CN112268809A - 一种海底管道弯矩与内压联合作用试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种海底管道弯矩与内压联合作用试验装置，所述装置包括：操作平台包括滑动支撑架，滑动支撑架设置于滑轨上，滑动支撑架与可转动管件固定夹搭配对试验管件进行固定；液压系统包括液压油泵主体、液压泵、换向阀、液压缸、液压管、液压杆；液压泵、换向阀分别与液压油泵主体连接，换向阀与液压管连接，液压管与液压缸连接，液压缸贯穿于滑动支撑架，液压杆设置于液压缸内部，且液压杆一端位置高于滑动支撑架；加载水压系统包括水箱、水压泵、水压泵主体、水压管、密封端口；水箱位于水压泵主体顶部，水压泵与水压泵主体连接，水压管一端设置于水压泵主体表面，水压管另一端贯穿于密封端口进水端与试验管件一端连接。

Description

一种海底管道弯矩与内压联合作用试验装置
技术领域
本发明实施例涉及海洋工程技术领域，尤其涉及一种海底管道弯矩与内压联合作用试验装置。
背景技术
在如今世界资源紧张的背景下，丰富的海洋资源开发早已是大势所趋，海底管道运输作为一种应用最广的重要方式，具有运输量大、持续可靠、受自然天气影响小等优点，但是一旦发生破坏泄漏事故，将会造成巨大的经济损失和环境破坏问题。为了保证海底管道运输的安全可靠，减少事故带来的巨大损失，必要的海底管道模拟实验必不可少。
海洋油气资源开采需要铺设海底管道，铺管船铺管时的垂弯段、触底段都会产生较大的弯矩变形。而海底管道正常运行过程中，管道内部一直承受一定的压强来实现油气的运输，同时管道往往具有一定的弯曲变形，例如连接海洋平台与管汇的管段，此处管道受到明显的弯矩与内压联合作用，复杂载荷作用下易发生破坏，这种管段也是管道破坏的高发区域。因此，对于海底管道的安全校核，尤其是弯矩内压复杂载荷作用下的研究十分重要。
发明内容
鉴于此，为解决现有技术中的问题，本发明实施例提供了一种海底管道弯矩与内压联合作用试验装置。
本发明实施例提供了一种海底管道弯矩与内压联合作用试验装置，所述装置包括：操作平台、液压系统以及加载水压系统；
所述操作平台包括滑动支撑架，所述滑动支撑架设置于滑轨上，所述滑动支撑架与可转动管件固定夹搭配对试验管件进行固定，所述固定夹适应所述试验管件弯曲变形而转动，保证紧密贴合所述试验管件；
所述液压系统包括液压油泵主体、液压泵、换向阀、液压缸、液压管、液压杆；所述液压泵、所述换向阀分别与所述液压油泵主体连接，且位于所述液压油泵主体顶部，所述换向阀与所述液压管连接，所述液压管与所述液压缸连接，所述液压缸贯穿于所述滑动支撑架，所述液压杆设置于所述液压缸内部，且所述液压杆一端位置高于所述滑动支撑架；
所述加载水压系统包括水箱、水压泵、水压泵主体、水压管、密封端口；所述水箱位于所述水压泵主体顶部，所述水压泵与所述水压泵主体连接，所述水压管一端设置于所述水压泵主体表面，所述水压管另一端贯穿于所述密封端口进水端与试验管件一端连接。
在一个可选的实施方式中，所述操作平台包括四组滑动支撑架，四组滑动支撑架依次设置于滑轨上，其中，中间两组滑动支撑架可升降，两侧两组滑动支撑架不可升降。
在一个可选的实施方式中，中间两组滑动支撑架上分别设置有应变片。
在一个可选的实施方式中，所述操作平台还包括应变仪与试验控制台；所述应变片与应变仪连接，所述应变仪与试验控制台连接。
在一个可选的实施方式中，所述液压管包括两组液压管，且分别与所述换向阀连接；
所述液压缸包括两组液压缸，分别与两组液压管一对一连接；
所述液压杆包括两组液压杆，分别一对一设置于液压缸内部。
在一个可选的实施方式中，所述液压杆一端通过转轴与中间两组固定夹连接，两侧两组固定夹固定于两侧两组滑动支撑架上。
在一个可选的实施方式中，所述换向阀表面设置有液压仪表。
在一个可选的实施方式中，所述水压泵主体表面设置有泄压阀。
在一个可选的实施方式中，所述水箱表面设置有进水管以及出水管。
在一个可选的实施方式中，所述密封端口排气端设置于所述试验管件另一端。
本发明实施例提供的海底管道弯矩与内压联合作用试验装置，能够在管道受弯矩与内压复杂载荷情况下，实时监测应变应力并研究其极限承载力，能为海底管道的设计提供技术试验支持，为管道运输的安全可靠提供保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种海底管道弯矩与内压联合作用试验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种海底管道弯矩与内压联合作用试验方法的实施流程示意图；
图3为本发明实施例的一种液压系统结构示意图；
