CN104614250A - 海洋柔性立管模拟实际工况疲劳装置 - Google Patents

Abstract

一种海洋柔性立管模拟实际工况疲劳装置，包括主体框架、转动轴承、摆头、基础框架，主体框架包括尾部连接件、尾部框架、中部框架和前端框架，转动轴承包括轴承固定座、轴承、轴承活动座和轴承端盖，摆头包括摆头架、防弯器连接装置、管道接头连接装置、摆头桁架和柔性管道接头连接装置，基础框架包括液压缸、前端底座、中部底座和尾部底座。框架主要采用H型钢梁结构,保证装置有较高的刚度和强度。该疲劳装置通过一端的框架末端部分对柔性管道施加恒定的拉伸荷载，另一端通过摆头部分施加循环弯曲荷载，来模拟柔性管道在实际海况下的受力情况，从而验证柔性管道在实际服役过程中的疲劳寿命。

Description

海洋柔性立管模拟实际工况疲劳装置

技术领域

本发明属于海洋石油设备技术领域，涉及一种海洋柔性立管模拟实际工况疲劳装置。该装置采用拉弯组合加载的方式，对海洋柔性管道疲劳易发生部位的原型管道及其附属构件，模拟与实际工况一致的循环加载，从而验证海洋柔性管道的动态使用寿命。

背景技术

我国的海洋石油开发技术正在飞速发展，对海洋石油管道需求大大增加。柔性管道由于其柔性好、耐腐蚀及易安装回收等优点得到越老越广泛的应用。随着水深的增加，连接浮体和水下井口的柔性立管上端部受到浮体运动和海洋环境共同作用，承受较大的拉伸和弯曲循环荷载作用，容易发生疲劳破坏。并且由于柔性管道多层、非粘接等结构特点，当前疲劳寿命的理论和数值分析存在较多不确定性，需要实验室内搭建原型疲劳实验装置，模拟实际工况对柔性管道及其端部附属构件进行实验，检验柔性管道的疲劳寿命。

发明内容

针对上述问题，针对海域和柔性管道特点，本发明提供一种面向端部处柔性管道和附属构件，适用于与上部浮体连接的易发生疲劳失效的柔性立管端部，模拟柔性管道及相应附属构件在实际服役过程中受到拉弯组合循环荷载时疲劳行为。

本发明采取以下技术方案：

一种海洋柔性立管模拟实际工况疲劳装置，包括基础框架、主体框架、转动轴承及摆头，主体框架包括尾部连接件、尾部框架、中部框架和前端框架，转动轴承包括轴承固定座、轴承、轴承活动座和轴承端盖，摆头包括摆头架、防弯器连接装置、管道接头连接装置、摆头桁架和柔性管道接头连接装置，基础框架包括液压缸、前端底座、中部底座和尾部底座。

框架主要采用H型钢梁结构,保证装置有较高的刚度和强度。该疲劳装置的一端通过一个力控制的液压缸施加恒定的拉伸荷载，另一端通过两个位移控制的液压缸对摆头施加循环弯曲荷载。

本发明可以对直径12英寸以内多种口径柔性管道进行模拟实际工况疲劳实验，实现拉伸荷载5000KN，弯矩150KN.m的加载。装置材料少，便于拆卸及安装；节省空间，易于操作；装置的加载方式符合柔性管道使用过程中的实际工况要求，能很好的反应管道实际受力和疲劳情况，能够同时适合多种口径管道，可模拟水深1500米以内的柔性立管疲劳实验。

附图说明

附图是本发明的结构示意图。

图中：1尾部连接件；2尾部框架；3中部框架；4前端框架；5轴承固定座；6轴承；7轴承活动座；8轴承端盖；9摆头架；10柔性管道防弯器连接装置；11摆头桁架；12柔性管道接头连接装置；13作动器；14前端底座；15中部底座；16尾部底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发面进行详细的描述。

