外部位置以便数据和过程管理,以及其它类似用途。
[0049] 用于操作端部制备机器和现场组装机器的系统也包括与CMS输入端耦合的数据采集单元,用于接收参数传感器的输出并将这些信号转化为数字形式以供计算机监控系统处理。传感器优选地可以是用于测量由操作端部制备机器和现场组装机器的液压油缸提供的液压管路压力P的传感器,以及用于测量行程长度L的线性位移传感器,行程长度L对于提供一段管的箱端越过管的相邻段的销端的正确的重叠量是必要的。线性量规传感器的例子包括“字符串电位计”(或者“字符串罐”或者“yo-yo罐”),以及激光位移计,这些都是本领域熟知的技术。控制CMS的操作程序可以被存储在计算机监控系统中的非易失性存储器中。
[0050] 耦合到计算机的图形显示屏优选地被用于显示由CMS生成的参数或数据产品的图形。主要感兴趣的是用于将夹持管端的可移动管夹向其相对构件推进的液压压力P(上述构件是端部制备机器的形成模具或工具或者是夹持将被连接的其它管段的端部的管夹),与在形成机械压力配合接头过程中产生的重叠行程长度L的曲线。压力P相对于长度L作图,P沿着纵轴,L沿着横轴。随着重叠长度的增加压力也增加,所得到的曲线通常具有正的斜率。曲线的斜率和形状可能包含有关已形成的接头状态或者被监控机器的操作状态的信息。这些信息在测量接头质量及其寿命方面非常有用,在诊断管或者连接过程中的异常情况方面也是有用的。进一步,随着用于后续分析和创建历史纪录的数据被存储,可以了解很多有关管材料,及其生产和组装中使用的方法,未来数年有关管道和管道接头完整性的内容。特别是历史数据将有助于在现场开发更好的连接管段的方法。
[0051] 系统的详细描述
[0052] 在之后的描述中,在多幅图中出现的附图标记指代相同的结构。图1示出了本发明一个实施例的系统框图。该实施例描绘了系统10的主要部件或者子系统,系统10在生产环境中接收原始管60,处理管以便将其准备好以用于组装成使用机械压力配合的管接头形成的防泄漏管道。在提供内置的用于测量和积累在生产、安装以及监控过程中产生的用于分析、维护、管理以及发展管道标准的数据的同时,系统10还提供组装管以构造管道。由于是本领域公知的且没有构成本发明的一部分,图1没有示出各种输送和存储设备,其可能(取决于特定环境)在通过示于图1的一系列子系统参与输送。
[0053] 系统10包括一系列主要功能的子系统,开始于设备12,其用于接收标准原始管段60(典型地,每根长40英尺)以经受通过使用机械压力配合的接头待组装为管道的管段60的端部制备过程。这里指出的机械压力配合的管接头是在压力作用下通过力作用而结合到一起,并且不需要焊接或者在管的端部加工螺纹以在管安装位置以端对端的方式将管段连接在一起。下一个子系统包括用于形成作为机械压力配合的接头而将待连接在一起的管端部的设备14。设备14可以包括由操作器(液压机器控制器22)控制的液压泵驱动的机器装置,其中该过程由过程监控计算机24监控,用于接收传感器数据并在显示器26上以图像形式显示一些制备步骤的参数。机器设备14支撑着用模具纵向对准地正在形成的管端部,随着模具在液压下通过力的作用越过管端部。
[0054] 在管段端部的一端形成箱(或钟)端,并在子系统14的相对端形成销(或锥)端,管段准备好在施工现场组装成管道,如子系统16所示。管段的组装包括由控制器(液压机控制器22)控制的液压泵驱动的机器设备,其过程由过程监控计算机24监控,用于在显示器26上以图像形式显示一些组装步骤的参数。子系统16中的机器设备,其可以是适于操作管段的锻造机器,其纵向对准地支撑着管段随着管段在液压下被压在一起。
[0055] 在管端部的形成和管段的组装期间,包含用于监测组装管道的完整性的传感器和电路的装置可以安装在管段上。应用在子系统18中的完整性监控电路在管道构造完成之后连续地测量管道的各种条件,以提供管道的维护和安全以及有效的操作。子系统18中生成的数据可以优选地被转发到管道数据采集站20。
[0056] 系统的其他部件包括液压机器控制器22,其耦合到每个机器设备成形机14和机器设备组装机16。在典型的实施例中,这些可以是用于测量所选择的控制参数的手动控制和适当的传感器23(如将被描述的)。过程监控计算机24可以耦合到机器控制子系统22、23,用于接收传感器数据并对其进行响应。连接到过程监控计算机24的显示器26提供控制参数的可觉的图形表示。用于控制包括液压P和行程长度L的图形显示的过程监控计算机24的操作的过程程序可以存储在非易失性程序存储器中。过程监控计算机24还可以包括用于耦合到网络36的通信接口。管道数据采集子系统20还优选地包括耦合到网络36的通信接口。网络36使子系统20和24能够和数据管理中心计算机40(也称为“DMC 40”)进行数据通信,用于归档和处理关于管段和完成的管道的制备、组装和监控的数据。提供数据库42和显示器44以帮助子系统40的归档和处理功能。
