CN105466792B - 一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置，包括沿直线依次排列的固定端支架、两个固定支架和多级齿轮，所述多级齿轮通过齿条Ⅰ与支撑台连接，所述支撑台上设有作动器，所述支撑台上还设有齿条支架Ⅰ和齿条支架Ⅱ，所述齿条支架Ⅰ包括齿条固定板Ⅰ，所述齿条支架Ⅱ包括齿条固定板Ⅱ，所述齿条固定板Ⅰ与所述齿条固定板Ⅱ之间设有与所述导轨Ⅰ平行的导轨Ⅱ，所述导轨Ⅱ上设有将所述多级齿轮压在所述齿条Ⅰ上的齿条Ⅱ，所述固定支架的下端设有垂直于所述导轨Ⅰ的导轨Ⅲ。本发明通过作动器驱动齿条来完成齿轮的旋转，更加方便、省力、精确，扭矩加载更加灵活，并且可用于多种管缆的扭转测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试装置，具体地说是一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置。
背景技术
海洋工程柔顺性管缆广泛地应用于海洋油气开采中。典型的管缆有：1、为海底开发装置提供动力电能的海缆；2、连接于水上平台与海底管汇之间起到控制功能的脐带缆；3、用于将开采出来的油气输送到储存装备的柔性管道。这些柔顺性管缆是海洋油气资源开发关键装备的重要组成部分，是保障油气田正常运行的“生命线”。其在存储运输、安装铺设和在位运行等工况时，由于受到工作荷载、浮体运动和复杂海洋环境等因素影响，容易造成拉伸、弯曲和扭转等多种力学行为失效。特别地，在实际安装铺设柔顺性管缆的过程中，由于管缆线牵引卷盘过渡下水桥将导致转角约束，其容易引起管缆截面扭转叠加直至破坏。因此，海洋工程管缆截面扭转力学性能是重要的设计参数之一，相关表征参数有：正向扭转刚度，反向扭转刚度和最大扭转角。为了验证管缆产品扭转性能参数是否达到设计要求，从而降低使用过程中发生扭转破坏的概率；管缆服役前在实验室内需要对其扭转刚度及其最大扭转角进行测试认证。测量结果将作为重要的力学性能指标。
海洋工程柔顺性管缆由功能构件和力学性能加强构件组成，为典型的多层螺旋缠绕结构，通常口径100mm-500mm不等；一般柔性管道口径要大于海缆或脐带缆，而且由于其还有若干金属层抵抗内外压和拉伸荷载，因此其扭转刚度较大。海缆和脐带缆扭转刚度大致范围为10-100KNm2，而柔性管道扭转刚度通常范围为1000-3000KNm2。目前实验室现有的扭转试验机多为对材料试件的扭转测试，同时，根据调研发现市场上现有的施加扭矩装置，不论是电力还是液压驱动，其输出扭矩虽然能够满足海缆或脐带缆要求，但是难以实现柔性管道的有效扭转。特别地，当需要测试最大扭转角度时，随着转角的增大，螺旋缠绕式的管缆将发生握紧效应，为克服其阻力需要施加的扭矩也逐渐增大直到管缆发生扭转破坏。因此，多数管缆生产厂家或研究机构采用自制的实验装置来进行扭转测试。
根据相关规范要求，海洋工程管缆扭转刚度及最大扭转角测试设备装置主要包括以下几部分：测试对象、测试支撑装置、测量设备、加载设备、油源设备。测试对象一般为所需要测试的管缆结构，如柔性立管、脐带缆或海缆等。测试支撑装置一般指试验架，主要用来支撑或固定测试对象。测量设备主要指为提取管缆扭转性能指标(中间或直接物理量)所需要的监测仪器如应变片、转角传感器和扭矩传感器等。加载设备一般指可以施加扭矩的装置及其他辅助构件。如果加载方式通过作动器实现，那么需要油源设备，其为加载设备提供液压动力。相关的设备包括液压缸，泵，液压管道以及冷却塔等。管缆扭转测试实验流程通常按如下步骤：取样、固定、布片、加载、测量和后处理模式展开。实验开始前要制定相应测试方案并对管缆样品进行选取，然后将待测试的管缆固定于试验架上，根据实验要求在测试位置进行应变片或传感器布置，并将其连接于数据采集设备。确保上述操作无误后启动油源装置驱动加载设备，同时实时采集相应数据。最后，对所得数据进行分析处理并形成完善的实验报告。
