CN105823687B - 一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置 - Google Patents

一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105823687B
CN105823687B CN201610297835.7A CN201610297835A CN105823687B CN 105823687 B CN105823687 B CN 105823687B CN 201610297835 A CN201610297835 A CN 201610297835A CN 105823687 B CN105823687 B CN 105823687B
Authority
CN
China
Prior art keywords
submarine pipeline
experiment
model
soil body
iron pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610297835.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105823687A (zh
Inventor
韩庆华
徐万海
芦燕
马烨璇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201610297835.7A priority Critical patent/CN105823687B/zh
Publication of CN105823687A publication Critical patent/CN105823687A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105823687B publication Critical patent/CN105823687B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0001—Type of application of the stress
    • G01N2203/0003—Steady
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0017—Tensile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0032—Generation of the force using mechanical means

Abstract

本发明公开了一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置，该装置包括海底管道模型、端土影响消除装置、滑动小车、试验土箱、拉力传感器以及连接所述拉力传感器的采集仪和连接所述采集仪的计算机。本发明的优点是：以端土影响消除装置与海底管道模型两端部的软连接，实现了去除端部土体对实验模型影响的技术目的，解决了本技术领域只能截取某一有限段长度的管道进行研究而无法通过模型试验全面观测海底管道侧向屈曲变形过程中受力情况及土体情况的一大难题，具有很好的实用性。

