CN105588698A - 海底管道模拟撞击试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种海底管道模拟撞击试验系统，该试验系统包括横跨土池设置的门形支撑架；土池内设模拟海底管线的管道；门形支撑架的横梁上设有能沿横梁平移的移动座，由移动座向横梁下方垂直延伸设有滑动导轨；移动座上设有提升绞车，提升绞车下端悬挂有沿滑动导轨滑动设置的模拟撞击物体；海底管道位于门形支撑架横梁的正下方；海底管道一端连接有一固定支撑架，另一端顺序连接有一加载轴向载荷装置和一平移支撑架；海底管道为一密封管体，海底管道的一端连接有一加载内压装置。该模拟试验系统能够在管道预加轴向载荷及内压条件下，对管道进行受落物撞击试验模拟，可以对管道在不同长度、埋设深度、撞击位置和撞击接触面形状的情况进行模拟撞击试验。

Description

海底管道模拟撞击试验系统

技术领域

本发明是关于海洋工程技术中一种海底管道的撞击实验装置，尤其涉及一种用于模拟海底管道多种条件下受撞击的海底管道模拟撞击试验系统。

背景技术

进入20世纪中期以后，石油资源短缺的问题在经济快速发展的现代社会日益凸显。随着海洋开采范围的日益扩大,深海石油开发已成为石油工业的重要前沿阵地。与此同时，我国船舶运输业、渔业都取得长足进步。在船舶运输方面，随着沿海港口数量和泊位日益增加，船舶吨位越来越大，意外的抛锚作业也越来越频繁；在渔业生产方面，渔业作业区域越来越密集，在部分海域内，渔业养殖作业区域与海底管线的铺设区域产生交叠，并且渔业船舶在海上作业随意性比较强，以上这些因素都会给海底管线带来一定的风险。因此，有必要在海底管线掩埋深度的设计和落物对海底管道撞击等方面的研究做更多的工作。所以迫切的需要发明一种海底管道模拟撞击试验系统。

目前，国内对受损海底管道的强度分析方面的研究不多，相应针对海底管道模拟撞击的试验系统很少。现有的试验系统大多是将海底管道置于刚性地面上，且没有对海底管道预加载上轴向载荷模拟实际工况；缺少对海底管道不同长度、不同埋设深度和不同撞击位置进行试验的综合试验系统。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种海底管道模拟撞击试验系统，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海底管道模拟撞击试验系统，能够在海底管道预加轴向载荷及内压条件下，对海底管道在受落物撞击的情况下进行试验模拟。

本发明的另一目的在于提供一种海底管道模拟撞击试验系统，可以对管道在不同长度、埋设深度、撞击位置和撞击接触面的情况下进行模拟撞击试验。

本发明的又一目的在于提供一种海底管道模拟撞击试验系统，该模拟试验系统结构简单，安装拆除方便，经济适用，各组成部分可以被重复利用，大大降低试验成本。

本发明的目的是这样实现的，一种海底管道模拟撞击试验系统，该试验系统包括有土池和横跨土池设置的门形支撑架；土池内设有模拟海底管线的海底管道；门形支撑架的横梁上设有能沿横梁平移的移动座，由所述移动座向横梁下方垂直延伸设有滑动导轨；所述移动座上设有提升绞车，提升绞车下端悬挂有模拟撞击物体，该模拟撞击物体沿滑动导轨滑动设置；所述海底管道位于门形支撑架横梁的正下方且与横梁平行设置；海底管道一端连接有一固定支撑架，海底管道另一端顺序连接有一加载轴向载荷装置和一平移支撑架；所述海底管道为一密封管体，海底管道的一端连接有一加载内压装置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述土池内填充有用于模拟柔软海床的土壤；所述海底管道埋设在该土壤中。

在本发明的一较佳实施方式中，所述加载内压装置包括一液压泵站，该液压泵站通过管路和快速接头连接于海底管道的一端。

在本发明的一较佳实施方式中，所述模拟撞击物体包括有铁箱，铁箱顶部设有能悬挂于提升绞车的挂钩，铁箱底部设有撞击压头；所述铁箱上还设有与滑动导轨滑动连接的滑动基座；所述撞击压头为楔形、锥形、圆弧性或圆台形。