目前实验室内通过拉手拉葫芦的方式进行扭矩的加载，实验装置如图1所示。实验时需用抽拽手拉葫芦1`的一端，然后通过传动力臂装置将扭矩施加到管缆的一端。该扭矩加载方式存在诸多缺点：1、对于扭转刚度较小的管缆结构，采用手拉葫芦1`相对方便；若其扭转刚度偏大或者要求测试管缆能够承受的最大扭转角时，则需借助更长的传动力臂才能实现较大的弯矩，显然不利于实验室内有限空间的实施。2、同时，在加载过程中随着转角的不断增大，手拉葫芦1`施加力的方向将不断沿着绳索方向的改变而改变，因而其力矩大小变化不均匀将影响测试结果稳定性。3、依靠手拉葫芦1`的加载方式，人工只能间歇式的施力，因而不能很好的控制加载速度。同时，由于手拉葫芦1`的结构特点，每次施力后将会产生一定的回弹，其对后期数据处理带来了较大的不便。
发明内容
根据上述提出的技术问题，提供一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置。
本发明采用的技术手段如下：
一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置，包括沿直线依次排列的固定端支架、两个固定支架和多级齿轮，
所述固定端支架包括固定板Ⅰ，所述固定板Ⅰ上设有管缆固定法兰Ⅰ，
所述固定支架包括分别位于所述固定支架前后面上的两个固定板Ⅱ，所述固定板Ⅱ上设有管缆穿过的套筒，
所述多级齿轮通过齿条Ⅰ与支撑台连接，所述支撑台上设有导轨Ⅰ，所述齿条Ⅰ远离所述多级齿轮的一端设有与所述导轨Ⅰ相配合的导槽Ⅰ，所述导轨Ⅰ的延伸方向垂直于所述固定端支架、两个所述固定支架和所述多级齿轮的排列方向，
所述多级齿轮的轴线上设有通孔Ⅰ，所述多级齿轮靠近所述固定支架的一端设有固定法兰Ⅱ，
所述支撑台上设有作动器，所述作动器具有推动所述齿条Ⅰ沿所述导轨Ⅰ滑动的连杆，
所述支撑台上还设有齿条支架Ⅰ和齿条支架Ⅱ，
所述齿条支架Ⅰ包括齿条固定板Ⅰ，
所述齿条支架Ⅱ包括齿条固定板Ⅱ，
所述齿条固定板Ⅰ与所述齿条固定板Ⅱ之间设有与所述导轨Ⅰ平行的导轨Ⅱ，所述导轨Ⅱ上设有将所述多级齿轮压在所述齿条Ⅰ上的齿条Ⅱ，所述齿条Ⅱ设有与所述导轨Ⅱ相匹配的导槽Ⅱ，
所述固定支架的下端设有垂直于所述导轨Ⅰ的导轨Ⅲ，所述固定支架可沿所述导轨Ⅲ移动，方便调节所述固定端支架、所述固定支架和所述多级齿轮之间的管缆长度来均匀平衡管缆的自重，提高实验精度。
所述固定端支架还包括两条沿竖直方向延伸的通槽Ⅰ，所述固定板Ⅰ通过螺栓螺母分别与两条所述通槽Ⅰ连接，
所述固定支架还包括两条沿竖直方向延伸的通槽Ⅱ，所述固定板Ⅱ通过螺栓螺母分别与两条所述通槽Ⅱ连接，
所述齿条支架Ⅰ还包括两条沿竖直方向延伸的通槽Ⅲ，所述齿条固定板Ⅰ通过螺栓螺母分别与两条所述通槽Ⅲ连接，
所述齿条支架Ⅱ还包括两条沿竖直方向延伸的通槽Ⅳ，所述齿条固定板Ⅱ通过螺栓螺母分别与两条所述通槽Ⅳ连接。
所述齿条Ⅰ具有连接所述连杆的连接板，所述连接板与所述齿条Ⅰ的侧壁连接且垂直于所述导轨Ⅰ的延伸方向。
