CN105241647A - 水下连接器外载荷的试验台 - Google Patents

Abstract

一种水下连接器外载荷的试验台，包括：一侧壁，安装在侧壁底部的底座，其中，侧壁、底座上分别安装有数组齿轮齿条调整装置，安装在侧壁上的齿轮齿条调整装置上水平安装有数组液压缸，该液压缸的底端与一拉压传感器连接，用于对水下连接器进行外载荷加载；液压缸的顶端设有载荷连接板，该液压缸与载荷连接板连接，用以对水下连接器进行扭矩加载；安装在底座上的齿轮调整装置上竖直安装有一组液压缸，载合连接板的底面安装有一上法兰；载荷连接板底面上安装有数个丝杠调整装置。本发明通过对水下连接器施加不同的外载荷，不仅为水下连接器在海底管道之间的连接提供了对外载荷的承载能力的测试；而且，降低水下连接器的测试周期及测试成本。

Description

水下连接器外载荷的试验台

技术领域

本发明涉及外载荷加载装置，尤其涉及一种用于进行拉力、压力、弯矩和扭矩四种不同类型试验的水下连接器外载荷的试验台。属于海洋石油工程领域。

背景技术

人类自进入工业社会以来，对以石油为代表能源的需求就在不断地增加。尤其是进入二十一世纪后，人类对能源需求更是飞速增加。然而，石油作为一种不可再生资源，随着不断的消耗陆地上有限的石油资源，已不能满足人类日益增长的需求。据权威机构预测，全球陆地上的石油资源大概还可以开采30至80年，人类已进入了一个所谓的“后石油时代”。因此，以石油为代表的能源供应，已成为制约当今社会发展的一个重要因素。而占地球总面积70％以上的海洋，其蕴藏着丰富的各类矿产资源。以海洋油、气资源为代表的海洋矿产资源进入了人们的视线。因此，海洋油、气资源的勘探开发，已经成为世界各工业国关注的重点和焦点，当前，全球二百多个国家和地区中已有近半数的国家在进行海洋资源的勘探和开发。

目前，海洋油、气的开发正由浅海海域向深海延伸，并从300m以下的深水向3000m以下的超深水发展，世界深海油、气田的钻采水深纪录不断刷新，2010年达到了水下2953m。

现全球海洋装备制造商主要集中在美国、新加坡、欧洲、韩国等国，他们大多以研发、建造深水、超深水高技术装备为核心，垄断着海洋工程装备市场上的装备开发、设计、工程承包以及相关关键配套设备的供货。相比之下，我国的海洋工程装备还处在比较低端的技术水平。海洋资源的开发是我国经济可持续发展战略的重要组成部分，海洋油、气的开发是我国能源开发的迫切需要，因此，我国的海洋工程装备发展就显得尤为重要。其中，油、气运输管道是深海油、气资源开发的关键设备之一，而深水管道的连接技术又是深海油、气开发中的关键技术的一部分。

目前，深水管道的连接主要以机械连接为主，同时，也是未来发展的趋势。但是，对于管道连接主要掌握在国外少数几家大的公司手里。而我国要想进行深海开发，如果仅仅依靠国外的技术和装备，不但施工费用昂贵，而且，工期要由国外的大公司掌握，难以保证要求。因此，要打破这种局面，我们必须进行自主创新，研制出拥有自主知识产权的管道连接技术。而对于海底管道连接的好坏，通常是在陆地上通过专用的测试装置检验来完成，因此，对于水下连接器承载能力的测试，对我国海洋深水工程装备的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种水下连接器外载荷的试验台，其通过对水下连接器施加拉力、压力、弯矩和扭矩四种不同类型外载荷，不仅能够为水下连接器在海底管道之间的连接提供了对外载荷的承载能力的测试；而且，大大降低水下连接器的测试周期及测试成本，为海底管道的连接提供了技术保障。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种水下连接器外载荷的试验台，其特征在于：包括：一侧壁，安装在侧壁底部的底座，其中，侧壁、底座上分别安装有数组齿轮齿条调整装置，安装在侧壁上的齿轮齿条调整装置上水平安装有数组液压缸，该液压缸的底端与一拉压传感器连接，用于对水下连接器进行外载荷加载；液压缸的顶端设有载荷连接板，该液压缸与载荷连接板连接，用以对水下连接器进行扭矩加载；安装在底座上的齿轮调整装置上竖直安装有一组液压缸，载合连接板的底面安装有一用以将水下连接器与载合连接板连接为一体的上法兰；载荷连接板底面上安装有数个丝杠调整装置。