在本发明的一较佳实施方式中，所述滑动基座由滑轮板构成，滑轮板上设有滑设于滑动导轨中的滑轮。

在本发明的一较佳实施方式中，所述加载轴向载荷装置为一单出杆活塞缸，单出杆活塞缸的缸体固定于所述平移支撑架，单出杆活塞缸的活塞杆固定于海底管道的另一端；所述平移支撑架包括一竖直设置的支撑体，该支撑体的一侧连接单出杆活塞缸的缸体，该支撑体的另一侧通过一连杆连接一水平滑座，该水平滑座滑动地设置在一水平基座中；所述水平滑座与水平基座之间设有定位和固定结构。

在本发明的一较佳实施方式中，海底管道一端通过一法兰固定连接于固定支撑架，单出杆活塞缸的缸体通过另一法兰固定连接于平移支撑架。

在本发明的一较佳实施方式中，所述水平基座上设有导向轨道，所述导向轨道与海底管道轴向平行设置；所述水平滑座上设有多个与导向轨道配合移动的滚轮。

在本发明的一较佳实施方式中，邻近海底管道另一端的管体上设有一竖直设置的拉杆，所述拉杆上端能平移地连接于横梁上，所述拉杆下端通过卡箍能拆卸地连接于管体。

在本发明的一较佳实施方式中，所述拉杆由上拉杆和下拉杆相对固定连接构成；所述上、下拉杆之间设有伸缩调节装置。

由上所述，本发明是一种考虑土壤柔性作用的多功能海底管道模拟撞击试验系统，该模拟试验系统不仅能够在海底管道预加轴向载荷及内压条件下，对海底管道进行受落物撞击试验模拟，同时可以对海底管道在不同长度、埋设深度、撞击位置和撞击接触面形状的情况进行模拟撞击试验；该模拟试验系统结构简单，操作便捷，安装拆卸方便，经济适用，各组成部分可以被重复利用，大大降低了试验成本；能够实现上述多种条件下的复合海底管道撞击模拟试验。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1A：为本发明海底管道模拟撞击试验系统立体结构示意图；

图1B：为本发明海底管道模拟撞击试验系统主视示意图；

图1C：为本发明海底管道模拟撞击试验系统俯视示意图；

图2：为本发明中固定支撑架的结构示意图；

图3：为本发明中平移支撑架的结构示意图；

图4：为本发明中加载内压装置的结构示意图；

图5：为本发明中模拟撞击物体与滑动导轨滑动连接的结构示意图。

附图标号：

100:海底管道模拟撞击试验系统；

1:土池；

2:门形支撑架；21:横梁；22:拉杆；221:上拉杆；222:下拉杆223:卡箍；

3:移动座；31:滑动导轨；32：提升绞车；

4:模拟撞击物体；41:铁箱；42:撞击压头；43:滑动基座；

5:固定支撑架；

6:平移支撑架；61:支撑体；62:连杆；63:水平滑座；631:滚轮；64:水平基座；641:导向轨道；642:螺纹孔；65:螺栓；

7:加载内压装置；71:液压泵站；72:管路；73:快速接头；

8:单出杆活塞缸；81:缸体；82:活塞杆；

9:海底管道；

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1A、图1B、图1C所示，本发明提出一种海底管道模拟撞击试验系统100，该试验系统100包括有土池1和横跨土池1设置的门形支撑架2；土池1内设有模拟海底管线的海底管道9；土池内填充有用于模拟柔软海床的土壤，所述海底管道埋设在该土壤中；门形支撑架2的横梁21上设有能沿横梁21平移的移动座3，由所述移动座3向横梁21下方垂直延伸设有滑动导轨31；所述移动座3上设有提升绞车32，提升绞车32下端悬挂有模拟撞击物体4，该模拟撞击物体4沿滑动导轨31滑动设置；所述海底管道9位于门形支撑架横梁21的正下方且与横梁21平行设置；海底管道9一端连接有一固定支撑架5，海底管道9另一端连接有一平移支撑架6；所述海底管道9为一密封管体，海底管道9的一端连接有一加载内压装置7；海底管道9一端通过一法兰固定连接于固定支撑架5，海底管道另一端设有一单出杆活塞缸8，单出杆活塞缸的缸体81通过另一法兰固定于所述平移支撑架6上，单出杆活塞缸的活塞杆82固定于海底管道9的另一端；所述平移支撑架6可以沿着海底管道9的轴向移动，以便连接(更换)不同长度的海底管道；单出杆活塞缸8可以对海底管道9施加轴向载荷(压力或拉力)，通过改变上述法兰的连接位置可以调整海底管道9埋设深度。

