CN107515150B - 一种海洋管线力学性能综合测试实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海洋管线力学性能综合测试实验装置，包括拉压测试装置、四点弯曲测试装置、外压测试装置、内压测试装置和槽型底座；拉压测试装置包括相对地设置在槽型底座上的两组拉压测试组件，拉压测试组件实现对测试管件的夹持动作和拉压动作；四点弯曲测试装置采用四点弯曲原理，实现对测试管件的四点弯曲作用；外压测试装置实现对测试管件的外周施加外部液压压力，内压测试装置实现对测试管件的内周施加内部液压压力。本发明的四套测试子装置之间没有直接联系，可以与其它测试子装置随意组合，因此能够实现拉、压、弯、内、外压随意组合，改进了传统实验装置测试内容单一化的缺点，实验形式更加多样化，功能强大，性能完备。

Description

一种海洋管线力学性能综合测试实验装置

技术领域

本发明涉及一种管件性能测试实验装置，尤其是一种海洋管线力学性能综合测试实验装置。

背景技术

海洋管线包括海底油气集输管道、干线管道以及管道与平台连接的立管等部分，其作用是将海上油、气田所开采出来的石油或天然气汇集起来，输往系泊油船的单点系泊或输往陆上油、气库站。海洋管线的输送工艺与陆上管道相同，但由于海洋管道工程在海域中进行，因此工程施工的方法与陆上管道线路工程不同。随着海洋油气资源的不断勘探和运输，海洋管线的需求也在不断增加，海洋管线是海洋油气开采最重要的运输方式，其安装过程的安全、及工作状态的稳定性都直接关系着海洋资源的正常开采。由于及其复杂的海洋环境，导致海洋管线的工作载荷和环境载荷非常复杂，如风、浪、流、和地震等。保证海洋管线在各种复杂环境下依然能较好的工作是保证海洋油气开采的必要保障，因此设计一种海洋管线力学性能测试装置显得十分必要。

现有技术中管件力学性能测试实验装置的缺点是：1、进行不同实验时，通常需要制作不同的实验装置，增加了实验复杂性，也增加了实验的费用。2、对实验对象的要求苛刻，只能测量某些特定实验对象，当改变了实验对象的某些参数，实验装置无法匹配。3、实验装置笨重，装配和拆卸困难，进行压力实验时，密封难以达到要求。4、整个管道都放置在高压舱内进行实验，当实验管道较大时所需的高压舱体积过大，增加实验成本。

目前国内有大量关于拉压弯综合实验装置：中国专利文献201310656728.5提出一种拉压弯复合载荷模式下的油管在线测试方法，该装置模拟油管实际工作环境，对油管进行拉压弯复合载荷分析，并对油管受力情况、挤压情况进行调控，但是实验需要将油管安装在装载油管的装置中模拟油管实际工作环境，使得实验更加复杂；中国专利文献201020650215.5提出一种连续油管井下力学行为模拟实验装置，实验模拟连续油管在注入和起出状态下，在油、套管内的变形和解除变形的过程，实时测试模拟连续油管两端轴向载荷，实验内容单一，不能进行多种实验组合；中国专利文献201620360238.X提出一种应用于管柱力学行为研究的实验装置，实验集成了拉压弯扭等不同载荷加载和测试机构，但是实验不能模拟有关实际工作情况下内、外压对实验的影响。

目前国内外尚无对管件进行内、外压、拉、压、弯随意组合实验的实验装置，因此，设计提供一种简单准确的多功能管件性能测试实验装置显得非常必要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种海洋管线力学性能综合测试实验装置，该装置能够实现多功能、多管径且一定范围内不限长度的海洋管线内、外压、拉、压、弯随意组合实验。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种海洋管线力学性能综合测试实验装置，包括液压泵站和槽型底座，其特征在于，该装置还包括：拉压测试装置，所述拉压测试装置包括相对地设置在所述槽型底座上的两组拉压测试组件，所述拉压测试组件实现对测试管件的夹持动作和拉压动作；四点弯曲测试装置，所述四点弯曲测试装置包括弯曲用液压缸、液压平台、弧形压板和缸体滑块；所述弯曲用液压缸为四个，分别与所述液压泵站相连通；所述液压平台为竖直放置的槽型结构，上面两个所述弯曲用液压缸固定连接在所述液压平台的上翼板内侧，上面两个所述弯曲用液压缸的输出轴上固定有两个朝下的第一弧形压板；所述液压平台的下翼板内侧设置有滑轨，两个所述缸体滑块滑动设置在所述滑轨上，下面两个所述弯曲用液压缸分别固定连接在两个所述缸体滑块上，下面两个所述弯曲用液压缸的输出轴上固定有两个朝上的第二弧形压板；外压测试装置，所述外压测试装置包括高压舱体、高压舱门、密封法兰盘和轴向滑动盘；所述高压舱体为两端敞口的筒形，两所述高压舱门分别紧固连接在所述高压舱体的两敞口端；所述高压舱体上部开设有排空孔和外接管路孔，所述高压舱体下部开设有增压孔，所述高压舱体通过所述增压孔与所述液压泵站相连通；两所述密封法兰盘分别紧固连接在两所述高压舱门外侧，两所述轴向滑动盘分别滑动设置在两所述密封法兰盘外侧；内压测试装置，所述内压测试装置包括液压接头、活动盘和固定盘；所述液压接头与所述液压泵站相连接，所述固定盘固定在所述测试管件上，所述活动盘滑动安装于所述测试管件内并与所述液压接头螺纹连接。