所述齿轮齿条调整装置包括：第一导轨、安装在第一导轨两侧的齿条、配合安装在第一导轨、齿条上的齿轮滑块、安装在齿轮滑块一侧的齿轮传动装置、依次安装在齿轮滑块中的拉压传感器、液压缸，其中，导轨为阴T形槽，齿轮滑块底部为与导轨配合的阳T形槽，齿轮滑块与导轨的T形面配合，使齿轮滑块能够在在第一导轨上滑动，还能承受大载荷；拉压传感器用以对液压缸的作用力进行测量和反馈；齿轮传动装置用以带动齿轮旋转。

所述底座上安装有一用以与水下连接器连接的下法兰。

所述丝杠调整装置包括：装在载荷连接板底面上的第二导轨、安装在导轨内的丝杠、配合安装在丝杠上的丝杠滑块，其中，导轨为阴T形槽，丝杠安装在阴T形槽内；丝杠滑块上设有阳T型槽，阳T型槽上设有与丝杠配合安装的传动螺纹孔；丝杠的一端安装有手轮，通过旋转手轮带动丝杠旋转，从而，调节丝杠滑块在导轨上的位置。

所述齿轮传动装置设有：一液压马达，该液压马达的输出轴与一涡轮蜗杆减速器相连；该涡轮蜗杆减速器的输出端与第一齿轮轴的一侧轴端连接，第一齿轮通过第一滑动轴承安装在第一齿轮架上，第一齿轮轴的另一侧轴端与一联轴器的一端连接，该联轴器的另一端安装有第二齿轮，第二齿轮通过第二滑动轴承安装在第二齿轮架上；第一、第二齿轮架分别安装在齿轮减速机构架上；齿轮加速机构架安装在齿轮滑块上；工作时，液压马达的输出转矩和转速通过涡轮蜗杆减速器和联轴器传递给第一、第二齿轮，使两个齿轮同步运动，进而驱动齿轮滑块在第一导轨、第二导轨上运动。

所述侧壁为竖直设置，底座为水平放置。

所述载合连接板为水平设置，载合连接板的一端安装在侧壁上；载合连接板上安装有一弯矩板，液压缸的耳环通过一弯矩板载合连接板连接；载合连接板的边缘安装有护栏。

本发明的有益效果：本发明由于采用上述技术方案，其通过对水下连接器施加拉力、压力、弯矩和扭矩四种不同类型外载荷，不仅能够为水下连接器在海底管道之间的连接提供了对外载荷的承载能力的测试；而且，大大降低水下连接器的测试周期及测试成本，为海底管道的连接提供了技术保障。

附图说明

图1为本发明整体结构立体示意图。

图2为本发明立体结构示意图。

图3为本发明结构侧视示意图。

图4为本发明的齿轮齿条调整装置结构示意图。

图5为本发明的丝杠调整装置示意图。

图6为本发明的齿轮减速部分结构示意图。

图7为本发明的工作原理示意图。

图中主要标号说明：

1.底座、2.侧壁、3.齿轮齿条调整装置、301.第一组齿轮齿条调整装置、302、第二组齿轮齿条调整装置、303.第三组齿轮齿条调整装置、4.液压缸、401.第一组液压缸、402第二组液压缸、403、第三组液压缸、5.弯矩板、6.载合连接板、7.护栏、8.丝杠调整装置、9.上法兰、10.连接管、11.水下连接器、12.下法兰、13.第一导轨、131.第二导轨、14.齿条、15.齿轮滑块、16.拉压传感器、17.齿轮传动装置、18.丝杠滑块、19.丝杠、20.丝杠手轮、21.液压马达、22.联轴器、23.齿轮、24.齿轮架、25.齿轮减速机构架、26.涡轮蜗杆减速器、27.拉力或压力、28.扭矩、29.弯矩。

具体实施方式

如图1，图2，图3所示，本发明包括：侧壁2，采用定位销定位和螺栓组连接方式安装在侧壁2底部的底座1，其中，侧壁2、底座1上分别安装有相同结构的数组齿轮齿条调整装置3，即：第一组齿轮齿条调整装置301、第二组齿轮齿条调整装置302，第三组齿轮齿条调整装置303，其中，侧壁2上相对安装有两组，即：第二组齿轮齿条调整装置302和第三组齿轮齿条调整装置303；而第一组齿轮齿条调整装置301则安装在底座1上；