[0057] DMC 40计算机可以是具有多个计算机、服务器等的系统,其根据需要执行分配给它的从事收集、分析和其他处理发送到DMC 40的数据的功能的。这些和其他功能可以由为管理这些功能而开发的适当的软件提供。应用软件套件38可以包括至少一个操作程序,用于处理源自数据采集系统的关于管道操作参数和条件的数据测量,例如在端部制备和现场组装操作期间获取的液压P和行程长度L。数据管理中心计算机40可以进一步在数据管理系统中被使用,该数据管理系统响应于通过耦合到已安装的管道的设备监控管道数据期间获得的数据。传送到数据管理中心计算机40的数据可以被应用软件套件38的组件进行处理,该应用软件套件38可以从数据管理中心计算机40访问。应用软件套件38包括必要的存储设备,其可以直接耦合到数据管理中心计算机40,或者可通过网络访问到远程存储设备,如本领域所熟知的。通过这样的装置(将在图9和图10中描述)获得的数据可以被处理并转发到数据管理中心计算机40,以在为这些目的选择或开发的应用软件套件38的控制下执行如上所述的服务以及对管道运营商和其他负责管道安全及管道的高效运行的实体的管理、故障排除和全面管理活动。
[0058] 图2示出了管过程系统50,其针对用于图1的系统中的管进行处理。该图稍微扩展了子系统22和24的组件。过程监控计算机24包括多个功能部分:CPU、程序和数据存储器(包括非易失性存储器)以及数据采集、I/O、显示处理、GPS(全球定位卫星)接收器以及通信接口(包括以太网)。键盘27和鼠标29以及GPS天线可以连接到计算机24的相应的I/O和GPS接收器端口。以太网端口可以与卫星链路或其他通信提供商耦合。数据采集输入端可以优选地连接到耦合到液压机器22的传感器的输出端,以提供用于液压、长度计、环境温度以及液压流体温度的信号。
[0059] 液压机器22通常由液压动力单元30驱动,例如配备有歧管的柴油动力泵(未示出)、流体管线和,以在压力下控制流体流动到机器上的致动器。液压机器可以由操作者使用手动控制单元32操作,同时观察在形成或组装机械管接头时以图形方式显示操作参数的显示器26。结合到图2的系统中的一个特征是排放阀34,其可以手动地或自动地操作以将液压流体的高压流转向与液压泵系统相关联的蓄水池(未示出),以响应于在图形显示器上观察到的异常操作的液压。该动作停止液压机器的操作,以允许操作者考虑到工件(管)触发排放阀操作的情况。排放阀34在液压进给管线中耦合到液压机器。例如,如果压力过大,排放阀34可以自动操作;相反,如果液压不足,操作人员可以手动地触发排放阀34。可以为排放阀34的操作建立其他条件。
[0060] 图3示出了在图1和图2的实施例中使用的管端部制备机器70的一个实施例的俯视图。由底座72支撑的端部制备机器70被构造成用来形成管段的箱端和销端,使得管段可以端对端地组装以形成管道,如图13将要描述的。在导轨84上行进的滑动件80(包括心轴)由液压缸74驱动,液压缸74使驱动杆76沿着导轨84推进滑动件80。滑动件80能够沿着导轨84滑动一段距离,该距离适当地超过在端部制备过程中完全形成管段的箱端504或销端部506(参见图13)所需的行程长度。滑动件80支撑心轴中的模具82(参见图11)。模具可以是如图11和图12所示的箱端模具600或销端模具610。滑动件80将模具82推向支撑于管夹90中的相对的管端60,管夹90固定在端部制备机器70的底座72。管端60被夹紧在管夹90的夹爪中。通过液压缸92使管夹的夹爪移动关闭或打开。
[0061] 继续图3,以形成管端的滑动件的位移或行程长度的测量可以使用几种装置中的任何一种,位移测量装置选自由字符串电位计、测量带和激光测距仪组成的群组。在实施例中,字符串罐110可以固定到管夹90上,用于测量模具82完全形成管端60所需的行程长度L。作为可伸缩地存储在字符串罐110中的一段线路的字符串计量器114,可以在该示例中在其远端处固定到附接到滑动件80的连接点116。当滑动件80从预定的基准(“零”)位置移动时,字符串罐110测量当模具82从零基准L=Lo前进时缩回的字符串计量器114的量,以与管端
60重叠一个指定量L=Lf以在L=Lf处形成完全完成的机械压力配合的接头。由字符串罐
110传感并被转换成长度单位(例如,英寸“in”)的字符串计量器的量等于管端的形成时在图形显示中显示并被操作者观察的长度L。由字符串罐110传感的长度测量通过线路118耦合到过程监控计算机24的数据采集输入端。在其他实施例中,字符串罐110可以被安装用来随着字符串计量器向外反馈而测量L的值。
