CN112113756A - 一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置 - Google Patents

一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112113756A
CN112113756A CN202010938896.3A CN202010938896A CN112113756A CN 112113756 A CN112113756 A CN 112113756A CN 202010938896 A CN202010938896 A CN 202010938896A CN 112113756 A CN112113756 A CN 112113756A
Authority
CN
China
Prior art keywords
experiment
radial
pressure cabin
experimental
seat
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.)
Granted
Application number
CN202010938896.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112113756B (zh
Inventor
余杨
许伟澎
余建星
颜铠阳
张春迎
徐盛博
王华昆
韩梦雪
胡少谦
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 CN202010938896.3A priority Critical patent/CN112113756B/zh
Publication of CN112113756A publication Critical patent/CN112113756A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112113756B publication Critical patent/CN112113756B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0025—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings of elongated objects, e.g. pipes, masts, towers or railways
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0033—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining damage, crack or wear
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0041—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress
    • G01M5/005—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems
    • G01M5/0058—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems of elongated objects, e.g. pipes, masts, towers or railways
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明提供一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置，包括：主箱体，内部安装有使实验管线产生径向旋转的径向实验座，滑轨组，加载载荷装置；高压舱体，与主箱体密封连通，内部放置有上部开口的海床土体箱，在壳体上安装有进水阀、排水阀、排气阀；实验管件，一端与径向实验座连接，另一端与海床土体箱连接；应力应变采集仪，包括力传感器，应变传感器和速度传感器。本发明可模拟钢悬链线立管触地段在深水高压环境下的疲劳损伤，可进行多自由度循环载荷和位移的加载，可调节实验管道初始挠度，用于分析多种铺管方法的工况下钢悬链线立管的疲劳损伤。

Description

一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置
技术领域
本发明涉及石油工程领域，特别是涉及一种通过多自由度循环载荷和位移的加载，模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置。
背景技术
海洋立管用来连接水上浮式平台(如FPSO、SPAR等)和水下生产设施，是油气开发系统中重要的组成部分，近年来，相对于传统的顶张力立管和柔性立管，钢悬链线立管以其经济性及对上部平台运动更好的适应性而越来越多地应用于深水立管的设计中。钢悬链线立管比柔性立管更加适用，但是在悬挂区和触地区面临着更多的疲劳问题。钢悬链线立管的顶部以及触地点的疲劳寿命为钢悬链线立管设计的关键因素。
立管顶部的疲劳损伤引起的原因主要是波浪，而触地点处的疲劳损伤则通常是受到上部浮体运动影响以及管道与海床土体相互作用导致的。因此，需开展深水钢悬链立管触地点管土相互作用机制的研究，同时对触地点处的疲劳损伤进行分析及安全评估。
现有技术中也有研究该问题的方案，如公开号CN105004500A的方案，名称为一种考虑管土作用的钢悬链线立管整体分析试验装置，其虽然提出了一种深水立管疲劳试验装置，但其立管疲劳实验装置只能模拟J型铺管方法，立管顶部角度固定，无法模拟多种铺管方法铺设的钢悬链线立管受管土耦合作用产生的疲劳损伤；实验过程中立管受到的载荷方向单一，只能测得一个方向上立管疲劳损伤的数据；同时因为需要提供初始弯矩和轴力使立管模型弯曲到指定挠度，立管安装过程复杂。
因此，为了解决上述困难，需要研发一种可对钢悬链线立管施加多自由度载荷以及可以模拟多种铺管方式铺设的钢悬链线立管触地段的实验装置。
发明内容