第二、三组齿轮齿条调整装置(302，303)上水平安装有数个液压缸4，液压缸4为二组，其中，第二组液压缸(402、403)(本实施例第二、三组液压缸402，403分别为二个)，以其中一例说明：第二组液压缸402的底端通过法兰与拉压传感器16连接，并由螺栓组紧固，用于对水下连接器11进行外载荷加载；第二组液压缸402的顶端设有载荷连接板6，第二组液压缸402与载荷连接板6连接，并由定位销定位；其作用是：与第二组中的两只液压缸402和载合连接板6配合作用对水下连接器11进行扭矩加载；底座1上安装有一组齿轮调整装置301，齿轮调整装置301上竖直安装有一组液压缸4，载合连接板6的底面中心处，采用螺栓连接方式安装有上法兰9，上法兰9通过连接板10将水下连接器11与载合连接板6连接为一体。其中，连接板10的上端通过螺栓组连接，下端通过焊接方式与水下连接器连接11。水下连接器11为待测试部件。下法兰12采用螺栓连接方式安装在底座1上，起到将水下连接器11与底座1连接作用；载荷连接板6底面上安装有丝杠调整装置8。

如图1，图2，图4所示，本实施例的齿轮齿条调整装置3为三套，两套齿轮齿条调整装置3相对安装在侧壁2上，一套安装在底座1上。三套齿轮齿条调整装置3结构相同，以其中一套为例说明，齿轮齿条调整装置3包括：第一导轨13、采用螺栓连接方式安装在第一导轨13两侧的齿条14、采用配合方式安装在第一导轨13、齿条14上的齿轮滑块15、采用焊接安装在齿轮滑块14一侧的齿轮传动装置17、采用螺栓连接方式依次安装在齿轮滑块14中的拉压传感器16、液压缸4，其中，导轨13为阴T形槽，齿轮滑块14底部为与导轨13配合的阳T形槽，齿轮滑块14与导轨13的T形面配合，使齿轮滑块14能够在在第一导轨13上滑动，还能承受大载荷；拉压传感器16用以对第一组液压缸4的作用力进行测量和反馈；齿轮传动装置17用以带动齿轮23旋转。

如图5所示，丝杠调整装置8为四个，四个丝杠调整装置8位置相对。以其中一个为例说明，丝杠调整装置8包括：采用螺栓连接方式安装在载荷连接板6底面上的第二导轨131、采用螺栓连接方式安装在第二导轨131内的丝杠19、配合安装在丝杠19上的丝杠滑块18，其中，第二导轨13为阴T形槽，丝杠19安装在阴T形槽内；丝杠滑块18上设有阳T型槽，阳T型槽上设有梯形传动螺纹孔，其与丝杠19配合安装。丝杠19的一端采用螺栓连接方式安装有手轮20，通过手动旋转手轮20带动19丝杠旋转，从而，调节丝杠滑块18在第二导轨13上的位置。

上述侧壁2为竖直设置，底座1为水平放置，该底座1是试验台总体受力部件以及操作平台。

上述第一组液压缸401(本实施例第一组液压缸401为四个)，第一组液压缸401的上部与位于载荷连接板6底面丝杠调整装置8相连；第一组液压缸401的底部与第一组齿轮调整装置连接，其作用是：与第一组中的四只液压缸401和载合连接板6配合作用对水下连接器11进行拉力或压力加载。

上述载合连接板6为水平设置，其一端安装在侧壁2上；载合连接板6上安装有弯矩板5，第三组液压缸403的耳环通过弯矩板5与载合连接板6连接；第三组液压缸103共同作用对水下连接器11进行弯矩加载。载合连接板6的边缘通过螺栓连接方式安装有护栏7，用以对安装人员起到保护作用。

如图6所示，齿轮传动装置17设有：液压马达21，液压马达21的输出轴与涡轮蜗杆减速器26的输入端转键轴孔相连，液压马达21输出端法兰与涡轮蜗杆减速器26的输入端法兰由螺栓连接；涡轮蜗杆减速器26的输出端转键轴孔与齿轮23轴的一侧轴端连接，涡轮蜗杆减速器26的输出端法兰与第一齿轮架24一侧端面通过螺栓进行连接，齿轮23通过第一滑动轴承安装在第齿轮架24上，齿轮23与其轴通过平键进行连接，齿轮23的轴的另一侧轴端与联轴器22的一端连接，联轴器22的另一端的结构为另一组齿轮结构，即：联轴器22的另一端安装有第二齿轮，第二齿轮通过第二滑动轴承安装在第二齿轮架上；与之前结构相同。第一、第二齿轮架分别采用螺栓安装在齿轮减速机构架25上。齿轮加速机构架25采用焊接方式安装在齿轮滑块15上。工作时，液压马达21的输出转矩和转速通过涡轮蜗杆减速器26和联轴器22传递给第一、第二齿轮23，使两个齿轮23同步运动，进而驱动齿轮滑块15在第一导轨13、第二导轨131上运动。