如图1所示，主体框架尾部连接件1主要作用是连接液压缸以及海洋柔性管道的端部接头，尾部连接件1通过法兰盘与尾部框架2相连，液压缸通过法兰盘与管道接头直接相连，主体框架主要提供结构的整体刚度，提供结构的支撑作用，中部框架3与前端框架4通过法兰盘进行连接，本发明装置的各个部分通过法兰盘进行连接，方便拆装，并且可以根据实际需要进行调节与修改；轴承固定座5与前端框架4相连，转动轴承主要作用是与摆头配合提供管道所需线型，轴承固定座5与轴承端盖8相连固定轴承6，轴承活动座7与轴承6相连；摆头主要作用是固定防弯器以及管道的另一端,并且与主体框架配合提供柔性立管在位运行时的线型，防弯器连接装置10通过螺栓固定在摆头架9上，管道接头连接装置12通过法兰盘与管道接头相连，并且管道接头连接装置12通过摆头桁架11利用法兰与摆头架9相连，摆头架9下端通过铰耳与液压缸13相连，液压缸13另一端通过铰耳与前端底座14相连，摆头桁架11由两段桁架组成，主要作用是控制摆头长度，根据实际需要可以更换不太长度的摆头架，柔性管道防弯器连接装置通过螺栓固定在摆头架9上，主要作用是固定防弯器，柔性管道接头连接装置12通过法兰盘固定在摆头桁架11前端，主要作用是固定柔性管道接头，前端框架4、中部框架3、尾部框架2分别通过法兰与前端底座14、中部底座15、尾部底座16相连成为一体，成为完全自适应的疲劳实验机。本发明装置两端液压缸需要相互配合，尾部液压缸提供恒定张力，使柔性管道受恒定拉力，前端液压缸提供循环作用力，使摆头在-15°到30°角度间摆动，以上控制使用液压伺服控制系统完成。

上述实施例中，根据设计结果，本发明装置主体结构主要采用H型钢材。

上述实施例中，各个框架均通过法兰盘进行连接，方便拆装。

上述实施例中，柔性管道除两端外，其他本分处于悬空状态。

上述实施例中，框架末端采用的是使液压缸受压的方式。

上述实施例中，液压缸的需要提供较大的力，因此油源需要较大的流量和功率，工作介质为液压油。

上述实施例中，前端液压缸以及尾部液压缸处均采用的是两个液压缸相互配合的方式，具有一定的稳定性。

上述实施例中，前端液压缸通过铰连接在摆头U型连接结构以及前端底座上，实验机成为自适应结构，不需要对地基进行改造，属于本发明专利的保护范围。

上述实施例中,实验机一端提供循环拉力载荷、一端提供循环弯曲载荷来模拟实际海洋环境的技术，属于本发明专利的保护范围。

上述实施例中，实验机摆头在-15°到30°角度内摆动。

上述实施例中，实验机两端的加载控制方式。

上述各实施例仅用于说明本发明装置，其中主体框架的长度、型钢的尺寸等都是可以有所变化的，凡是在本实验的技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均在本发明专利的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种海洋柔性管道模拟实际工况疲劳装置，其特征在于：

该海洋柔性管道模拟实际工况疲劳装置包括主体框架、转动轴承、摆头以及基础框架；

海洋柔性立管模拟实际工况疲劳装置，主要包括主体框架包括尾部连接件、尾部框架、中部框架和前端框架；主体框架的尾部连接件连接液压缸和海洋柔性管道的端部接头，尾部连接件通过法兰盘与尾部框架相连，液压缸通过法兰盘与管道接头直接相连，主体框架主要提供结构的整体刚度，提供结构的支撑作用；中部框架与前端框架通过法兰盘进行连接；

转动轴承包括轴承固定座、轴承、轴承活动座和轴承端盖；转动轴承的固定座与前端框架相连，转动轴承主要作用是与摆头配合提供管道所需线型，转动轴承的固定座与轴承端盖相连固定轴承，轴承活动座与轴承相连；

摆头包括摆头架、防弯器连接装置、管道接头连接装置、摆头桁架、柔性管道接头连接装置，主要作用是固定防弯器以及管道的另一端,其与主体框架配合提供柔性立管在位运行时的线型，防弯器连接装置通过螺栓固定在摆头架上；管道接头连接装置通过法兰盘与管道接头相连，管道接头连接装置通过摆头桁架利用法兰与摆头架相连，摆头架下端通过铰耳与液压缸相连，液压缸另一端通过铰耳与前端底座相连；摆头桁架由两段桁架组成，控制摆头长度；柔性管道防弯器连接装置通过螺栓固定在摆头架上，固定防弯器；柔性管道接头连接装置通过法兰盘固定在摆头桁架前端，固定柔性管道接头；

基础框架包括液压缸、前端底座、中部底座和尾部底座，前端框架、中部框架、尾部框架分别通过法兰与前端底座、中部底座、尾部底座相连成为一体；

该疲劳装置的两端液压缸相互配合，尾部液压缸提供恒定张力，使柔性管道受恒定拉力，前端液压缸提供循环作用力，控制使用液压伺服控制系统完成。

2.根据权利要求1所述的一种海洋柔性管道模拟实际工况疲劳装置，其特征在于：采用H型钢材。

3.根据权利要求1所述的一种海洋柔性管道模拟实际工况疲劳装置，其特征在于：液压缸的工作介质为液压油。

4.根据权利要求1-4任一所述的一种海洋柔性管道模拟实际工况疲劳装置，其特征在于：前端液压缸通过铰连接在摆头U型连接结构以及前端底座。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种海洋柔性管道模拟实际工况疲劳装置，其特征在于：摆头在-15°到30°角度内摆动。