本文发明的目的是提供涉及一种通过多自由度循环载荷和位移的加载，模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置。
具体地，本发明提供一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置，包括：
主箱体，为密封的矩形箱，内部安装有使实验管线产生径向旋转的径向实验座，和安装径向实验座并使其实现上下、左右、前后六个方向移动的滑轨组，以及安装在外部为径向实验座提供动力的加载载荷装置，在主箱体的底部安装有使主箱体移动的滚轮；
高压舱体，为圆柱体，其通过长端一侧与主箱体密封连通，内部放置有上部开口的海床土体箱，海床土体箱的底部安装有滚轮，在壳体上安装有进水阀、排水阀、排气阀；
实验管件，两端分别固定有活动法兰，一端通过活动法兰与径向实验座连接，另一端与海床土体箱内部远离主箱体一侧的固定法兰连接，且实验管件的管身位于海床土体箱内；
应力应变采集仪，包括收集加载载荷装置力矩的力传感器，和收集实验管件管身应变能力的应变传感器，收集实验管件移动效果的速度传感器。
本发明可模拟钢悬链线立管触地段在深水高压环境下的疲劳损伤，可进行多自由度循环载荷和位移的加载，可研究多种工况下高压环境下钢悬链线立管和海床的相互作用对疲劳损伤的影响，可调节实验管道初始挠度，用于分析多种铺管方法的工况下钢悬链线立管的疲劳损伤。并解决了现有立管疲劳试验装置安装不便、立管顶部连接角度单一和载荷作用方向单一的问题。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的实验装置结构示意图；
图2是本发明一个实施方式的实验装置外部形状示意图；
图3是本发明一个实施方式的滑轨组结构示意图；
图4是本发明一个实施方式的实验管件示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例和附图对本方案的具体结构和实施过程进行详细说明。
如图1、2所示，在本发明的一个实施方式中，公开一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置，包括主箱体1、高压舱体2、实验管件3和应力应变采集仪。
主箱体1为密封的矩形箱，内部安装有使实验管线3实现径向旋转的径向实验座11，和安装径向实验座11并使其实现上下、左右、前后六个方向移动的滑轨组12，以及安装在外部为径向实验座11提供动力的加载载荷装置13，在主箱体1的底部安装有使主箱体1移动的滚轮14。
如图3所示，滑轨组12包括分别固定在立体箱1上内表面和下内表面的两道平行的前后滑轨121，两端分别通过滑块1221与同一表面的两道前后滑轨121连接的左右滑轨122，两端通过滑块1231分别与两根左右滑轨122连接的上下滑轨123，在上下滑轨123上滑动安装有与加载载荷装置13连接的载荷座15。加载载荷装置13可以为载荷座15提供轴向推力和拉力，进而使径向实验座11实现六个方向上的移动。
径向实验座11的底端与载荷座14轴连接，上端通过轴连接的推力杆16与载荷座15连接，径向实验座11在推力杆16(液压杆或千斤顶)的推力作用下以下端的轴连接点为旋转点实现径向转动。
高压舱体2为圆柱体，横向摆放，其通过长端一侧与主箱体1密封连通，具体的连通方式是：在主箱体1的底部开有通孔，高压舱体2的一端为开口端，高压舱体2通过开口端利用螺栓21密封连接在主箱体1的通孔处；在高压舱体2的内部放置有上部开口的海床土体箱22，海床土体箱22的底部安装有滚轮221，其海床土体床22可在高压舱体2内移动。
在高压舱体的壳体底部安装有多个进水阀23和排水阀24，在顶部安装有排气阀25，每个排水阀24分别与高压舱体2内的海床土体箱22连通。高压舱体2的底部设置支腿26，支腿26的高度使高压舱体2与主箱体1连接后的高压舱体2与主箱体1底部保持水平。在高压舱体2的上部还设置有与内部相通的密封舱盖27，密封舱盖27用于对高压舱体2内进行维护。
高压舱体2远离主箱体1的一端为敞口端，其通过密封端盖28将该端封闭。海床土体箱21内安装的固定法兰29通过法兰延长杆291穿出密封端盖28且伸出端被密封固定。
如图4所示，实验管件3的两端分别固定有活动法兰31，一端穿过主箱体1上的通孔后通过活动法兰31与径向实验座11连接，另一端与海床土体箱22内部远离主箱体1一侧的固定法兰29连接，且实验管件3的管身位于海床土体箱21内。
应力应变采集仪(图中未示出)用于采集实验管件3在实验过程中的变化数据，其包括收集加载载荷装置13力矩的力传感器41，和收集实验管件3管身应变能力的应变传感器42，及收集实验管件3移动效果的速度传感器。
在实验时，实验管件3的两端分别焊接在活动法兰31上，然后再将两端的活动法兰31用螺栓分别与径向实验座11和固定法兰29连接；此时通过控制推力杆16即可实现该端实验管件3的端部作径向转动，滑轨组12能够保证实验管件3沿左右、上下、前后六个自由度移动，并限制实验管件3端部在其它方向上的旋转。加载载荷装置13通过事先设置在载荷座15上的连接孔151与载荷座15相连，以为载荷座15提供轴向拉力和推力。
实验管件3在安装时是不受力的，为初始状态，通过推力杆和实验管件3另一端的活动法兰31可将实验管件转动至试验所需位置和角度。将主箱体1和海床土体箱22同时移动，主箱体1依靠底部的滚轮14移动，海床土体箱22在高压舱体2内通过底部的滚轮221移动。
在进行试验前，需要通过排水阀24排水，使海床土体箱22中的模拟土体进行固结。待土体固结完成后，关闭排水阀24，关闭密封舱盖27，使海床土体箱22的法兰延伸杆291穿过密封端盖28并固定。再打开注水阀23对主箱体1和高压舱体2进行注水，同时打开排气阀25，排出高压舱体2内的空气。
安装在加载载荷装置13上的力传感器41，测量实验管件3管身应变效果的应变片42和位移传感器贴在实验管件3的管身上，三者通过导线由密封舱盖27穿出，与应力应变采集仪连接，以采集实验过程中的相应数据。
实验完成后，通过排气阀25放气来平衡高压舱体2的内外压力，再通过排水阀24排出高压舱体2内的水，最后打开密封舱盖27和与主箱体1的连接，分离主箱体1和高压舱体2，观察并分析试验管件3疲劳损伤情况。