Description

一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置
技术领域
本发明涉及一种海洋工程技术领域的试验装置，更具体地说，本发明涉及一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置。
背景技术
由于陆地石油资源日益匮乏，海洋油气资源的开发得到了迅猛发展。海底管道是海洋油气输送的主要方式之一，随着海洋油气资源的开发和利用，管道的工作压力不断提高，其设计温度普遍达到或超过100℃，甚至可能达到150℃的高温，出现了越来越多在高温/高压下工作的海底管道。当管道的运行温度和压力高于周围环境时，管道将膨胀，如果管道的轴向变形受到限制，那么管道将承受轴向载荷。而温度引起的轴向力很难通过管道的轴向伸长来释放，当管道中的轴向载荷达到一定值时，管道就会发生整体屈曲。对己有海底管道的调查表明，管道屈曲变形对管道寿命的影响已不容忽视。海底管道在温度应力下的屈曲变形问题成为管道设计的关键性问题。
鉴于此，海底管道的侧向屈曲问题已引起国内外的广泛关注，而研究海底管道侧向屈曲最有效的研究方法之一就是模型实验。通过模型实验，可以比较全面的观测到海底管道的侧向屈曲现象及其主要特征，获得较为可靠的实验结果。实验结果可用来效验理论和数值模型的精度。如1998年第20期《Applied Ocean Research》杂志中的“On the designof integral buckle arrestors for offshore pipelines”(整体式止屈器在海洋管道上的设计)采用了长度为管径直径20倍左右的实验管件模型研究双整体式止屈器性能实验。2000年第37期《International Journal of Solids and Structures》杂志中的“On thedynamics of propagating buckles in pipelines”(管道屈曲传播动态)采用了长度为管径直径50倍左右的实验管件模型研究了管道屈曲传播实验。目前已有的实验多是小尺寸屈曲传播和止屈实验，因此实验结果能否适用于实际还有待进一步研究。
鉴于空间的限制使全尺度的海底管道侧向屈曲实验难以实现，只能截取某一有限段长度的管道进行研究，然而应用有限长的海底管道模型模拟实际的海底管道模型必然会带来很多问题，尤其是管道端部对管道的影响，因此，如何去除端部土体对实验模型的影响，成为本领域的一大难题。
发明内容
本发明的目的就是解决上述技术问题，并为此提供一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置。
本发明的技术方案是：
一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置，包括海底管道模型、端土影响消除装置、滑动小车、试验土箱、拉力传感器以及连接所述拉力传感器的采集仪和连接所述采集仪的计算机；
所述的海底管道模型设置在所述的试验土箱中，它由密封铁管以及对称连接在所述密封铁管上端的两个连接杆构成，两个所述的连接杆分别通过拉力传感器连接土抗力测杆，两个所述土抗力测杆的顶部分别通过中部固定卡子连接所述的滑动小车；
所述的端土影响消除装置包括两组橡皮膜，两组所述的橡皮膜分别为相互之间留有间隙的两片，其中一片与所述密封铁管的端面固定，另一片与其外侧设置的侧向端盖固定，它们通过不锈钢扎带得以连接并使所述的密封铁管和侧向端盖之间实现软连接，两个所述的侧向端盖上设置有支撑杆，两个所述的支撑杆分别通过端部固定卡子连接所述的滑动小车；
所述的试验土箱内装有将所述的海底管道模型埋没至密封铁管中心线处的试验用沙土；
所述的滑动小车设置在所述试验土箱顶部的小车滑轨上；
本发明的有益效果是：克服了现有技术的缺陷，以端土影响消除装置与海底管道模型两端部的软连接，实现了去除端部土体对实验模型影响的技术目的，解决了本技术领域只能截取某一有限段长度的管道进行研究而无法通过模型试验全面观测海底管道侧向屈曲变形过程中受力情况及土体情况的一大难题，具有很好的实用性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是图1中海底管道模型的结构示意图；
图4是图1中构成端土影响消除装置的部分构件连接图。
图中标记：
1-海底管道模型 2-端部固定卡子 3-滑动小车
4-中部固定卡子 5-土抗力测杆 6-小车滑轨
7-支撑杆 8-侧向端盖 9-橡皮膜
10-不锈钢扎带 11-试验土箱 12-连接杆
13-试验用沙土 14-拉力传感器 15-密封铁管
具体实施方式
为了使本发明的优点和特征更容易被清楚理解，下面结合附图和实施例对其技术方案作以详细说明。
本发明的去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置，包括海底管道模型1、端土影响消除装置、滑动小车3、拉力传感器14、试验土箱11以及连接所述拉力传感器14的采集仪和连接所述采集仪的计算机；
参照图1并结合图2、图3、图4：
所述的海底管道模型1置于所述的试验土箱11中，它由密封铁管15以及对称连接在所述密封铁管15上端的两个连接杆12构成，两个所述的连接杆12分别通过拉力传感器14连接土抗力测杆5，两个所述土抗力测杆5的顶部分别通过中部固定卡子4连接所述的滑动小车3；
所述的端土影响消除装置包括两组橡皮膜9，两组所述的橡皮膜9分别为相互之间留有间隙的两片，其中一片与所述密封铁管15的端面固定，另一片与其外侧设置的侧向端盖8固定，它们通过不锈钢扎带10得以连接并使所述的密封铁管15和侧向端盖之间8实现软连接，两个所述的侧向端盖8上设置有支撑杆7，两个所述的支撑杆7分别通过端部固定卡子2连接所述的滑动小车3；
所述的试验土箱11内装有将所述的海底管道模型1埋没至密封铁管15中心线处的试验用沙土13；
所述的滑动小车3设置在所述试验土箱11顶部的小车滑轨上。
在本发明的工作过程中，所述的支撑杆7在滑动小车3的移动过程中与所述的海底管道模型1保持相对静止，且由于所述端土影响消除装置中的橡皮模9通过不锈钢扎带10密封固定在所述海底管道模型1端部与侧向端盖8之间极小密闭的空隙内，可以有效消除端部土体的影响。
本发明的制作与使用过程是：
(1)试验前，根据所述海底管道模型1的尺度和实验工况，确定所述试验土箱11的尺寸、滑动小车3的速度以及试验用沙土13的材质和用量；
(2)制作所述的海底管道模型1、滑动小车3、试验土箱11以及端土影响消除装置并完成整个装置的组装，使其中的拉力传感器14连接采集仪，并使所述采集仪连接计算机；
(3)通过变频器调节所述滑动小车3在所述小车滑轨6上的移动速度，然后开始试验；
(4)启动所述的滑动小车3，使其拖动所述的海底管道模型1随之沿所述的小车滑轨6移动，并通过所述的拉力传感器14对土抗力信号的拾取，由所述的土抗力测杆5测得可消除端土影响的土抗力。
以上参照附图和实施例对本发明的技术方案进行了示意性描述，该描述没有限制性。本领域的技术人员应能理解，在实际应用中，本发明中各个技术特征均可能发生某些变化，而其他人员在其启示下也可能做出相似设计。特别需要指出的是：只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的细节变化或相似设计，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置，包括海底管道模型、端土影响消除装置、滑动小车、试验土箱、拉力传感器以及连接所述拉力传感器的采集仪和连接所述采集仪的计算机，其特征在于：所述的海底管道模型设置在所述的试验土箱中，它由密封铁管以及对称连接在所述密封铁管上端的两个连接杆构成，两个所述的连接杆分别通过拉力传感器连接土抗力测杆，两个所述土抗力测杆的顶部分别通过中部固定卡子连接所述的滑动小车；所述的端土影响消除装置包括两组橡皮膜，两组所述的橡皮膜分别为相互之间留有间隙的两片，其中一片与所述密封铁管的端面固定，另一片与其外侧设置的侧向端盖固定，它们通过不锈钢扎带得以连接并使所述的密封铁管和侧向端盖之间实现软连接，两个所述的侧向端盖上设置有支撑杆，两个所述的支撑杆分别通过端部固定卡子连接所述的滑动小车；所述的试验土箱内装有将所述的海底管道模型埋没至密封铁管中心线处的试验用沙土；所述的滑动小车设置在所述试验土箱顶部的小车滑轨上。
CN201610297835.7A 2016-05-07 2016-05-07 一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置 Active CN105823687B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610297835.7A CN105823687B (zh) 2016-05-07 2016-05-07 一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610297835.7A CN105823687B (zh) 2016-05-07 2016-05-07 一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105823687A CN105823687A (zh) 2016-08-03
CN105823687B true CN105823687B (zh) 2018-08-31