[0062] 用于操作端部制备机器的液压可以在手动控制器32的控制下,通过管线39由柴油动力液压动力装置30供给。根据用于驱动滑动件80的(多个)液压缸的结构,管线39可以是多条线路。管线39连接到通过由控制器32控制的阀102从液压动力单元30在高压下供应液压流体的连接件100的输出端。压力的量(例如Ib./in2(“Psi”))被换能器104传感,换能器104通过管线108耦合到过程监控计算机24的数据采集部分的输入端。该换能器提供对应于下面将要描述的液压P的传感器信号。当需要中断流向控制滑动件前进的液压缸的液压流体的流动时,例如当压力P超过安全值时,连接件100包括排放阀34通过来自过程监控计算机24的管线106被控制。排放阀34也可以由操作者手动操作(出于为了清楚未示出机构,但在本领域中是众所周知的)。
[0063] 图4示出了用于图1和图2的实施例的管组装机器的一个实施例的俯视示意图。由基座132支撑的组装机器70被构造成用来在第一管段和第二管段之间形成一个机械压力配合的管接头以形成管道,如图13所示。在该示例中,第一管段120的箱端122被夹紧在固定到基座132的管夹150的夹爪中。第二管段126的销端124被夹紧在滑动管夹160的夹爪中。固定管夹150由液压缸134操作。滑动管夹160由液压缸136操作。当滑动管夹160通过液压缸140被拉向固定的管夹150时,滑动管夹160沿着一对轨道138行进。液压缸140由连接到连接件100的液压管线41驱动。类似地,用于操作管夹150、160的液压缸134、136通过管线43由液压动力单元30供给液压流体。
[0064] 图4的其余结构在结构和功能上与图3的各个部件相同。
[0065] 机械压力配合过程的描述
[0066] 图5A和5B示出了针对制备用于组装以构造管道的管的箱端和销端的过程的流程图的一个实施例。初始步骤称为“预处理”,包括清洗和机加工,旨在调整管表面并在管端部的表面提供均匀的表面处理,以确保安全且液密封的机械接头,即没有孔洞和“假期”(间隙)、划痕和会破坏连接表面间的金属对金属的紧密接触的粗糙表面。这些预处理步骤可以包括施加某些润滑剂和防腐蚀剂以帮助预处理过程形成一致的、均匀的、成品表面,以最小化“假期”(管表面的间隙,划痕,孔洞等)、防止腐蚀以及保护表面免受损坏。目标是双重的:(a)确保安全的和防泄漏的接头;和(b)确保在制备和组装机械压力配合的管接头期间和之后进行的测量的可重复性。
[0067] 图5A的预处理步骤还可以包括喷砂或珩磨(或替代地钢丝刷清洗)以去除腐蚀(并提供裸露的金属或“白色金属”表面)以及使用某些工具,例如切割或研磨工具,从而将管段切割或研磨成特定的轮廓,并且用于加工或平滑表面以为施加某些物质以清洗或制备用于制造接头的连接表面做准备。如本领域所熟知的那样,珩磨和钢丝刷清洗的操作可以包括使用珩磨或切削油来帮助操作,延长珩磨工具的使用寿命(如果使用的话),并冲洗从清洁的表面通过操作去除的碎屑。所需的表面光洁度在“平均粗糙度”Ra为1至3mil(即0.001至0.003英寸)的范围内。Ra定义为高于平均值的峰值粗糙度变化的平均值。相似的测量参数可以表示为表面轮廓中峰值偏差的RMS或均方根值。
[0068] 在清洗操作之后,可以优选使用防腐蚀剂。可以使用两种类型的防腐蚀剂;一种是溶剂基防腐蚀剂,另一种是矿物油基防腐蚀剂。每种可以被选择以适合管段和随后的工艺步骤、环境条件等一组特定的条件。例如,尽管溶剂型防腐蚀剂在涂覆或其它操作之前不需要额外的步骤来除去防腐蚀剂,油基防腐蚀剂通常需要在锻造机器(在如下述使用图3和图4所示的机器)操作中的端部形成过程之前进行清洗液体的轻微喷涂。防腐蚀剂也可以具有“脱水”属性,即脱水作为延缓“白色金属”表面的新腐蚀过程的手段的能力。
[0069] 从图5A开始,流程开始于步骤200并前进到步骤202,以开始用于制备待连接的管端部的预处理过程。步骤202可以包括将原料管传送和分类到检查位置。接下来,步骤204包括对待制备的端部的目视检查,随后是步骤206,用于在步骤208中选择用于机器倾斜操作的管段的销端。机器倾斜操作将在管的销端的边缘产生向外的斜面轮廓626(“斜面626”)。斜面量通常设置为相对于管段的纵向轴线成大约为8度并可以沿着管段的销端的内表面延伸大约1.00英寸。这些数字通常是标称中等管尺寸(例如,外径在6至8英寸范围内),对于较小或较大外径的管,可能需要调整该斜面轮廓的值,斜面626提供了锥形,其在管端部的边缘稍微扩大了管的销端的内径,使得当销端在箱端内配合时,使得形成的MPF接头的内边缘对于组装的管道内的流体的流动呈现最小的阻碍。施加到销端的内表面的斜面或锥形626沿着销端的内表面延伸一段短距离,也形成机械管接头的“双锥形”构造的一半。具有销端的外径的第一锥形和沿内端的短部的第二锥形的构造近似于在管内部和外部均为平滑的无缝接头。参见图12和13。