本实施方式可模拟钢悬链线立管触地段在深水高压环境下的疲劳损伤，可进行多自由度循环载荷和位移的加载，可研究多种工况下高压环境下钢悬链线立管和海床的相互作用对疲劳损伤的影响，可调节实验管道初始挠度，用于分析多种铺管方法的工况下钢悬链线立管的疲劳损伤。并解决了现有立管疲劳试验装置安装不便、立管顶部连接角度单一和载荷作用方向单一的问题。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置，其特征在于，包括：
主箱体，为密封的矩形箱，内部安装有使实验管线产生径向旋转的径向实验座，和安装径向实验座并使其实现上下、左右、前后六个方向移动的滑轨组，以及安装在外部为径向实验座提供动力的加载载荷装置，在主箱体的底部安装有使主箱体移动的滚轮；
高压舱体，为圆柱体，其通过长端一侧与主箱体密封连通，内部放置有上部开口的海床土体箱，海床土体箱的底部安装有滚轮，在壳体上安装有进水阀、排水阀、排气阀；
实验管件，两端分别固定有活动法兰，一端通过活动法兰与径向实验座连接，另一端与海床土体箱内部远离主箱体一侧的固定法兰连接，且实验管件的管身位于海床土体箱内；
应力应变采集仪，包括收集加载载荷装置力矩的力传感器，和收集实验管件管身应变能力的应变传感器，收集实验管件移动效果的速度传感器。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述滑轨组包括分别固定在所述立体箱上内表面和下内表面的两道平行的前后滑轨，两端分别通过滑块与同一表面的两道前后滑轨连接的左右滑轨，两端通过滑块分别与两根左右滑轨连接的上下滑轨，在上下滑轨上滑动安装有与所述加载载荷装置连接的载荷座。
3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，
所述径向实验座的底端与所述载荷座轴连接，上端通过轴连接的推力杆与所述载荷座连接，所述径向实验座在推力杆的推力作用下以下端的轴连接点为旋转点实现径向转动。
4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述主箱体的底部开有通孔，所述高压舱体的一端为开口端，所述高压舱体通过开口端利用螺栓密封连接在所述主箱体的通孔处。
5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述高压舱体的底部设置支腿，支腿的高度使连接后的所述高压舱体与所述主箱体底部保持水平。
6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述排气阀设置在所述高压舱体的顶部。
7.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
在所述高压舱体的上部还设置有与内部相通的密封箱盖。
8.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述排水阀设置有多个且位于所述高压舱体的底部，每个所述排水阀分别与所述高压舱体内的所述海床土体箱连通。
9.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述海床土体箱内的固定法兰通过法兰延长杆穿出相邻的所述高压舱体外，且伸出端被密封固定。
10.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述高压舱体远离所述主箱体的一端为敞口端，其通过密封端盖将该端封闭。
CN202010938896.3A 2020-09-09 2020-09-09 一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置 Active CN112113756B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010938896.3A CN112113756B (zh) 2020-09-09 2020-09-09 一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010938896.3A CN112113756B (zh) 2020-09-09 2020-09-09 一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112113756A true CN112113756A (zh) 2020-12-22
CN112113756B CN112113756B (zh) 2021-10-08

Family

ID=73802772

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010938896.3A Active CN112113756B (zh) 2020-09-09 2020-09-09 一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112113756B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114088339A (zh) * 2021-11-12 2022-02-25 广州环投南沙环保能源有限公司 一种模拟海底管道运动的试验方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102087183A (zh) * 2010-12-02 2011-06-08 中国海洋石油总公司 一种深水立管疲劳实验装置
CN102141462A (zh) * 2010-12-31 2011-08-03 中国海洋石油总公司 一种钢悬链线立管触底振动实验方法及系统
US20130180443A1 (en) * 2012-01-16 2013-07-18 Seahorse Equipment Corp. Offshore Platform Having SCR Porches Mounted on Riser Keel Guide
CN103439130A (zh) * 2013-08-06 2013-12-11 中国科学院力学研究所 模拟钢悬链线立管与海床动力耦合的装置及方法
CN103575858A (zh) * 2013-10-16 2014-02-12 浙江海洋学院 一种三维钢悬链线立管与土壤相互作用的实验装置