图4为本发明实施例的一种加载水压系统结构示意图；
图5为本发明实施例的一种密封端口(排气端)结构示意图；
图中标号说明：1-密封端口(排气端)；2-试验管件；3-固定夹；4-应变仪；5-滑动支承架(可升降)；6-控制台；7-滑动支承架(不可升降)；8-密封端口(进水端)；9-换向阀；10-电动液压泵；11-水箱；12-电动水压泵；13-水压仪表；14-水压管；15-滑轨；16-液压管(组)；17-液压缸；18-操作台；19-转轴；20-液压杆(配位移传感器)；21-液压仪表；22-液压油泵主体；23-水箱进水管；24-水箱出水管；25-水压泵主体；26-排水泄压阀；27-阀门握把；28-气密阀；29-排气孔；30-密封圈；31-出气口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种海底管道弯矩与内压联合作用试验装置的结构示意图，所述装置包括：操作平台、液压系统以及加载水压系统。
所述操作平台包括滑动支撑架，所述滑动支撑架设置于滑轨上，所述滑动支撑架与可转动管件固定夹搭配对试验管件进行固定，所述固定夹适应所述试验管件弯曲变形而转动，保证紧密贴合所述试验管件。
所述液压系统包括液压油泵主体、液压泵、换向阀、液压缸、液压管、液压杆；所述液压泵、所述换向阀分别与所述液压油泵主体连接，且位于所述液压油泵主体顶部，所述换向阀与所述液压管连接，所述液压管与所述液压缸连接，所述液压缸贯穿于所述滑动支撑架，所述液压杆设置于所述液压缸内部，且所述液压杆一端位置高于所述滑动支撑架。
所述加载水压系统包括水箱、水压泵、水压泵主体、水压管、密封端口；所述水箱位于所述水压泵主体顶部，所述水压泵与所述水压泵主体连接，所述水压管一端设置于所述水压泵主体表面，所述水压管另一端贯穿于所述密封端口进水端与试验管件一端连接。
可选的，所述操作平台包括四组滑动支撑架，四组滑动支撑架依次设置于滑轨上，其中，中间两组滑动支撑架可升降，两侧两组滑动支撑架不可升降。
可选的，中间两组滑动支撑架上分别设置有应变片。
可选的，所述操作平台还包括应变仪与试验控制台；所述应变片与应变仪连接，所述应变仪与试验控制台连接。
可选的，所述液压管包括两组液压管，且分别与所述换向阀连接；所述液压缸包括两组液压缸，分别与两组液压管一对一连接；所述液压杆包括两组液压杆，分别一对一设置于液压缸内部。
可选的，所述液压杆一端通过转轴与中间两组固定夹连接，两侧两组固定夹固定于两侧两组滑动支撑架上。
可选的，所述换向阀表面设置有液压仪表。
可选的，所述水压泵主体表面设置有泄压阀。
可选的，所述水箱表面设置有进水管以及出水管。
可选的，所述密封端口排气端设置于所述试验管件另一端。
基于上述海底管道弯矩与内压联合作用试验装置，如图2所示，为本发明实施例提供的一种海底管道弯矩与内压联合作用试验装置，具体可以包括以下步骤：
S201，通过试验控制台调节滑动支撑架至预设位置处，以使固定夹位于同一水平，并对位移传感器校零；
S202，在试验管件表面粘贴应变片，将密封端口与试验管件连接，并检测试验管件的密闭性；
S203，利用固定夹将试验管件固定于滑动支撑架，并确保固定夹的自由转动性能；
S204，连接应变片与应变仪，连接应变仪与试验控制台，用于实时反映试验管件的应变应力，并连接水压加载系统；
S205，向试验管件中加水排气，密闭性完好的情况下加载至试验水压，根据实际需要，利用液压系统加载弯矩作用；
S206，根据位移传感器，液压仪表，水压仪表，应变片和应变仪反馈的数据，实时监控试验进展。
如图1所示，在试验准备阶段中，通过控制台6(或者远程电脑操作)移动滑动支承架5，调节好弯矩加载位置，试验管件2左端与密封端口1进行密封连接，右端与密封端口8密封连接，由四个固定夹3固定在四组滑动支承架5上，将应变仪4与管件2上的应变片相连，同时应变仪与控制台6连接，可实时反应管件2的应变应力。
开始试验时，启动电动水压泵12加载水压，注意水压仪表13的示数，达到指定内压后，保持水压的不变，启动电动液压泵10，通过控制换向阀9来控制中间两组滑动支承架的升降，给管件2施加弯矩，同时图2中的液压杆20配有位移传感器，其与控制台6相连，能实时反应管件2的位移，配合应变应力数据，可对管件2是否达到极限作出准确指示。
如图3所示，液压系统工作时，电动液压泵10驱动液压油泵主体22，通过控制换向阀9实现液压杆20的升降，完成给管件的弯矩加载，位移传感器将数据传递给控制台；转轴19保证了固定夹3可以转动，以配合管件受弯矩变形后仍能紧密接触；此处说明液压管16实际为一对油管，一进一出，图中为了简洁并为一条管线来画。