[0070] 进一步考虑图5A的流程图,然后将箱端和销端都传递到清洗步骤210,其可以包括使用润滑剂来珩磨和刚毛刷端部的表面,该润滑剂例如掺杂有高负载润滑剂(“HLBL”)的珩磨油,主要用于延长珩磨工具的使用寿命。清洗过程之后可以施加溶剂基或矿物油基防腐蚀剂,以及工业中众所周知的保护涂层或密封剂。在接下来的步骤212中,完全制备好的管段可以装载到端部制备机器70(参见图3)中以形成箱端或销端。下面从步骤306开始的图6A至6C的描述中进一步描述步骤212的形成箱端和销端的过程。当管段被固定到管夹90中,并且箱端模具600或销端模具610(分别参见图11和12)被固定在端部制备机器70的滑动件中,用于启动箱端504或销端506的形成的参考点或基准83可以在步骤214中被建立。在基准83被设置后(如下面段落所述),可以施加液压以激活端部制备机器70,并且可以测量液压P和完全形成箱端600或销端610的行程长度L。这些测量对于验证形成正确的管端部是至关重要的,并且被记录、绘制在图400上(参见图7),以供端部制备机器70的操作者查看。
[0071] 设置P和L的基准可以按照如下步骤完成。一旦管段60被固定在管夹90内,计量字符串114的自由端从字符串罐110延伸(在这个示例中字符串罐110安装在固定管夹上)并附接到安装在用于支撑心轴82中的箱端模具600或者销端模具610的滑动件80上的标杆116上。滑动件80沿着轨道84前进,直到模具600或610在管端部的预定距离内。该距离可以在零到1/4英寸之间变化,例如,使得在L=L0时可以将字符串罐设置为读取零英寸。从该基准点开始,如图3所示,当L=Lf时,该长度L被认为是达到目标长度。如图1和图2所示,Lf的值可以被输入到数据库中累积的数据记录中。
[0072] 可以回想到,传统指示箱端应该与销端重叠的距离的方法是通过使用粉笔或其他容易看到的标记在销端端上通常用手来刻划。然后,当箱端通过力的作用越过销端时,施加外力直到箱端的端部到达销端上的标记。显然,这种操作取决于施加外力到箱端的机器的操作者熟练的眼手协调,以及设备的其他操作条件等。本质上是将管端部连接在一起的不可靠的方法,部分原因是不确定的重复性。此外,在传统方法中,没有创建距离(箱端在相邻销端上的重叠量)的记录,也不是长度标准化的值或用于对正在进行的过程的特定管段验证其准确度或确保其重复性的任何过程的值。这种缺乏验证或重复性信息会损害确定机械管接头失效原因的能力,因为没有数据追溯特定管接头的历史。没有关于如何准备和组装管接头的充分的数据,没有可靠的方式来证明管道已经被正确组装并且将能够承受在管道的寿命期间将经受的操作、环境和地质条件。
[0073] 在本发明中,从销端的端部到“标记”的距离被定义为上述的Lf的值。因此,在操作中,在基准L=L0处,液压可以优选地设定为其初始值,例如P=P0=10psi作为示例。将P和L的值设定为其初始值时,液压可以逐渐增加使得安装在心轴82中的模具600,610前进到要形成的管的端部。因为销端的外径有意地稍大于箱端的内径,因而建立了过盈接触,并且遇到相当大的摩擦阻力。该阻力对抗液压的增加,使得相对于完全形成管接头所需的行程长度L,压力P的上升绘制在曲线400中(参见图7)。完全形成的管接头通常将具有在图8所示的接受范围460内的Pf和Lf值。
[0074] 返回到图5A,在步骤214之后,流程前进到步骤216,其中当P和L的正确值落在如图8所示的由参数P和L的最大值和最小值形成的接受窗口内时,操作者停止机器。如这数值定义了如将要描述的指示如图13所示的完全形成的和规格中的机械压力配合的管接头620的接受范围或接受窗口460。然后管段可以从机器上移走并且在步骤218中进行检查。如果管端部没有通过检查,则流程进行到步骤220以考虑是否废弃该管段或将其返回到步骤200以进行再处理。如果管段通过检查,则流程可以进行通过步骤222,其提供永久标签用于标记管段,使得单个管段在监控期间可以被追踪,并且可以数据积累可以被检索并存储在数据库中供以后分析。
[0075] 标记步骤222可以通过多种方法来实现。所示示例的优选方法是将金属表面中的数字代码或序列号(包括某些特定数据)以字母数字形式表示或编码为条形码(优选二维条码)进行蚀刻,铭刻或印记。通过点喷丸过程施加的一种示例性的二维数据矩阵条形码可从Mecco Partners,LLC,Cranberry Township,PA 16066读取。这些代码可以由工业条形码阅读器读取,例如可以从Cognex Corporation,Natick,MA 01760读取。编码的数据可以包括制造工厂的位置、形成管端部的日期和时间、端部类型(箱或销),Mil规格数据等。该数据可以结合在为每个管段建立的数据记录中在端部制备形成过程中获得的P和L数据。数据记录可以进一步由管道现场处的组装数据补充,其中参数P和L再次被测量并存储在数据记录中,如在此将要描述的。