CN104931285A (zh) * 2015-06-02 2015-09-23 中国海洋石油总公司 一种自由站立式立管原理样机试验装置
CN105021383A (zh) * 2015-06-08 2015-11-04 浙江海洋学院 一种钢悬链线立管整体分析试验装置
CN204964287U (zh) * 2015-10-14 2016-01-13 浙江海洋学院 一种钢悬链线立管实验位移模拟装置
CN110057559A (zh) * 2019-04-10 2019-07-26 中国海洋大学 一种多自由度海洋立管试验装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102087183A (zh) * 2010-12-02 2011-06-08 中国海洋石油总公司 一种深水立管疲劳实验装置
CN102141462A (zh) * 2010-12-31 2011-08-03 中国海洋石油总公司 一种钢悬链线立管触底振动实验方法及系统
US20130180443A1 (en) * 2012-01-16 2013-07-18 Seahorse Equipment Corp. Offshore Platform Having SCR Porches Mounted on Riser Keel Guide
CN103439130A (zh) * 2013-08-06 2013-12-11 中国科学院力学研究所 模拟钢悬链线立管与海床动力耦合的装置及方法
CN103575858A (zh) * 2013-10-16 2014-02-12 浙江海洋学院 一种三维钢悬链线立管与土壤相互作用的实验装置
CN104931285A (zh) * 2015-06-02 2015-09-23 中国海洋石油总公司 一种自由站立式立管原理样机试验装置
CN105021383A (zh) * 2015-06-08 2015-11-04 浙江海洋学院 一种钢悬链线立管整体分析试验装置
CN204964287U (zh) * 2015-10-14 2016-01-13 浙江海洋学院 一种钢悬链线立管实验位移模拟装置
CN110057559A (zh) * 2019-04-10 2019-07-26 中国海洋大学 一种多自由度海洋立管试验装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAITAO ZHU: "Probabilistic analysis on parametric random vibration of a marine riser excited by correlated Gaussian white noises", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF NON-LINEAR MECHANICS》 *
段梦兰: "深水钢悬链线立管触地区疲劳实验系统设计", 《力学与实践》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114088339A (zh) * 2021-11-12 2022-02-25 广州环投南沙环保能源有限公司 一种模拟海底管道运动的试验方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112113756B (zh) 2021-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108872530B (zh) 一种模拟非对称小净距隧道开挖过程的大型模型试验装置
CN112577826B (zh) 一种模拟深水环境下管道均布荷载的试验平台
CN107515150A (zh) 一种海洋管线力学性能综合测试实验装置
CN103868799B (zh) 非常规油气储集层岩石力学特征分析仪
US20160032704A1 (en) Deepwater drilling condition based marine riser mechanical behavior test simulation system and test method
CN102794577B (zh) 一种模拟中压液体或气体环境的焊接实验舱
CN112362452B (zh) 一种模拟海底管道在软黏土海床浅层轴向走管的实验装置和方法
CN105890869A (zh) 一种模拟深水钻井工况下隔水管力学特性的试验装置
CN112113756B (zh) 一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置
CN105424389A (zh) 一种深水钻井平台硬悬挂隔水管避台力学行为模拟试验装置及模拟试验方法
CN112577827B (zh) 一种模拟深水环境下管道均布荷载的试验方法
CN103604455A (zh) 一种深水压力舱混合实验装置
CN105738044A (zh) 一种承台施工用止水胶囊密封性能检测工装及检测方法
CN107228264A (zh) 一种可调节角度的水下采油树测试基盘
CN214427236U (zh) 一种高温高压平板模型油气水三相饱和度测试装置
CN116577091B (zh) 一种油田井下测试工具试压装置
CN109682624A (zh) 一种深隧整环试验方法
CN110296881A (zh) 一种适用于岩土边坡、路基路堤的土体模型试验系统及方法
CN113049194B (zh) 一种超长距离、超高水压盾尾密封、铰接密封性能试验台
CN113607633B (zh) 轴对称应力条件下顶管泥浆套减阻性能测定装置及方法
CN109238888A (zh) 一种可移动海上自升式平台桩靴模型加载测试装置及方法
CN203595528U (zh) 一种深水压力舱混合实验装置
CN219245188U (zh) 一种模拟深水钻井导管和表层套管疲劳的实验装置
CN109443823A (zh) 一种深隧整环试验装置
KR102033533B1 (ko) 시추 장비 테스트 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant