CN107389436B - 一种纤维缆绳蠕变实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：包括海洋环境模拟系统、定常载荷加载系统、纤维缆绳位移测量系统以及纤维缆绳夹持系统，海洋环境模拟系统用于使缆绳试样在实验过程中始终处于水环境中，所述定常载荷加载系统用于对缆绳试样加载定常载荷，所述纤维缆绳夹持系统用于夹紧缆绳试样的标记段，所述纤维缆绳位移测量系统用于测量缆绳试样标记段的位移。本发明的有益效果为：本发明的蠕变实验装置，考虑到了缆绳的各个组分（纤维、纱线、绳股、子股和全尺寸缆绳）所承受的海洋环境影响，能够同时测量多组纤维缆绳组分在不同定常载荷下的蠕变实验研究，能够快速测量和确定水中纤维缆绳各组分的蠕变性能。

Description

一种纤维缆绳蠕变实验装置

技术领域

本发明涉及一种实验装置，具体涉及一种纤维缆绳蠕变实验装置，属于海洋环境下纤维缆绳蠕变技术领域。

背景技术

目前，随着深海油气开发不断趋近于更深的海域，合成纤维缆绳广泛应用于深水系泊工程中。合成纤维缆绳主要包括聚酯、尼龙、芳香族、尼龙、高强聚乙烯等纤维所组成的缆绳。纤维缆绳的层级结构包括：纤维、纱线、绳股、子股和全尺寸缆绳。

在长期海洋环境载荷作用下，纤维缆绳会发生蠕变甚至是蠕变破断。为了探究缆绳的蠕变响应和预测缆绳的蠕变寿命，这需要设计有效的纤维缆绳蠕变研究装置。由于缆绳的蠕变所耗费时间长，常规的实验装置往往只能一次开展一组的蠕变实验，而且不能考虑缆绳处于海水环境的影响。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明的目的在于提出一种纤维缆绳蠕变实验装置，是一种针对海水中的纤维缆绳蠕变研究的新型实验装置，考虑到了缆绳的各个组分所承受的海洋环境影响，能够测量纤维缆绳组分在不同定常载荷下的蠕变实验研究，具有实验高效，可重复性好，能够快速测量和确定水中纤维缆绳各组分的蠕变性能。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：包括海洋环境模拟系统、定常载荷加载系统、纤维缆绳位移测量系统以及纤维缆绳夹持系统，所述纤维缆绳夹持系统设置在海洋环境模拟系统的上部，所述海洋环境模拟系统用于使纤维缆绳试样在实验过程中始终处于水环境中，所述纤维缆绳夹持系统用于夹紧纤维缆绳试样的标记段；所述纤维缆绳位移测量系统设置在纤维缆绳夹持系统上，所述纤维缆绳位移测量系统用于测量纤维缆绳试样的标记段的位移；所述定常载荷加载系统用于对纤维缆绳试样加载定常载荷。

前述的一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：所述海洋环境模拟系统包括外水箱、内水箱、支架、外水箱孔、内水箱孔、水泵、孔口，所述内水箱设置于外水箱的内部，所述外水箱底部上设置有支架，所述内水箱设置于支架的顶端，所述内水箱孔有2个，分别开设在内水箱的左右两侧壁上，所述外水箱孔与内水箱孔的孔中心水平共线，并且外水箱孔与内水箱孔一一对应设置，也有2个，分别开设在外水箱的左右两侧壁上，所述水泵设置于外水箱的底部，所述孔口设置于内水箱的侧壁上，水泵通过孔口将外水箱中的水导入内水箱中。

前述的一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：所述外水箱孔和内水箱孔都是矩形孔。

前述的一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：所述定常载荷加载系统包括两个第二定滑轮和设置于相应第二定滑轮下部的砝码盘，所述2个第二定滑轮分别设置于外水箱的左右两侧壁上。