在一个优选的实施例中，还包括数据采集分析装置，所述数据采集分析装置包括管件轴向应变片、刚性管件径向应变片和静态电阻应变仪；若干所述管件轴向应变片和刚性管件径向应变片分别粘贴在所述拉压用液压缸的输出轴、弯曲用液压缸的输出轴上和所述测试管件表面上的不同位置，每个所述管件轴向应变片和刚性管件径向应变片分别通过导线与所述静态电阻应变仪连接构成测量电桥。

在一个优选的实施例中，每组所述拉压测试组件主要由拉压用液压缸、夹具座、夹具手和液压缸固定支架组成；所述拉压用液压缸通过所述液压缸固定支架固定在所述夹具座上，所述液压泵站与所述拉压用液压缸相连通；所述夹具座滑动设置在所述槽型底座上，所述槽型底座上开有等间距螺纹孔，所述夹具座能够在所述槽型底座上移动至不同的位置固定以适应不同长度的所述测试管件；所述夹具手与所述拉压用液压缸的输出轴相连，所述拉压用液压缸在液压驱动下实现对所述测试管件的拉压作用，所述夹具手在液压驱动下沿着所述夹具座内的滑道左右移动实现对所述测试管件的夹持动作。

在一个优选的实施例中，所述液压平台的滑轨上沿长度方向开有多个固定孔，根据不同要求将所述缸体滑块移动至不同的所述固定孔处固定，从而通过调整所述缸体滑块的位置和所述弯曲用液压缸的压力，对所述测试管件施加不同的弯矩。

在一个优选的实施例中，所述高压舱体与所述高压舱门之间装有高压舱门密封圈，所述高压舱门与所述密封法兰盘之间装有法兰盘密封透镜垫，所述法兰盘密封透镜垫上装有O型密封圈，所述轴向滑动盘与所述密封法兰盘之间装有轴向滑动盘垫片。

在一个优选的实施例中，所述密封法兰盘上开有均布的螺纹孔，并通过螺钉固定在开有同样螺纹孔的所述高压舱门上；所述密封法兰盘内部为锥形面，用于安装所述密封法兰盘与所述高压舱门间的所述法兰盘密封透镜垫。

在一个优选的实施例中，所述固定盘上有两层凹槽，所述凹槽内装有活动盘O形密封圈；所述活动盘内侧与所述液压接头连接处加装橡皮胶碗。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本发明中四套测试子装置之间没有直接联系，可以与其它测试子装置随意组合，因此能够实现拉、压、弯、内、外压随意组合，改进了传统实验装置测试内容单一化的缺点，实验形式更加多样化，功能强大，性能完备。2、本发明可以通过调整拉压测试装置的位置，测试不同长度的测试管件，通过选择不同半径的轴向滑动盘和内压测试装置测试不同半径的测试管件，改进了传统实验装置测试对象要求苛刻的缺点，实验对象更加多样化。3、本发明多处关键部位的都采用多重密封原理，密封性能良好，改进了传统实验装置密封难以达到要求的难题。4、本发明都采用螺栓连接，对实验装置的加工精度和装配精度要求不是很高。5、本发明安装拆除方便，当需要对不同的实验对象进行拉压弯实验时只需通过控制液压缸移开弧形压板，解除轴向滑动装置夹手开关，移出测试管件，插入新测试管件，锁紧轴向滑动装置即可。6、本发明结构简单，装配简便，设计合理，操作简单，占用空间小，实验装置重复利用率较高，具有功能全面，测试对象广泛等特点，经济适用，对生产现场具有较好的指导作用。7、本发明采用局部外压的方式，大大减小了外压舱的体积，节约了实验成本。