[0076] 在步骤222之后提供决定步骤224,以确定管段60是否必须被涂覆或必须安装监控总线导管,或者是否要在步骤226将其传送至存储或者准备运输。如果管段将要涂覆,例如为了防腐蚀,在图5B的步骤240进入另一个决定点,以决定是否将监控总线安装在管段上作为施加涂层的过程的一部分。监控总线可以是优选地在每个端部配备有连接器的电缆(也称为导管),以附接到管段的外表面,用于连接传感器元件和用于监控管道状态的其它电路,如将要在图9和图10中描述的。
[0077] 在继续如图5A和5B所示的制备用于组装的管端部的过程之前,有三个替代的可以包括在管段连接在一起之前涂覆管段的过程步骤。待描述的涂覆步骤可以在以下过程中多次进行。这些步骤可以包括内部涂覆或外部涂覆或者同时内部和外部涂覆,主要作为防腐蚀剂。通常,该过程可以包括施加基于溶剂基或矿物油基的防腐蚀剂的涂层。可替代地,该方法可以包括在管的表面上喷涂底漆,然后将液体环氧树脂的涂层喷涂到底漆表面上。
[0078] 在管中的管的外表面上没有安装监控总线,只有管的内表面通常被涂覆。如果要安装监控总线,管段将接受外部涂覆作为安装监控总线过程的一部分。在其他实例中,内部涂覆和外部涂覆都需要。因此,图5B概述了用于涂覆管段的过程步骤,包括如果需要安装监控总线。在图5A中的决定步骤224之后,流程前进到步骤240以判定是否要安装监控总线。如果判定为是,则流程进行到步骤242以确定管段是否仅接受外部涂覆。如果为判定为否,则过程进入步骤244以根据适用的规范进行内部涂覆过程。在涂覆了涂层的管段(或段)被检查后,如果通过检查流程进行到步骤248,以安装监控总线在管段上,通过将监控总线附接到管段的外表面。如果涂覆管段没有通过检查,则在处理步骤268中被转移到废料或返工操作以待处置。
[0079] 在步骤248中,监控总线可以通过本领域公知的方式附接到管段的外表面,并且被设置成在端对端组装管段以形成管道后,使得监控总线段的每个端部处的连接器能够被连接在一起穿过压力配合的管接头。在安装监控总线之后,在步骤250中管段通过外部涂覆过程到适用的规范。如果外部涂层在步骤252中通过检查,则配有监控总线和外部涂层的管段被转移到步骤254用于运输或存储,以等待管段组装成管道。
[0080] 返回到图5B的步骤240,如果不需要在管的主体部分上安装监控总线,则流程进入再次根据适用规范向管段施加内部涂层的过程。该阶段可以是与步骤244相同的涂装线,或者它可以是单独的涂装线,甚至可能在不同的工厂设备。如果涂覆的管在步骤262中通过检查,则管前进到判定步骤264以确定已经完成内部涂覆的管段是否也接受外部涂覆。如果判定为是,则流程进行到步骤250,以在外部涂覆到适用的规范。此外,根据由处理器调整的特定过程序列,该涂覆工艺可以在单独的涂覆设备上进行。随后,管可以经历与前述相同的处理步骤252,254,256和270或252,268。如果判定为否,返回步骤264,则该过程遵循如所述的步骤254,256和270的路径。在步骤270中,用于制备管段的端部即每个管段的箱端和销端的过程被完成,并且管已准备好用于在管道场所处组装。
[0081] 在作为填料或密封剂以及作为粘合剂以确保无泄漏的机械压力配合的管接头提供的步骤244、250或260中,在图5A和5B所示的过程中使用的涂层材料包括如上所述的防腐蚀剂(参见步骤210)的施加,以及施加环氧树脂材料的涂层,或者替代地施加甲基丙烯酸甲酯粘合剂(“MMA”)。需要先前描述的珩磨或钢丝刷清洗步骤(步骤210)以提供表面粗糙度,以优化环氧树脂或MMA材料的最大附着力。内部涂层可以是喷涂在或者熔融粘合环氧树脂(“FBE”)涂层上的环氧树脂涂料,其以粉末施加到预热的管段的内表面。热熔融粉末形成光滑、无空隙的涂层。涂覆操作可以包括遮蔽管段的一部分。外部涂层也可以是施加到管段的外部的FBE涂层。涂覆步骤可以包括当涂层完成时将塑料保护帽安装在完成的箱端或销端上。将用图14描述每个管段的销端的附加涂层。