本发明的工作原理：

如图7所示，在对水下连接器11进行外载荷测试时，将水下连接器11固定在底座1和复合连接板6之间，便可以对水下连接器11进行拉力或压力27加载试验。在对水下连接器11进行外载荷拉力或压力27测试时，四个垂直液压缸401同时工作，同方向运动，产生拉力或压力。

在对水下连接器11加载扭矩28进行扭转测试时，第二组液压缸402中的两只液压缸一只提供拉力，另一只提供压力，分别作用在载合连接板6的两个耳环上，对水下连接器11施加扭矩载荷。

在对水下连接器11加载弯矩29进行扭转测试时，第三组液压缸403中的两组液压缸同时产生拉力或压力，力作用在弯矩板5上，弯矩板5将力传给耳环，从而，对水下连接器11施加弯矩载荷。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种水下连接器外载荷的试验台，其特征在于：包括：一侧壁，安装在侧壁底部的底座，其中，侧壁、底座上分别安装有数组齿轮齿条调整装置，安装在侧壁上的齿轮齿条调整装置上水平安装有数组液压缸，该液压缸的底端与一拉压传感器连接，用于对水下连接器进行外载荷加载；液压缸的顶端设有载荷连接板，该液压缸与载荷连接板连接，用以对水下连接器进行扭矩加载；安装在底座上的齿轮调整装置上竖直安装有一组液压缸，载合连接板的底面安装有一用以将水下连接器与载合连接板连接为一体的上法兰；载荷连接板底面上安装有数个丝杠调整装置。

2.根据权利要求1所述的水下连接器外载荷的试验台，其特征在于：所述齿轮齿条调整装置包括：第一导轨、安装在第一导轨两侧的齿条、配合安装在第一导轨、齿条上的齿轮滑块、安装在齿轮滑块一侧的齿轮传动装置、依次安装在齿轮滑块中的拉压传感器、液压缸，其中，导轨为阴T形槽，齿轮滑块底部为与导轨配合的阳T形槽，齿轮滑块与导轨的T形面配合，使齿轮滑块能够在在第一导轨上滑动，还能承受大载荷；拉压传感器用以对液压缸的作用力进行测量和反馈；齿轮传动装置用以带动齿轮旋转。

3.根据权利要求1所述的水下连接器外载荷的试验台，其特征在于：所述底座上安装有一用以与水下连接器连接的下法兰。

4.根据权利要求1所述的水下连接器外载荷的试验台，其特征在于：所述丝杠调整装置包括：装在载荷连接板底面上的第二导轨、安装在导轨内的丝杠、配合安装在丝杠上的丝杠滑块，其中，导轨为阴T形槽，丝杠安装在阴T形槽内；丝杠滑块上设有阳T型槽，阳T型槽上设有与丝杠配合安装的传动螺纹孔；丝杠的一端安装有手轮，通过旋转手轮带动丝杠旋转，从而，调节丝杠滑块在导轨上的位置。

5.根据权利要求2所述的水下连接器外载荷的试验台，其特征在于：所述齿轮传动装置设有：一液压马达，该液压马达的输出轴与一涡轮蜗杆减速器相连；该涡轮蜗杆减速器的输出端与第一齿轮轴的一侧轴端连接，第一齿轮通过第一滑动轴承安装在第一齿轮架上，第一齿轮轴的另一侧轴端与一联轴器的一端连接，该联轴器的另一端安装有第二齿轮，第二齿轮通过第二滑动轴承安装在第二齿轮架上；第一、第二齿轮架分别安装在齿轮减速机构架上；齿轮加速机构架安装在齿轮滑块上；工作时，液压马达的输出转矩和转速通过涡轮蜗杆减速器和联轴器传递给第一、第二齿轮，使两个齿轮同步运动，进而驱动齿轮滑块在第一导轨、第二导轨上运动。

6.根据权利要求1所述的水下连接器外载荷的试验台，其特征在于：所述侧壁为竖直设置，底座为水平放置。

7.根据权利要求1所述的水下连接器外载荷的试验台，其特征在于：所述载合连接板为水平设置，载合连接板的一端安装在侧壁上；载合连接板上安装有一弯矩板，液压缸的耳环通过一弯矩板载合连接板连接；载合连接板的边缘安装有护栏。