附图说明

图1为本发明的整体结构剖视示意图；

图2为本发明拉伸测试装置的局部剖立体轴侧结构示意图；

图3为本发明四点弯曲测试装置的局部剖立体轴侧结构示意图；

图4为本发明内、外压测试装置的局部剖立体轴侧结构示意图；

图5为本发明外压测试装置的局部结构示意图；

图6为本发明内压测试装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1至图4所示，本发明提供的海洋管线力学性能综合测试实验装置，其包括拉压测试装置100、四点弯曲测试装置200、外压测试装置300、内压测试装置400、数据采集分析装置、液压泵站28和槽型底座1。

如图1、图2所示，拉压测试装置100包括相对地设置在槽型底座1上的两组拉压测试组件，每组拉压测试组件主要由拉压用液压缸4、夹具座2、夹具手5和液压缸固定支架3组成。拉压用液压缸4通过液压缸固定支架3固定在夹具座2上，液压泵站28与拉压用液压缸4相连通。夹具座2滑动设置在槽型底座1上，槽型底座1上开有等间距螺纹孔，夹具座2可以在槽型底座1上移动至不同的位置固定以适应不同长度的测试管件11。夹具手5与拉压用液压缸4的输出轴相连，拉压用液压缸4在液压驱动下实现对测试管件11的拉压作用，夹具手5在液压驱动下沿着夹具座2内的滑道左右移动实现对测试管件11的夹持动作。

如图1、图3所示，四点弯曲测试装置200包括弯曲用液压缸20、液压平台21、弧形压板23和缸体滑块24。弯曲用液压缸20为四个，分别与液压泵站28相连通。液压平台21为竖直放置的槽型结构，上面两个弯曲用液压缸20焊接在液压平台21的上翼板内侧，上面两个弯曲用液压缸20的输出轴上焊有两个朝下的弧形压板23，在液压驱动下向下运动。液压平台21的下翼板内侧设置有滑轨，两个缸体滑块24滑动设置在滑轨上，下面两个弯曲用液压缸20焊接在缸体滑块24上，下面两个弯曲用液压缸20的输出轴上焊有两个朝上的弧形压板23，在液压驱动下向上运动。四点弯曲测试装置200采用四点弯曲原理，将测试管件11放置在下面两个弧形压板23上，四个弧形压板23在弯曲用液压缸20驱动下同时对测试管件11施压，从而实现对测试管件11的四点弯曲作用。

在一个优选的实施例中，液压平台21的滑轨上沿长度方向开有多个螺纹孔，缸体滑块24上开有两个螺纹孔，可以根据不同要求将缸体滑块24移动至不同的螺纹孔处固定，从而通过调整缸体滑块24的位置和弯曲用液压缸20的压力，对测试管件11施加不同的弯矩。

如图1、图4、图5所示，外压测试装置300包括高压舱体22、高压舱门18、密封法兰盘14、轴向滑动盘13、轴向滑动盘垫片12、法兰盘密封透镜垫17、O型密封圈16和高压舱门密封圈19。高压舱体22为两端敞口的筒形，两高压舱门18通过螺栓分别紧固连接在高压舱体22的两敞口端，高压舱体22与高压舱门18之间装有高压舱门密封圈19。高压舱体22上部开设有排空孔和外接管路孔，高压舱体22下部开设有增压孔，高压舱体22通过增压孔与液压泵站28相连通。两密封法兰盘14分别紧固连接在两高压舱门18外侧，高压舱门18与密封法兰盘14之间装有法兰盘密封透镜垫17，法兰盘密封透镜垫17上装有O型密封圈16。两轴向滑动盘13分别滑动设置在两密封法兰盘14外侧，轴向滑动盘13和密封法兰盘14之间装有轴向滑动盘垫片12。轴向滑动盘13用于锁紧测试管件11，轴向滑动盘13与密封法兰盘14形成动密封。实验开始时，液压泵站28从高压舱体22下部的增压孔充入液体，通过高压舱体22上部的排空孔排出空气，空气完全排空后，用油堵堵住排空孔，继续加压至实验压力。

在一个优选的实施例中，密封法兰盘14上开有均布的螺纹孔，通过螺钉固定在开有同样螺纹孔的高压舱门18上。密封法兰盘14内部为锥形面，用于安装密封法兰盘14与高压舱门18间的法兰盘密封透镜垫17，实现密封法兰盘14与高压舱门18间的密封。

如图1、图4、图6所示，内压测试装置400包括液压接头6、活动盘10、固定盘7、活动盘O形密封圈9和橡皮胶碗8。液压接头6与液压泵站28相连接，通过液压泵站28提供内压所需的压强。固定盘7通过上下两个螺栓孔固定在测试管件11上，固定盘7上有两层凹槽，凹槽内装有活动盘O形密封圈9，实现固定盘7与试验管件11组合密封作用。活动盘10滑动安装于测试管件11内并与液压接头6螺纹连接，活动盘10内侧与液压接头6连接处加装橡皮胶碗8，实现液压孔的密封。当测试管件11内液压升高时，推动活动盘10向外侧挤压，活动盘10周围突出的边缘挤压固定盘7外侧的活动盘O形密封圈9，内部压力越大，密封效果越好。

如图1所示，数据采集分析装置包括管件轴向应变片17、刚性管件径向应变片20和静态电阻应变仪27。若干管件轴向应变片17和刚性管件径向应变片20分别粘贴在拉压用液压缸4的输出轴、弯曲用液压缸20的输出轴上和测试管件11表面上的不同位置，每个管件轴向应变片17和刚性管件径向应变片20分别通过导线与静态电阻应变仪27连接构成测量电桥。

本发明能够实现拉、压、弯、内、外压随意组合，其实验步骤如下：

1)选择测试管件11，根据测试管件11的长度和直径，根据实验测试数据(内外压大小、拉压值、施加的弯矩大小)合理选择液压泵站28的类型、轴向滑动盘13以及内压测试装置400的型号。

2)根据实验测试弯矩的大小，将缸体滑块24固定在合适的液压平台21的滑轨螺纹孔中，然后将四点弯曲测试装置200放置在高压舱体22内，用螺栓固定，固定完成后将测试管件11放置在下面两个弧形压板23上。

3)当步骤2)完成后，将高压舱门18穿过测试管件11，通过螺栓固定在高压舱体22上，中间加装高压舱门密封圈19，密封法兰盘14穿过测试管件11，与高压舱门18间加装法兰盘密封透镜垫17后通过螺栓固定在一起，完成后锁紧轴向滑动盘13，通过内部的法兰盘密封透镜垫17和O型密封圈16实现双重密封作用。

4)将内压测试装置400的活动盘10与液压接头6螺纹连接，内侧加装橡皮胶碗8，液压接头6另一端穿过固定盘7，通过固定盘7上下两个螺纹孔，对螺栓加一定的预紧力实现与测试管件11的固定。

5)将夹具座2固定在槽型底座1上适当螺纹孔中，通过拉压用液压缸4驱动夹具手5实现对测试管件11的夹持。

6)在拉压用液压缸4的输出轴、弯曲用液压缸20的输出轴上和测试管件11表面上的不同位置分别粘贴若干管件轴向应变片17和刚性管件径向应变片20，每个管件轴向应变片17和刚性管件径向应变片20分别通过导线连接到静态电阻应变仪27上。

7)实验开始时由高压舱体22下部的增压孔充入液体，通过高压舱体22上部的排空孔排出空气，空气完全排空后，用油堵堵住排空孔，继续加压至实验压力；同时对内压测试装置400打压，加压至一定数值进行保压，观察压力表示数判定是否泄漏；当装置密封效果良好时，继续加压至实验数值，液压驱动夹具座2上拉压用液压缸4进行拉压实验，并通过拉压用液压缸4读数与静态电阻应变仪27读数比较，判断拉压用液压缸4是否有泄露，液压驱动四个弧形压板23进行弯曲实验，同理判断弯曲用液压缸20是否有泄露，并记录误差。

8)上述过程中若装置发生了泄露，则排出液体，拆卸零件更换密封圈，若液压缸发生泄漏，则更换液压缸，并重复步骤7)。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种海洋管线力学性能综合测试实验装置，包括液压泵站和槽型底座，其特征在于，该装置还包括：

拉压测试装置，所述拉压测试装置包括相对地设置在所述槽型底座上的两组拉压测试组件，所述拉压测试组件实现对测试管件的夹持动作和拉压动作；

四点弯曲测试装置，所述四点弯曲测试装置包括弯曲用液压缸、液压平台、弧形压板和缸体滑块；所述弯曲用液压缸为四个，分别与所述液压泵站相连通；所述液压平台为竖直放置的槽型结构，上面两个所述弯曲用液压缸固定连接在所述液压平台的上翼板内侧，上面两个所述弯曲用液压缸的输出轴上固定有两个朝下的第一弧形压板；所述液压平台的下翼板内侧设置有滑轨，两个所述缸体滑块滑动设置在所述滑轨上，下面两个所述弯曲用液压缸分别固定连接在两个所述缸体滑块上，下面两个所述弯曲用液压缸的输出轴上固定有两个朝上的第二弧形压板；

外压测试装置，所述外压测试装置包括高压舱体、高压舱门、密封法兰盘和轴向滑动盘；所述高压舱体为两端敞口的筒形，其内部形成所述四点弯曲测试装置的安装空间，两所述高压舱门分别紧固连接在所述高压舱体的两敞口端；所述高压舱体上部开设有排空孔和外接管路孔，所述高压舱体下部开设有增压孔，所述高压舱体通过所述增压孔与所述液压泵站相连通；两所述密封法兰盘分别紧固连接在两所述高压舱门外侧，两所述轴向滑动盘分别滑动设置在两所述密封法兰盘外侧；

内压测试装置，所述内压测试装置包括液压接头、活动盘和固定盘；所述液压接头与所述液压泵站相连接，所述固定盘固定在所述测试管件上，所述活动盘滑动安装于所述测试管件内并与所述液压接头螺纹连接；

所述拉压测试装置、四点弯曲测试装置、外压测试装置和内压测试装置能够相互随意组合。

2.如权利要求1所述的一种海洋管线力学性能综合测试实验装置，其特征在于，还包括数据采集分析装置，所述数据采集分析装置包括管件轴向应变片、刚性管件径向应变片和静态电阻应变仪；若干所述管件轴向应变片和刚性管件径向应变片分别粘贴在所述拉压用液压缸的输出轴、弯曲用液压缸的输出轴上和所述测试管件表面上的不同位置，每个所述管件轴向应变片和刚性管件径向应变片分别通过导线与所述静态电阻应变仪连接构成测量电桥。

3.如权利要求1所述的一种海洋管线力学性能综合测试实验装置，其特征在于，每组所述拉压测试组件主要由拉压用液压缸、夹具座、夹具手和液压缸固定支架组成；所述拉压用液压缸通过所述液压缸固定支架固定在所述夹具座上，所述液压泵站与所述拉压用液压缸相连通；所述夹具座滑动设置在所述槽型底座上，所述槽型底座上开有等间距螺纹孔，所述夹具座能够在所述槽型底座上移动至不同的位置固定以适应不同长度的所述测试管件；所述夹具手与所述拉压用液压缸的输出轴相连，所述拉压用液压缸在液压驱动下实现对所述测试管件的拉压作用，所述夹具手在液压驱动下沿着所述夹具座内的滑道左右移动实现对所述测试管件的夹持动作。

4.如权利要求1所述的一种海洋管线力学性能综合测试实验装置，其特征在于，所述液压平台的滑轨上沿长度方向开有多个固定孔，根据不同要求将所述缸体滑块移动至不同的所述固定孔处固定，从而通过调整所述缸体滑块的位置和所述弯曲用液压缸的压力，对所述测试管件施加不同的弯矩。

5.如权利要求1所述的一种海洋管线力学性能综合测试实验装置，其特征在于，所述高压舱体与所述高压舱门之间装有高压舱门密封圈，所述高压舱门与所述密封法兰盘之间装有法兰盘密封透镜垫，所述法兰盘密封透镜垫上装有O型密封圈，所述轴向滑动盘与所述密封法兰盘之间装有轴向滑动盘垫片。

6.如权利要求5所述的一种海洋管线力学性能综合测试实验装置，其特征在于，所述密封法兰盘上开有均布的螺纹孔，并通过螺钉固定在开有同样螺纹孔的所述高压舱门上；所述密封法兰盘内部为锥形面，用于安装所述密封法兰盘与所述高压舱门间的所述法兰盘密封透镜垫。

7.如权利要求1所述的一种海洋管线力学性能综合测试实验装置，其特征在于，所述固定盘上有两层凹槽，所述凹槽内装有活动盘O形密封圈；所述活动盘内侧与所述液压接头连接处加装橡皮胶碗。

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