如图4所示，加载水压系统工作前要通过进水管23向水箱11中加水，为水压加载提供水源，电动水压泵12通过水压泵主体25把水箱11中的水打入密封端口8内部，实现加载水压，待达到指定内压后，停止加载并保持水压不变；实验结束后，卸载水压要打开排水泄压阀26，使管件内水压降低到标准大气压，保证其他拆卸工作的安全。
如图5所示，密封完好的管件，在加水压过程中，首先打开气密阀28，使管内气体通过排气孔29、气密阀28、出气口31排到管外，当出气口31开始排水时，关闭气密阀28，实现管内水压的增加；同时，排水泄压时，先等图3中泄压阀26泄压到安全水平后，扭转管件使阀门握把27垂直朝下，再打开气密阀28，实现管内排水。
本发明针对海底管道，提供了一种弯矩与内压联合作用试验装置，可以实现在管件受内压的同时，施加弯矩作用，更接近实际海底管道受力情况；进一步推进管道在复杂载荷作用下的研究，为相应试验提供技术装备支持。与国内外现有技术相对比，具有以下优点：
(1)本发明可实现管件在弯矩与内压联合作用下的模拟分析，试验条件更接近实际情况，为工程应用提供更为精确的数据基础。
(2)本发明四组滑动支承架可实现不同尺寸管件的试验，应用范围广。
(3)本发明液压升降设计可以不拆卸管件实现正反弯矩循环加载，更加便捷，高效。
(4)本发明控制台集监控与控制为一体，可远程连接电脑端操控，提高操作性、安全性。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件系统，或者二者的结合来实施。软件系统可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海底管道弯矩与内压联合作用试验装置，其特征在于，所述装置包括：操作平台、液压系统以及加载水压系统；
所述操作平台包括滑动支撑架，所述滑动支撑架设置于滑轨上，所述滑动支撑架与可转动管件固定夹搭配对试验管件进行固定，所述固定夹适应所述试验管件弯曲变形而转动，保证紧密贴合所述试验管件；
所述液压系统包括液压油泵主体、液压泵、换向阀、液压缸、液压管、液压杆；所述液压泵、所述换向阀分别与所述液压油泵主体连接，且位于所述液压油泵主体顶部，所述换向阀与所述液压管连接，所述液压管与所述液压缸连接，所述液压缸贯穿于所述滑动支撑架，所述液压杆设置于所述液压缸内部，且所述液压杆一端位置高于所述滑动支撑架；
所述加载水压系统包括水箱、水压泵、水压泵主体、水压管、密封端口；所述水箱位于所述水压泵主体顶部，所述水压泵与所述水压泵主体连接，所述水压管一端设置于所述水压泵主体表面，所述水压管另一端贯穿于所述密封端口进水端与试验管件一端连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述操作平台包括四组滑动支撑架，四组滑动支撑架依次设置于滑轨上，其中，中间两组滑动支撑架可升降，两侧两组滑动支撑架不可升降。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，中间两组滑动支撑架上分别设置有应变片。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述操作平台还包括应变仪与试验控制台；所述应变片与应变仪连接，所述应变仪与试验控制台连接。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述液压管包括两组液压管，且分别与所述换向阀连接；
所述液压缸包括两组液压缸，分别与两组液压管一对一连接；
所述液压杆包括两组液压杆，分别一对一设置于液压缸内部。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述液压杆一端通过转轴与中间两组固定夹连接，两侧两组固定夹固定于两侧两组滑动支撑架上。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述换向阀表面设置有液压仪表。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水压泵主体表面设置有泄压阀。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水箱表面设置有进水管以及出水管。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封端口排气端设置于所述试验管件另一端。
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