[0082] 图6A,6B和6C示出了用于操作图3和图4的实施例的端部制备和组装机器的流程图的一个实施例。端部制备和组装机器基本上是钢模锻造(也称为模锻)机器的变型,该机器通常由柴油发动机驱动的大容量液压泵提供的液压下操作。这些操作包括作为涉及形成管段的箱端和销端以及将箱端和销端组装在一起以构造管道的测量关键参数的重要步骤。流程在步骤300开始,随后在步骤302和步骤304中初始化系统,以确定过程是否设置为(a)端部制备或(b)现场组装。应当理解,本发明已经被设计为在两个阶段(a)和(b)中利用非常相似的操作序列来提供可靠的机械压力配合的管接头。还应当理解,两个阶段(a)和(b)都包括本文所述的用于测量和记录参数P和L的测量步骤,这是各自的过程中的关键步骤。
[0083] 在图6A至6B中描绘了双重序列(a)和(b)。如果该过程要进入“端部制备”路径,则流程前进到步骤306,以在端部制备工作台上安装管段的第一端,并且在步骤308中,验证正确的工具被安装,且工作台重置为初始状态。类似地,如果该过程要进入“现场组装”路径,则流程前进到步骤312以在现场组装工作台处安装管段的第一端,并且在步骤314中,验证正确的工具被安装,且工作台重置为初始状态。从上述图3和图4的描述可以看出,端部制备和现场组装台在配置和操作上非常相似。在端部制备操作的情况下,可以使用单独的机器同时制备管(通常为40英尺长)的两端,因为过程步骤采用相同的步骤。因此,设置端部制备机器在管段的相应端部上操作以制备和形成销端,同时设置端部制备机器在管的相应端部上操作以制备并形成箱端,每个端部由单独的机组制备,以加载、保护和执行所需的过程。
[0084] 在步骤316之后,该过程遵循相同的步骤,无论形成管端部或者组装箱端对销端以形成机械压力配合的管接头。因此,在步骤316中在端部制备工作台上加载和固定管段时,流程前进到步骤318,在该步骤中操作者在图形显示器的限定区域中输入有关管段的数据(见图7)。将被编码在永久标签或标签508(参见图9)中的该数据可以包括但不限于设备的日期、位置(可能为编码,或用经度和纬度坐标表示)、操作员ID、管段的序列号以及管数据例如其材料和尺寸。在下一步骤320中,操作者通过施加低压来将机器设定到初始状态,将移动模具推进到基准,将P和L的基准点设定为例如P=P0=10Psi,L=L0=0英寸(0英寸),并在图形显示器上记录这些基准点。此外,在步骤320中,操作者将工作台和报警电路设置为空闲。报警电路可以被配置为当液压条件落在可接受值之外时操作,这可能导致触发排放阀34(见图2)并照亮报警灯444。触发排放阀34的条件用图8说明如下。在步骤322中,计算机监控系统(“CMS”)(也称为过程监控计算机24)在啮合机器之前检查P和L的初始设置在规范之内。
[0085] 在步骤324中,操作者通常通过移动杆或操作控制面板32上的开关(参见图3和图4)来啮合液压油缸,以形成各自的销端或箱端,或者组装压力配合的管接头。当液压P和行程长度L增加时,步骤326中的操作者在显示器26上的图形屏幕(参见图7)上观察实时绘制的数值(参见图1和图2),并注意在图6B中的步骤330中的所有参数是否都在规范内。如果参数在任何点超出规范,特别是在端部制备或接头接近完成时,可以启动报警信号,这可以是指示灯(图7中的444)或可听音调。借助图8将进一步描述该步骤。如果使用可听音调,则优选鸣调制或闪光以指示超出规范的参数。如果参数P过大,这一点则尤为重要。当注意到报警的状况下,操作者在步骤334中可以关闭机器,识别异常并采取适当的纠正措施。如果操作未能令人满意地完成,则该示例中的过程在步骤338返回到步骤304。如果操作完成到规范,则流程从步骤338前进到步骤340。
[0086] 步骤340-344是临时或替代顺序作为备选实施例来覆盖锻造机器70、130的响应于警报条件的激活的手动或自动操作。如果优选手动操作,则流程进行到步骤342,以确保操作者能够将机器的移动控制到空档状态,以脱离锻造机器70或130的液压油缸。如果优选自动操作,则CMS 24(也称为过程监控计算机24)将该机器移动到空档以使液压油缸脱离并停止机器。
[0087] 当在步骤350中液压油缸脱离和缩回时,过程监控计算机24在进行步骤352之前记录参数Pf和Lf以及ID号、GPS坐标、标签号等,以检查完成的管端部或管接头。当在步骤352中检验时,流程前进到步骤354。如果该过程正在形成管端部(箱或销),则管段可以在步骤356中释放并且进行到步骤360。如果该过程在现场组装期间形成管接头,现场组装机器(图
4)在步骤358中与组装的机械压力配合的接头脱离并移动到下一个接头位置。
[0088] 在管道组装完成之后,优选在步骤360中测试管道以确认其功能效用和完整性。测试可以至少包括执行管道数据监控系统的电和数据信号测试的步骤;对已安装的管道进行泄漏和流量的压力测试;并将声波测试装置附接到管道,以进行泄漏和流动振动的声学测试。虽然这些测试在业界是众所周知的,并不总是在实践中进行,但它们对于根据本文描述的原理构造的管道的操作是必要的,以保证管道的每个接头的适当的数据记录。