前述的一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：所述纤维缆绳位移测量系统包括拉线位移传感器、数据采集存储盒、数据连接线，所述拉线位移传感器的拉线通过两个第一定滑轮将拉线直接引到纤维缆绳试样的标记段，所述拉线位移传感器通过数据连接线将纤维缆绳试样的伸长量数据传递到数据采集储存盒中，所述数据采集存储盒用于自动存储纤维缆绳试样的标记段的位移。

前述的一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：所述纤维缆绳夹持系统包括夹具、直线轴承和滑块，所述直线轴承有2根，相互平行设置，所述滑块有2个，都设置在直线轴承上，2个滑块能够在2根直线轴承上滑动位移，所述滑块下端设置有夹具，所述2个夹具分别用于夹紧纤维缆绳的标记段的两端头；所述拉线位移传感器设置于2个滑块中的其中1个滑块上，所述拉线的一端固定设置在夹具上，另一端与拉线位移传感器的本体连接。

前述的一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：所述纤维缆绳夹持系统还包括横梁、支柱，所述支柱有4根，两两为一组，分别设置在外水箱前后两外侧，所述每一组支柱的上部都设置有一根横梁，所述直线轴承的两端分别固定设置在2根横梁上。

前述的一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：所述纤维缆绳夹持系统还包括第一螺栓孔和第二螺栓孔，所述第一螺栓孔设置在夹具上，用于夹紧纤维缆绳试样；所述第二螺栓孔设置在支柱上，用于固定支柱于所述实验装置上。

前述的一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：所述数据采集存储盒能够同时储存N个拉线位移传感器传输过来的数据。

前述的一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：所述拉线位移传感器有N个，相应的，所述定常载荷加载系统和纤维缆绳夹持系统各有N个，所述内水箱也有N个。

本发明的有益效果为：

（1）本发明的蠕变实验装置，考虑到了缆绳的各个组分（纤维、纱线、绳股、子股和全尺寸缆绳）所承受的海洋环境影响，能够同时测量多组纤维缆绳组分（纤维、纱线、绳股、子股和全尺寸缆绳）在不同定常载荷下的蠕变实验研究，能够快速测量和确定水中纤维缆绳各组分的蠕变性能；

（2）可广泛应用于水下纤维缆绳试样的蠕变研究，可以考虑海洋环境的简易装置，而且可以同时测量多组纤维缆绳的蠕变和伸长量，确保了纤维缆绳的蠕变实验可以高效性和可重复性，可以同时测量多组实验，亦可以为科研工作者提供简易可行的在水中的纤维缆绳的蠕变实验方法，为水中纤维缆绳的蠕变率和蠕变寿命提供有效的实验评估方法。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：

图1 为本发明的主视图结构示意图；

图2 为本发明的左视图结构示意图；

图3 为本发明的俯视图结构示意图。

图中附图标记的含义：

1、横梁；2、直线轴承；3、滑块；4、数据连接线；5、拉线位移传感器；6、第一定滑轮；7、拉线；8、外水箱；9、纤维缆绳试样；10、第二定滑轮；11、砝码盘；12、夹片；13、标记段；14、孔口；15、夹具；16、内水箱；17、支架；18、第一螺栓孔；19、外水箱孔；20内水箱孔；21、第二螺栓孔；22、支柱；23、水泵；24、数据采集存储盒。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图3所示，本发明的纤维缆绳蠕变实验装置，包括海洋环境模拟系统、定常载荷加载系统、纤维缆绳位移测量系统以及纤维缆绳夹持系统，纤维缆绳夹持系统设置在海洋环境模拟系统的上部，海洋环境模拟系统用于使纤维缆绳试样9在实验过程中始终处于水环境中，纤维缆绳夹持系统用于夹紧纤维缆绳试样9的标记段13；纤维缆绳位移测量系统设置在纤维缆绳夹持系统上，纤维缆绳位移测量系统用于测量纤维缆绳试样9的标记段13的位移；定常载荷加载系统用于对纤维缆绳试样9加载定常载荷。