Family

ID=56528313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610297835.7A Active CN105823687B (zh) 2016-05-07 2016-05-07 一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105823687B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108918285B (zh) * 2018-08-30 2024-03-19 番禺珠江钢管（珠海）有限公司 一种管段压溃装置及其试验方法
CN111398036A (zh) * 2020-04-22 2020-07-10 天津大学 一种测量海底结构受力的智能拖拉试验系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008077819A1 (de) * 2006-12-22 2008-07-03 Endress+Hauser Flowtec Ag Messwandler vom vibrationstyp
CN103353517A (zh) * 2013-06-27 2013-10-16 天津大学 一种测量埋设海底管线运动过程中土体抗力的试验装置
CN103364124A (zh) * 2013-06-27 2013-10-23 天津大学 海底油气管线水平向运动时所受土体阻力测定装置
CN103969068A (zh) * 2014-04-11 2014-08-06 中国科学院力学研究所 模拟海底管系结构与海床土体轴向相互作用的方法及装置
CN104949887A (zh) * 2015-07-16 2015-09-30 大连理工大学 一种减小三轴试样端部摩擦力的试验装置
CN205593846U (zh) * 2016-05-07 2016-09-21 天津大学 用于去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008077819A1 (de) * 2006-12-22 2008-07-03 Endress+Hauser Flowtec Ag Messwandler vom vibrationstyp
CN103353517A (zh) * 2013-06-27 2013-10-16 天津大学 一种测量埋设海底管线运动过程中土体抗力的试验装置
CN103364124A (zh) * 2013-06-27 2013-10-23 天津大学 海底油气管线水平向运动时所受土体阻力测定装置
CN103969068A (zh) * 2014-04-11 2014-08-06 中国科学院力学研究所 模拟海底管系结构与海床土体轴向相互作用的方法及装置
CN104949887A (zh) * 2015-07-16 2015-09-30 大连理工大学 一种减小三轴试样端部摩擦力的试验装置
CN205593846U (zh) * 2016-05-07 2016-09-21 天津大学 用于去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Modelling the soil resistance on seabed pipelines during large cycles of lateral movement;White D. J. et al.;《Marine Structures》;20081231;第21卷(第1期);第59-79页 *
On submarine pipeline frictional characteristics in the presence of buckling;Taylor N. et al.;《Proceedings of the 4th International Symposium on Offshore Mechanics and Arctic Engineering》;19851231;第508-515页 *
裸置海底管道侧向往复运动土抗力试验研究;唐友刚 等;《哈尔滨工程大学学报》;20160131;第37卷(第1期);第76-80页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105823687A (zh) 2016-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2886788B1 (en) Riser fatigue monitoring
CN105823687B (zh) 一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置
Resvanis et al. Reynolds number effects on the vortex-induced vibration of flexible marine risers
CN205593846U (zh) 用于去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置
Liu et al. Creep constraint analysis and constraint parameter solutions for circumferential surface cracks in pressurized pipes
Shields et al. Design of nonlinear observers for detecting faults in hydraulic sub-sea pipelines
Kim et al. An experimental study of a circular cylinder's two-degree-of-freedom motion induced by vortex
US20130170914A1 (en) System and methods for stabilizing subsea pipeline
He et al. Vertical elastic dynamic impedance of a large diameter and thin-walled cylindrical shell type foundation
Østby et al. Large-scale experimental investigation of the effect of biaxial loading on the deformation capacity of pipes with defects
CN206683960U (zh) 一种非粘结挠性管道的轴向刚度与极限抗拉强度测量装置
CN205102959U (zh) 一种水下拉力测量装置
Li-wei et al. Mechanical analysis of buried suspended pipeline under the action of collapse
Paolucci et al. Simplified modelling of continous buried pipelines subject to earthquake fault rupture
CN105973553B (zh) 一种土体-海底多跨管道-海流多场耦合作用的实验系统
Catarig et al. Analysis problems of tubular offshore structures
Olunloyo et al. Concerning the transverse and longitudinal vibrations of a fluid conveying beam and the pipe walking phenomenon
CN106759214B (zh) 一种双面锥型全流触探探头
CN105674867B (zh) 一种水下高压用磁致伸缩位移传感器密封装置
Wu et al. Prediction of riser VIV with staggered buoyancy elements
CN104422424A (zh) 一种隔水管偏移及偏移方向监测方法
Yuan et al. Influence of applied potential on the stress corrosion behavior of X90 pipeline steel and its weld joint in simulated solution of near neutral soil environment
Zhang et al. Hydrodynamic load and parametric design of grouted clamp used on offshore jacket
Fok et al. On the evaluation of the mechanical properties and the ultimate internal pressure of a thin-walled closed-end cylinder
Carobino et al. A Non Linear Finite Element Model to Analyse the Dynamics of Subsea Lifting Operation Using Synthetic Cables

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP02 Change in the address of a patent holder
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 300350 Haijing garden, Haihe Education Park, Jinnan, Tianjin, 135, Tianjin University.

Patentee after: Tianjin University

Address before: 300072 Tianjin City, Nankai District Wei Jin Road No. 92

Patentee before: Tianjin University