CN113504109A - 脐带缆冲击测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脐带缆冲击测试装置，包括冲击试验机构及测量机构；冲击试验机构包括基座、定位夹具、支架、落锤及挡板，定位夹具设于基座上并用于固定脐带缆试样，支架设于基座上，挡板设于支架上并用于在定位高度上固定或释放落锤，落锤设于定位夹具的上方，落锤可在挡板的控制下自定位高度以自由落体方式落下，对定位夹具上的脐带缆试样进行冲击测试；测量机构包括游标卡尺及万能电表，游标卡尺用于测量脐带缆试样中钢管单元椭圆度，万能电表用于测量脐带缆试样的绝缘电阻及导体电阻。本发明还公开了一种基于脐带缆冲击测试装置的脐带缆冲击测试方法。采用本发明，可有效测量脐带缆所能承受的最大冲击荷载，灵活性强，准确度高。

Description

脐带缆冲击测试装置及方法
技术领域
本发明涉及脐带缆制造技术领域，尤其涉及一种脐带缆冲击测试装置及一种基于所述脐带缆冲击测试装置的脐带缆冲击测试方法。
背景技术
水下生产系统作为深水油气田的一种重要开发模式，是一种海洋石油天然气资源开发的新技术。水下生产系统通过水下井口、部分或全部放置在海底的水下生产设施以及海底管线，将采出的油、气、水多相或单相流体回接到附近水下、水面或陆上依托设施，实现海上油气田的开发。
脐带缆是电缆(电力动力缆或信号缆)、光缆(单模或多模光缆)、液压或化学药剂管(钢管或软管)组合而成的复杂电缆，被称为海上油气田开发的“生命线”。在海洋油气开发中，脐带缆主要用于为水下阀门执行器提供液压动力通道，为控制盒和电动泵等提供电能，为水下设施和油井提供遥控及监测数据传输通道，以及为油井提供所需流体(如甲醇和缓蚀剂等化学药剂)，因此，脐带缆对水下生产系统的实施非常重要。
目前，我国开展了脐带缆的设计、制造等研究工作，逐步掌握了水下脐带缆的设计和制造能力，但在脐带缆的测试和评定方面，尚未形成系统的测试和评价体系。而现有技术中关于脐带缆测试方面的研究工作主要集中于脐带缆的弯曲刚度、抗拉强度、拉弯组合荷载的测试，而对于脐带缆的其他性能，如抗冲击能力等测试项目的研究则不完善。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种脐带缆冲击测试装置及方法，可有效测量脐带缆所能承受的最大冲击荷载，灵活性强，准确度高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种脐带缆冲击测试装置，包括冲击试验机构及测量机构；所述冲击试验机构包括基座、定位夹具、支架、落锤及挡板，所述定位夹具设于所述基座上并用于固定脐带缆试样，所述支架设于所述基座上，所述挡板设于所述支架上并用于在定位高度上固定或释放所述落锤，所述落锤设于所述定位夹具的上方，所述落锤可在挡板的控制下自所述定位高度以自由落体方式落下，对定位夹具上的脐带缆试样进行冲击测试；所述测量机构包括游标卡尺及万能电表，所述游标卡尺用于测量脐带缆试样中钢管单元椭圆度，所述万能电表用于测量所述脐带缆试样的绝缘电阻及导体电阻。
作为上述方案的改进，所述支架包括两条对称设置于所述基座上的定位杆，每条定位杆上均设有高度依次递增的定位通孔以形成多层定位高度，所述挡板同时贯穿同一高度的两个定位通孔以固定所述落锤。
作为上述方案的改进，所述冲击试验机构还包括设于所述支架上的圆筒，所述圆筒的侧壁上设有两组与所述定位通孔对应的圆筒通孔，所述圆筒通孔沿轴对称设置且高度依次递增；所述落锤嵌于所述圆筒内部并可在所述圆筒上下移动，所述挡板同时贯穿同一高度的两个定位通孔及两个圆筒通孔以固定所述圆筒内部的落锤。