[0089] 如果要继续每步362相应的过程操作,在图6A中的返回步骤304的过程之前的步骤364中更新数据日志并且打印管端部标签(先前讨论的永久标签)。如果要停止过程操作,则在步骤366中更新数据日志并且打印管端部标签,步骤366随后是选择打印或保存更新的日志的步骤368。如果要打印数据日志,则流程进行到步骤370,随后是步骤374,其是图6A至6C中描绘的过程的结束。如果要保存数据日志,则流程进行到步骤372以保存到数据库42(参见图1和图2),随后是步骤374。
[0090] 图7示出了描绘在图3,4,5A,5B,6A,6B和6C的实施例的操作期间测量的数据的图形显示的屏幕截图。屏幕包括在管端部的形成或机械压力配合的管接头的组装期间参数P和L的变化的图形图400。图解将在图8中描述。纵轴402表示液压P,横轴404表示长度L。直线406和408分别表示在各自的端部准备和组装过程的操作期间提供给锻造机器70、130的液压P的最大可接受值和最小可接受值。识别数据410的表格显示在显示器的左上角。如图所示可以提供以显示长度参数L的数值422的线性图形420,其为液压油缸在其操作期间的位移。可以提供压力计424以显示液压P的数值。可以提供温度计428、432以显示被位于靠近锻造机器的温度传感器传感的环境空气温度430和液压流体温度434的读数。温度也可以绘制成以图形的形式将其变化分别显示在图440和442上,如显示器的右上角所示。图7中还示出了报警指示器444,其可以包括术语“报警”的旁边的灯光的图像。该特征可以包括在机器的操作期间帮助警告操作者条件,如图6B在步骤330至334所示。
[0091] 图8示出了参数P和L的示例性图形图400的详细视图,包括参数的接受范围,以帮助解释所显示的图形图400。液压P的最大值和最小值分别由水平虚线406和408表示。长度L的最大值和最小值分别由垂直虚线450和452表示。这些值包括用于完成的过程的矩形接受“窗口”460,无论它是完成的管端部还是组装的管接头。这个“窗口”460的实际使用是让操作者知道完成的过程何时在规范内。这在对机器的手动操作过程中特别有用。应当理解,所示的值是示例性的;实际值可能不同于为说明而示出的值,而非限制性的。图8中也示出了在端部制备或组装过程的操作期间用于描绘P随L的变化的优选界限的成角度的线。例如,对于正常过程,液压P应保持在直线454和456的范围内。如果液压P的图400在过程中的某一点处偏离这些界限,如果允许该过程继续,则指示正在形成的管端部或接头将包含缺陷。这些情况可以与报警功能有关,以确保操作人员了解该异常操作。示出直线462和464以显示何时机械接头的连接将会有缺陷,因为(462)液压P在长度L的相关值处过大,或者因为在长度L的相关值处的液压P不足。
[0092] 图9示出了用于监控利用根据图1至图8的实施例制备的管的组装管道的完整性的一个实施例。示出了包括附接到管道500的管道监控装置的部件的组装管道500的一部分。管段502在由销端504和箱端506形成的机械压力配合的管接头处连接。管段502的每个端部标有永久标签508(例如先前描述的点喷式标签)。每个组装的机械管接头包括附接到其上的传感器电路模块510。在所示示例中,传感器电路模块510可以是薄膜电路,其包括传感元件550至556,互连和处理电路512,542,以及发射电路526,528,如在图10中将要描述的。
[0093] 图9中还示出了监控总线514,其可以通过本领域常规方式附接到管道500的每个各自的部分,其中如图所示,监控总线514通过连接器512连接在每个机械管接头处。应当理解,所示的管道是用于说明可以配置管道的一种方式的装置的代表功能的示例。监控总线514还可以包括例如电源520的组件(例如耦合到太阳能充电系统的可充电电池),用于控制监控总线系统的操作的致动器524,发射器和天线526,528,其用于通过具有数据管理中心
40的网络36通过数据接收器和天线530,532通信。传达给数据管理中心计算机40的数据可以被来自数据管理中心计算机40的可访问的应用软件套件38的组件处理。应用软件套件38包括必要的存储设备,其可以直接耦合到数据管理中心计算机40或者可以通过网络访问到远程存储设备,如本领域中所熟知的。安装管道传感器电路模块包括在每个机械压力配合的接头处将传感器电路模块510固定到管道,连接每个模块510到管道监控总线514,以及连接电源520、致动器524和数据发射器526及其天线528到管道监控总线514。