海洋环境模拟系统包括外水箱8、内水箱16、支架17、外水箱孔19、内水箱孔20、水泵23、孔口14，内水箱16设置于外水箱8的内部，外水箱8底部上设置有支架17，内水箱16设置于支架17的顶端，内水箱孔20有2个，分别开设在内水箱16的左右两侧壁上，外水箱孔19与内水箱孔20的孔中心水平共线，并且外水箱孔19与内水箱孔20一一对应设置，也有2个，分别开设在外水箱8的左右两侧壁上。为了保证纤维缆绳试样9在实验过程中始终处于水环境中，需要利用水泵23从外水箱8中将水抽取到内水箱16中，以弥补内水箱16经内水箱孔20流出的部分，水泵23设置于外水箱8的底部，孔口14设置于内水箱16的侧壁上，水泵23通过孔口14将外水箱8中的水导入内水箱16中。

优选地，外水箱孔19和内水箱孔20都是矩形孔，如图2所示。水箱孔19和内水箱孔20设计的目的是使得纤维缆绳试样9有足够的空间穿过外水箱8和内水箱16，避免纤维缆绳试样9被外水箱8和内水箱16损伤。

定常载荷加载系统包括两个第二定滑轮10和设置于相应第二定滑轮10下部的砝码盘11，2个第二定滑轮10分别设置于外水箱8的左右两侧壁上，第二定滑轮10用于改变纤维缆绳式样9的方向。实验时，将纤维缆绳试样9穿过第二定滑轮10，可以根据实验要求，利用砝码盘11将砝码的重力转化为纤维缆绳试样9的定常载荷。

纤维缆绳位移测量系统包括拉线位移传感器5、数据采集存储盒24、数据连接线4，因为拉线位移传感器5的拉线7通过两个第一定滑轮6将拉线7直接引到纤维缆绳试样9的标记段13，这样可以有效和准确的测量纤维缆绳试样9的标记段13的长度，第一定滑轮6用于改变拉线7的方向。拉线位移传感器5通过数据连接线4将纤维缆绳试样9的伸长量数据传递到数据采集储存盒中，数据采集存储盒24用于自动存储纤维缆绳试样9的标记段13的位移。

优选地，数据采集存储盒24可以放置在外水箱8外侧的空地上。

纤维缆绳夹持系统包括夹具15、直线轴承2和滑块3，直线轴承2有2根，相互平行设置，滑块3有2个，都设置在直线轴承2上，2个滑块3能够在2根直线轴承2上滑动位移，滑块3下端设置有夹具15，2个夹具15分别用于夹紧纤维缆绳的标记段13的两端头，通过滑块3的下端安装夹具15，然后利用夹具15夹紧标记段13。拉线位移传感器5设置于2个滑块3中的其中1个滑块3上，这样可以保证标记段13的位移变化量就是拉线位移传感器5的拉线7的伸长量。拉线7的一端固定设置在夹具15上，另一端与拉线位移传感器5的本体连接。由此，实验室，纤维缆绳试样9在砝码盘11的加载作用下，纤维缆绳试样9的伸长量可以带动滑块3沿着直线轴承2光滑平顺地移动，使得位移传感器5可以准确地测量标记段13的位移。

进一步地，为保证两根直线轴承2保持平行，保证滑块3可以很平滑顺畅地在直线轴承2上滑动，纤维缆绳夹持系统还包括横梁1、支柱22，支柱22有4根，两两为一组，分别设置在外水箱8前后两侧，每一组支柱22的上部都设置有一根横梁1，直线轴承2的两端分别固定设置在2根横梁1上，如图3所示。优选地，本申请的支柱22采用角钢作为支柱材料，当然其他形状的支柱材料也可以的。

更进一步地，纤维缆绳夹持系统还包括第一螺栓孔18和第二螺栓孔21，第一螺栓孔18设置在夹具15上，用于夹紧纤维缆绳试样9；第二螺栓孔21设置在支柱22上，用于固定支柱22于实验装置上。