所述多级齿轮的各级端面上均设有多个通孔Ⅱ，所述通孔Ⅱ在保证结构强度的前提下节省材料。
工作状态下，管缆的一端通过接头法兰与所述固定法兰Ⅱ固定连接，管缆的另一端穿过所述套筒并通过接头法兰与所述固定法兰Ⅰ固定连接，调节所述固定板Ⅰ和所述固定板Ⅱ的高度，确保管缆在纵向为同一高度后通过螺栓螺母分别将所述固定板Ⅰ和所述固定板Ⅱ固定，所述作动器驱动所述齿条，通过所述多级齿轮和所述齿条Ⅰ、所述齿条Ⅱ之间的传动实现扭矩的施加，从而对管缆进行扭转测试。
本发明具有以下优点：
1、相比于手拉葫芦加载，本发明通过作动器驱动齿条来完成齿轮的旋转，这种控制方式更加方便、省力、精确。
2、本发明采用多级齿轮加载，通过不同半径的齿轮针对不同扭转刚度的海洋工程管缆施加相应的扭矩，加载更加灵活。
3、在多级齿轮的端面上加工多个通孔Ⅱ，保证结构强度的前提下节省材料。
4、多级齿轮的轴线上设有通孔Ⅰ，一方面方便管缆端部通过接头法兰与多级齿轮上的固定法兰Ⅱ连接，另一方面脐带缆和海缆的内部构件可从通孔Ⅰ伸出，外接其他检测设备，扭转测试的同时可以检测功能构件(电缆，光缆)的光电性能，如果测试对象为柔性管缆，增压装置的输出端可以穿过通孔Ⅰ对柔性管缆施加内压，实现保压下的扭转测试。
5、通过导轨Ⅲ的设置，可以方便调节固定端支架、固定支架和多级齿轮三者之间的距离，适当的距离将会提高实验精度。
6、通过齿条Ⅱ的设置，提高了多级齿轮在管缆扭转测试中的稳定性。
基于上述理由本发明可在管缆扭转测试等领域广泛推广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明现有的扭矩测试装置的结构示意图。
图2是本发明的具体实施方式中一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置的空间结构示意图。
图3是本发明的具体实施方式中一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置的侧视图。
图4是本发明的具体实施方式中一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置的俯视图。
图5是本发明的具体实施方式中多级齿轮的剖视图。
图6是本发明的具体实施方式中齿条Ⅰ的结构示意图。
图7是图6的左视图。
图8是本发明的具体实施方式中齿条Ⅱ的结构示意图。
图9是图8的左视图。
具体实施方式
如图2-图9所示，一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置，包括沿直线依次排列的固定端支架1、两个固定支架2和多级齿轮3，
所述固定端支架1包括固定板Ⅰ11，所述固定板Ⅰ11上设有管缆固定法兰Ⅰ12，
所述固定支架2包括分别位于所述固定支架2前后面上的两个固定板Ⅱ21，所述固定板Ⅱ21上设有管缆4穿过的套筒22，
所述多级齿轮3通过齿条Ⅰ5与支撑台6连接，所述支撑台6上设有导轨Ⅰ61，所述齿条Ⅰ5远离所述多级齿轮3的一端设有与所述导轨Ⅰ61相配合的导槽Ⅰ51，所述导轨Ⅰ61的延伸方向垂直于所述固定端支架1、两个所述固定支架2和所述多级齿轮3的排列方向，
所述多级齿轮3的轴线上设有通孔Ⅰ31，所述多级齿轮3靠近所述固定支架2的一端设有固定法兰Ⅱ32，
所述支撑台6上设有作动器7，所述作动器7具有推动所述齿条Ⅰ5沿所述导轨Ⅰ61滑动的连杆71，
所述支撑台6上还设有齿条支架Ⅰ62和齿条支架Ⅱ63，
所述齿条支架Ⅰ62包括齿条固定板Ⅰ64，