[0094] 图10示出了在图9的实施例中使用的传感器电路模块的一个实施例。在该说明性实施例中,如图所示模块510可以形成薄膜电路,其包括传感元件550至554,处理电路556和传送电路526,528。在所示的示例中,温度传感器(例如,热电偶)550,声学传感器(例如压电元件)552,应变计(其也可以是压电元件)和集成电路,该集成电路可以包括处理器,存储器,数据采集和通信接口部分。这些电路元件和传感器可以耦合在一起并且被配置为将数据输出到用于将数据发送到管道数据采集20位置的发射器和天线,以通过网络36连接到如图1所示的数据管理中心40。总线连接器512可以用于连接到管道监控总线514。连接器542可以用于将薄膜模块510固定到每个机械压力配合的管接头。传感器模块510优选地固定在总线连接器512的配合部件所在的压力配合的接头620的中点附近(参见图13)。
[0095] 图11示出了用于形成金属管段的箱端或钟端的模具600的横截面视图。提供横截面以示出由模具形成的箱端或钟形端的内径应在模具的前端或管口端处以4度的角度稍微渐缩,并且以中间角度2度在前端或管口端与模具的尾端的公称直径之间稍微渐缩,其对应于待形成的管的外径。
[0096] 图12示出了用于形成金属管段的销端或锥端的模具601的横截面视图。提供横截面以示出由模具形成的销端或锥端的外径在模具的前端或管口端以5度的角度稍微渐缩,并且以中间角度2度在前端或管口端与模具的尾端的公称直径之间稍微渐缩,其对应于待形成的管的外径。在组装MPF接头期间,由图12的模具形成的销端在如前所述的液压下插入到由图11的模具形成的管段的箱端中。当销端进入箱端时,随着销端的鼻部接近管的标称内径,金属对金属的接触将形成并且变得更加明显。销端的外表面和箱端的内表面将在完成的MPF接头中贯穿接头的长度和围绕管段的周长100%接触。
[0097] 图13示出了根据本发明形成的组装的机械压力配合的管接头620的横截面视图,其中销端504完全插入并且其外表面与箱端506的内表面100%接触,贯穿MPF接头的整个长度。图13中也示出了如制备过程中所描述的倾斜销端的内侧边缘622的效果(参见图5A,步骤208及其相应的描述)。该倾斜的边缘622的目的是平滑完成的MPF接头的销端和箱端之间的过渡。
[0098] 图14示出了图13中所示的机械压力配合的管接头的替代实施例的详细横截面视图。在MPF接头628的实施例中,示出了FBE环氧树脂材料或甲基丙烯酸甲酯粘合剂(“MMA”)涂层632。仅在管道的MPF接头组装之前,将涂层632施加到形成和制备的销端。环氧树脂材料优选地在销端的鼻部处形成圆角634,以平滑MPF接头处的管道内部的过渡。该涂层还可以起到确保接头附加粘合和密封的作用。空间630可以表示销端504的外部涂层或箱端506的内部涂层。销端622的斜面特征也在图14中示出。斜面特征的角度可以优选为大约8度并且沿着销端的内表面从其端部的边缘延伸大约1.00英寸。上述示例性描述中给定的角度旨在是说明性的而不是限制性的,因为它们将随着管的特定尺寸及其使用的具体情况而变化。
[0099] 结论
[0100] 本发明公开的关于管道的构造的系统和方法至少包括四个方面:(1)通过机械压力配合的接头被连接的管段的制备;(2)该管段的组装;其中涉及的过程被计算机程序监控以测量并向操作者显示实时参数,该实时参数指示正在形成的管端部的质量和正在组装的机械压力配合的接头。数据被累积并发送到数据管理中心进行归档和分析,以提供用于制定安装管道的施工、维护和安全标准的原始材料。(3)由本发明的系统和方法形成和组装的管段包括管道完整性系统的部件,其测量和监控安装的管道的条件,例如由于地质和气候变化引起的应力,以及与使用管道长距离输送流体商品相关的内部压力和温度。(4)累积的数据同样发送到数据管理中心进行存储并可用于分析和维护。数据管理中心能够监控收到的所有数据,并确定何时出现由管道泄漏或压力引起的紧急情况。
[0101] 尽管已经以示例性形式示出了本发明,但是它们并不限于此,而是在不脱离本发明精神的情况下容易进行各种变化和修改。例如,本文描述的数据处理系统,装置和方法适用于其他类型的管道结构的数据监控和处理。该数据传感和监控装置和方法同样适用于少许修改的其他类型的管道结构。可以使用前述说明中公开的相同概念来监控管特性的各种参数。制备本文所公开的金属表面的方法可以在不脱离应用于制备用于经历本文描述和被描述的成形操作的管材料的概念所使用的技术和材料的情况下进行修改。此外,用于形成机械压力配合的管端部的液压机器可以用于形成任何管端部和用于将管段连接在一起的其它方法中。例如,在待焊接的管接头中,待被焊接的部分可以使其端部为“钟形的”以装配在内部套管上。
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