更重要的是，因为数据采集存储盒24能够同时储存N个拉线位移传感器5传输过来的数据，因此可以在同一个实验装置中设计多组的试验同时进行，也可以加工多个水下纤维缆绳蠕变实验装置，针对纤维缆绳试样9开展不同定常载荷下的蠕变研究.故，拉线位移传感器5可以设计成N个，相应的，定常载荷加载系统和纤维缆绳夹持系统各有N个，内水箱16也有N个。

优选地，所述纤维缆绳位移测量系统还包括夹片12，所述夹片12用于固定第一定滑轮6，且所述夹片12固定在拉线位移传感器5所在的滑块3下端的夹具15上。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：包括海洋环境模拟系统、定常载荷加载系统、纤维缆绳位移测量系统以及纤维缆绳夹持系统，所述纤维缆绳夹持系统设置在海洋环境模拟系统的上部，所述海洋环境模拟系统用于使纤维缆绳试样在实验过程中始终处于水环境中，所述纤维缆绳夹持系统用于夹紧纤维缆绳试样的标记段；所述纤维缆绳位移测量系统设置在纤维缆绳夹持系统上，所述纤维缆绳位移测量系统用于测量纤维缆绳试样的标记段的位移；所述定常载荷加载系统用于对纤维缆绳试样加载定常载荷；

所述海洋环境模拟系统包括外水箱、内水箱、支架、外水箱孔、内水箱孔、水泵、孔口，所述内水箱设置于外水箱的内部，所述外水箱底部上设置有支架，所述内水箱设置于支架的顶端；所述内水箱孔有2个，分别开设在内水箱的左右两侧壁上，所述外水箱孔与内水箱孔的孔中心水平共线，并且外水箱孔与内水箱孔一一对应设置，也有2个，分别开设在外水箱的左右两侧壁上；所述水泵设置于外水箱的底部，所述孔口设置于内水箱的侧壁上，水泵通过孔口将外水箱中的水导入内水箱中；

所述定常载荷加载系统包括两个第二定滑轮和设置于相应第二定滑轮下部的砝码盘，所述2个第二定滑轮分别设置于外水箱的左右两侧壁上；

所述纤维缆绳位移测量系统包括拉线位移传感器、数据采集存储盒、数据连接线，所述拉线位移传感器的拉线通过两个第一定滑轮将拉线直接引到纤维缆绳试样的标记段，所述拉线位移传感器通过数据连接线将纤维缆绳试样的伸长量数据传递到数据采集储存盒中，所述数据采集存储盒用于自动存储纤维缆绳试样的标记段的位移；

所述数据采集存储盒能够同时储存大于等于2个拉线位移传感器传输过来的数据；所述拉线位移传感器有大于等于2个，相应的，所述定常载荷加载系统和纤维缆绳夹持系统各有大于等于2个，所述内水箱也有大于等于2个。

2.根据权利要求1所述的一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：所述外水箱孔和内水箱孔都是矩形孔。

3.根据权利要求1所述的一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：所述纤维缆绳夹持系统包括夹具、直线轴承和滑块，所述直线轴承有2根，相互平行设置，所述滑块有2个，都设置在直线轴承上，2个滑块能够在2根直线轴承上滑动位移，所述滑块下端设置有夹具，所述2个夹具分别用于夹紧纤维缆绳的标记段的两端头；所述拉线位移传感器设置于2个滑块中的其中1个滑块上，所述拉线的一端固定设置在夹具上，另一端与拉线位移传感器的本体连接。

4.根据权利要求3所述的一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：所述纤维缆绳夹持系统还包括横梁、支柱，所述支柱有4根，两两为一组，分别设置在外水箱前后两外侧，所述每一组支柱的上部都设置有一根横梁，所述直线轴承的两端分别固定设置在2根横梁上。

5.根据权利要求4所述的一种纤维缆绳蠕变实验装置，其特征在于：所述纤维缆绳夹持系统还包括第一螺栓孔和第二螺栓孔，所述第一螺栓孔设置在夹具上，用于夹紧纤维缆绳试样；所述第二螺栓孔设置在支柱上，用于固定支柱于所述实验装置上。

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