由上所述，本发明是一种考虑土壤柔性作用的多功能海底管道模拟撞击试验系统，该模拟试验系统不仅能够在海底管道预加轴向载荷及内压条件下，对海底管道进行受落物撞击试验模拟，同时可以对海底管道在不同长度、埋设深度、撞击位置和撞击接触面的情况进行模拟撞击试验；该模拟试验系统结构简单，操作便捷，安装拆卸方便，经济适用，各组成部分可以被重复利用，大大降低了试验成本；能够实现上述多种条件下的复合海底管道撞击模拟试验。

进一步，如图1A所示，土池1的结构尺寸为5米(长)×6米(宽)×4米(深)米，其中土池的侧壁高出地面0.5米；所述固定支撑架5和平移支撑架6分别由矩形钢管和工字钢构成，固定支撑架5和平移支撑架6呈竖直设置，固定支撑架5固定地设置在土池的一侧边，平移支撑架6能平移地设置在土池的另一侧边；如图2所示，固定支撑架5的作用是防止海底管道的一端在试验过程发生移动或者旋转，同时可以通过改变法兰的安装位置达到改变海底管道埋深的目的。

进一步，如图3所示，在本实施方式中，所述平移支撑架6包括一竖直设置的支撑体61，该支撑体61的一侧连接单出杆活塞缸8的缸体，该支撑体61的另一侧通过一连杆62连接一水平滑座63，该水平滑座63滑动地设置在一水平基座64中；所述水平基座64上设有导向轨道641，所述导向轨道641与海底管道9轴向平行设置；所述水平滑座63上设有多个与导向轨道641配合移动的滚轮631；

所述水平滑座63与水平基座64之间设有定位和固定结构；所述定位和固定结构包括在水平基座64上且沿着水平滑座移动方向间隔设置的多个螺纹孔642，所述水平滑座63上设有多个与所述螺纹孔匹配的通孔(图中未示出)，由螺栓65将平移到位的水平滑座63与水平基座64固定。

进一步，如图4所示，所述加载内压装置7包括一液压泵站71，该液压泵站71通过管路72和快速接头73连接于海底管道9的一端。

如图1A、图5所示，所述模拟撞击物体4包括有铁箱41，铁箱内部可加重物改变落物重量；铁箱41顶部设有能悬挂于提升绞车32的挂钩，铁箱底部设有撞击压头42；所述铁箱上还设有与滑动导轨31滑动连接的滑动基座43。所述滑动基座43由滑轮板构成，滑轮板上设有滑设于滑动导轨中的滑轮。

进一步，在本实施方式中，所述撞击压头42可为楔形、锥形、圆弧性或圆台形等多种形状，以满足能够调整撞击接触面的要求。

如图1A所示，邻近海底管道9另一端的管体上设有一竖直设置的拉杆22，所述拉杆22上端能平移地连接于横梁21上，所述拉杆22下端通过卡箍223能拆卸地连接于管体。

在本实施方式中，所述拉杆22由上拉杆221和下拉杆222相对固定连接构成；所述上、下拉杆221、222之间设有伸缩调节装置，当海底管道9的埋深作出调整时，拉杆的长度也可作出相应调整。该伸缩调节装置可以采用现有技术。

拉杆22的作用是在固定支撑架5固定海底管道径向的前提下，使得海底管道在其另一端能够沿其轴向产生位移；海底管道另一端在预加轴向载荷后，可产生轴向压缩变形，拉杆采取卡箍式连接的方式夹持海底管道另一端，易于海底管道装卸；同时拉杆可以沿门形支撑架2的横梁平移，使得试验系统可进行不同长度的海底管道撞击试验。

所述门形支撑架2以钢结构焊接为主，用于给拉杆22和滑动导轨31提供支撑或固定。

本发明的海底管道模拟撞击试验系统实验运行过程如下：

(1)将海底管道9安装在土池1预定位置上；根据试验对海底管道9埋深的需要，通过固定支撑架5上的法兰固接住海底管道9的一端；根据试验对海底管道9长度的设定，移动滑动支撑架6至合适位置，再利用拉杆上的卡箍223夹持住海底管道9的另一端；将加载内压装置7与海底管道9的一端连通进行内压的加载；同时将加载轴向载荷装置(单出杆活塞缸8)按试验埋深要求固定在支撑体61上并通过水平滑座63推至与海底管道9相接触位置，将单出杆活塞缸8的活塞杆与海底管道9固定；