所述齿条支架Ⅱ63包括齿条固定板Ⅱ65，
所述齿条固定板Ⅰ64与所述齿条固定板Ⅱ65之间设有与所述导轨Ⅰ61平行的导轨Ⅱ66，所述导轨Ⅱ66上设有将所述多级齿轮3压在所述齿条Ⅰ5上的齿条Ⅱ8，所述齿条Ⅱ8设有与所述导轨Ⅱ66相匹配的导槽Ⅱ81，
所述固定支架2的下端设有垂直于所述导轨Ⅰ61的导轨Ⅲ9。
所述固定端支架1还包括两条沿竖直方向延伸的通槽Ⅰ13，所述固定板Ⅰ11通过螺栓螺母分别与两条所述通槽Ⅰ13连接，
所述固定支架2还包括两条沿竖直方向延伸的通槽Ⅱ23，所述固定板Ⅱ21通过螺栓螺母分别与两条所述通槽Ⅱ23连接，
所述齿条支架Ⅰ62还包括两条沿竖直方向延伸的通槽Ⅲ67，所述齿条固定板Ⅰ62通过螺栓螺母分别与两条所述通槽Ⅲ67连接，
所述齿条支架Ⅱ63还包括两条沿竖直方向延伸的通槽Ⅳ68，所述齿条固定板Ⅱ63通过螺栓螺母分别与两条所述通槽Ⅳ68连接。
所述齿条Ⅰ5具有连接所述连杆71的连接板52，所述连接板52与所述齿条Ⅰ5的侧壁连接且垂直于所述导轨Ⅰ61的延伸方向。
所述多级齿轮3的各级端面上均设有多个通孔Ⅱ33。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置，其特征在于：包括沿直线依次排列的固定端支架、两个固定支架和多级齿轮，
所述固定端支架包括固定板Ⅰ，所述固定板Ⅰ上设有管缆固定法兰Ⅰ，
所述固定支架包括分别位于所述固定支架前后面上的两个固定板Ⅱ，所述固定板Ⅱ上设有管缆穿过的套筒，
所述多级齿轮通过齿条Ⅰ与支撑台连接，所述支撑台上设有导轨Ⅰ，所述齿条Ⅰ远离所述多级齿轮的一端设有与所述导轨Ⅰ相配合的导槽Ⅰ，所述导轨Ⅰ的延伸方向垂直于所述固定端支架、两个所述固定支架和所述多级齿轮的排列方向，
所述多级齿轮的轴线上设有通孔Ⅰ，所述多级齿轮靠近所述固定支架的一端设有固定法兰Ⅱ，
所述支撑台上设有作动器，所述作动器具有推动所述齿条Ⅰ沿所述导轨Ⅰ滑动的连杆，
所述支撑台上还设有齿条支架Ⅰ和齿条支架Ⅱ，
所述齿条支架Ⅰ包括齿条固定板Ⅰ，
所述齿条支架Ⅱ包括齿条固定板Ⅱ，
所述齿条固定板Ⅰ与所述齿条固定板Ⅱ之间设有与所述导轨Ⅰ平行的导轨Ⅱ，所述导轨Ⅱ上设有将所述多级齿轮压在所述齿条Ⅰ上的齿条Ⅱ，所述齿条Ⅱ设有与所述导轨Ⅱ相匹配的导槽Ⅱ，
所述固定支架的下端设有垂直于所述导轨Ⅰ的导轨Ⅲ；
所述固定端支架还包括两条沿竖直方向延伸的通槽Ⅰ，所述固定板Ⅰ通过螺栓螺母分别与两条所述通槽Ⅰ连接，
所述固定支架还包括两条沿竖直方向延伸的通槽Ⅱ，所述固定板Ⅱ通过螺栓螺母分别与两条所述通槽Ⅱ连接，
所述齿条支架Ⅰ还包括两条沿竖直方向延伸的通槽Ⅲ，所述齿条固定板Ⅰ通过螺栓螺母分别与两条所述通槽Ⅲ连接，
所述齿条支架Ⅱ还包括两条沿竖直方向延伸的通槽Ⅳ，所述齿条固定板Ⅱ通过螺栓螺母分别与两条所述通槽Ⅳ连接；
所述齿条Ⅰ具有连接所述连杆的连接板，所述连接板与所述齿条Ⅰ的侧壁连接且垂直于所述导轨Ⅰ的延伸方向。
2.根据权利要求1所述的一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置，其特征在于：所述多级齿轮的各级端面上均设有多个通孔Ⅱ。
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| CN105466792A (zh) | 2016-04-06 |
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