(2)待上述过程完成后，推动移动座3并带动滑动导轨31沿着门形支撑架2的横梁21平移至海底管道撞击位置上方并用插销固定(滑动导轨31与横梁21之间设有插销孔和插销，以使滑动导轨31移动到位后固定住滑动导轨31)；操作提升绞车32吊起模拟撞击物体4；

(3)待上述过程全部完成后，操作提升绞车32使其空载，模拟撞击物体4利用自由落体运动垂直撞击海底管道9，完成模拟撞击试验。

本发明是一种考虑土壤柔性作用的多功能海底管道模拟撞击试验系统，该模拟试验系统不仅能够在海底管道预加轴向载荷及内压条件下，对海底管道进行受落物撞击试验模拟，同时可以对海底管道在不同长度、埋设深度、撞击位置和撞击接触面的情况进行模拟撞击试验；该模拟试验系统结构简单，操作便捷，安装拆卸方便，经济适用，各组成部分可以被重复利用，大大降低了试验成本；能够实现上述多种条件下的复合海底管道撞击模拟试验；能够为海底管道安全性分析打下基础，对进一步深入研究海底管道受第三方行为破坏具有指导意义。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种海底管道模拟撞击试验系统，其特征在于：该试验系统包括有土池和横跨土池设置的门形支撑架；土池内设有模拟海底管线的海底管道；门形支撑架的横梁上设有能沿横梁平移的移动座，由所述移动座向横梁下方垂直延伸设有滑动导轨；所述移动座上设有提升绞车，提升绞车下端悬挂有模拟撞击物体，该模拟撞击物体沿滑动导轨滑动设置；所述海底管道位于门形支撑架横梁的正下方且与横梁平行设置；海底管道一端连接有一固定支撑架，海底管道另一端顺序连接有一加载轴向载荷装置和一平移支撑架；所述海底管道为一密封管体，海底管道的一端连接有一加载内压装置。

2.如权利要求1所述的海底管道模拟撞击试验系统，其特征在于：所述土池内填充有用于模拟柔软海床的土壤；所述海底管道埋设在该土壤中。

3.如权利要求1所述的海底管道模拟撞击试验系统，其特征在于：所述加载内压装置包括一液压泵站，该液压泵站通过管路和快速接头连接于海底管道的一端。

4.如权利要求1所述的海底管道模拟撞击试验系统，其特征在于：所述模拟撞击物体包括有铁箱，铁箱顶部设有能悬挂于提升绞车的挂钩，铁箱底部设有撞击压头；所述铁箱上还设有与滑动导轨滑动连接的滑动基座；所述撞击压头为楔形、锥形、圆弧性或圆台形。

5.如权利要求4所述的海底管道模拟撞击试验系统，其特征在于：所述滑动基座由滑轮板构成，滑轮板上设有滑设于滑动导轨中的滑轮。

6.如权利要求1所述的海底管道模拟撞击试验系统，其特征在于：所述加载轴向载荷装置为一单出杆活塞缸，单出杆活塞缸的缸体固定于所述平移支撑架，单出杆活塞缸的活塞杆固定于海底管道的另一端；所述平移支撑架包括一竖直设置的支撑体，该支撑体的一侧连接单出杆活塞缸的缸体，该支撑体的另一侧通过一连杆连接一水平滑座，该水平滑座滑动地设置在一水平基座中；所述水平滑座与水平基座之间设有定位和固定结构。

7.如权利要求6所述的海底管道模拟撞击试验系统，其特征在于：海底管道一端通过一法兰固定连接于固定支撑架，单出杆活塞缸的缸体通过另一法兰固定连接于平移支撑架。

8.如权利要求6所述的海底管道模拟撞击试验系统，其特征在于：所述水平基座上设有导向轨道，所述导向轨道与海底管道轴向平行设置；所述水平滑座上设有多个与导向轨道配合移动的滚轮。

9.如权利要求1所述的海底管道模拟撞击试验系统，其特征在于：邻近海底管道另一端的管体上设有一竖直设置的拉杆，所述拉杆上端能平移地连接于横梁上，所述拉杆下端通过卡箍能拆卸地连接于管体。

10.如权利要求9所述的海底管道模拟撞击试验系统，其特征在于：所述拉杆由上拉杆和下拉杆相对固定连接构成；所述上、下拉杆之间设有伸缩调节装置。