作为上述方案的改进，每层定位高度之间的高度差为0.2-0.4m。
作为上述方案的改进，高度最低的定位高度为0.4-0.6m。
作为上述方案的改进，定位高度为四层。
相应地，本发明还提供了一种基于脐带缆冲击测试装置的脐带缆冲击测试方法，包括：S1，截取脐带缆试样，并将所述脐带缆试样固定于定位夹具上；S2，将落锤升到最低的定位高度；S3，将所述落锤自当前的定位高度以自由落体方式落下，对脐带缆试样进行冲击测试；S4，实时对所述脐带缆试样进行绝缘电阻测试及导体电阻测试；S5，根据所述绝缘电阻测试结果及导体电阻测试结果，判断所述脐带缆试样是否满足IEC规范要求，判断为是时，调高落锤的定位高度并进入步骤S3，判断为否时，测量所述脐带缆试样中钢管单元椭圆度，并根据所述椭圆度提取所述脐带缆试样可承受的最大冲击荷载。
作为上述方案的改进，所述测量脐带缆试样的椭圆度，并根据椭圆度提取脐带缆试样可承受的最大冲击荷载的步骤包括：采用定位高度降序的方式，以当前的定位高度最高的冲击测试所对应的冲击位置开始，测量所述冲击位置的椭圆度；若所述冲击位置的椭圆度小于预设值，则将所述冲击位置所对应的冲击能量作为最大冲击荷载；若所述冲击位置的椭圆度不大于预设值，则测量下一定位高度的冲击测试所对应的冲击位置的椭圆度，直至所测量的冲击位置的椭圆度小于预设值时，则将所述冲击位置所对应的冲击能量作为最大冲击荷载。
作为上述方案的改进，每次冲击测试，所述落锤冲击所述脐带缆试样的冲击位置均不同，且所述冲击位置沿所述脐带缆试样轴向分布。
作为上述方案的改进，所述脐带缆试样中钢管单元椭圆度的步骤包括：切开所述脐带缆试样，通过游标卡尺测量所述脐带缆试样中钢管单元椭圆度。
本发明将冲击试验机构及测量机构相结合形成脐带缆冲击测试装置，实施本发明，具有如下有益效果：
本发明可通过冲击试验机构对脐带缆进行多次反复的冲击测试，从而有效模拟脐带缆在工作过程中承受横向冲击时的力学响应和截面变形特征；
同时，本发明通过测量机构实时测量钢管单元的变形状态、绝缘电阻及导体电阻，从而确定脐带缆所能承受的最大冲击荷载，实现脐带缆的抗侧向抗冲击能力的准确评估，进一步完善脐带缆的测试和评价体系。
附图说明
图1是本发明脐带缆冲击测试装置的第一实施例结构示意图；
图2是本发明脐带缆冲击测试装置的第二实施例结构示意图；
图3是本发明基于脐带缆冲击测试装置的脐带缆冲击测试方法的第一实施例流程图；
图4是本发明基于脐带缆冲击测试装置的脐带缆冲击测试方法的第二实施例流程图；
图5是本发明基于脐带缆冲击测试装置的脐带缆冲击测试方法的第三实施例流程图；
图6是本发明中冲击位置的设置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
参见图1，图1显示了本发明脐带缆冲击测试装置的第一实施例，其包括冲击试验机构及测量机构，具体地：
所述冲击试验机构包括基座1、定位夹具2、支架3、落锤4及挡板5；所述定位夹具2设于所述基座1上并用于固定脐带缆试样6，所述支架3设于所述基座1上，所述挡板5设于所述支架3上并用于在定位高度上固定或释放所述落锤4，所述落锤4设于所述定位夹具2的上方，所述落锤4可在挡板5的控制下自所述定位高度以自由落体方式落下，对定位夹具2上的脐带缆试样6进行冲击测试；优选地，所述挡板5为直杆状挡板。
所述测量机构包括游标卡尺及万能电表；其中，所述游标卡尺用于测量脐带缆试样6中钢管单元椭圆度，从而确定钢管单元的变形状态；所述万能电表用于测量所述脐带缆试样6的绝缘电阻及导体电阻。
测试时，可先将脐带缆试样6通过定位夹具2固定于基座1上，再通过挡板5将所述落锤4定位于预设的定位高度上；然后撤离挡板5以释放落锤4，落锤4失去挡板5的支撑后自预设的定位高度以自由落体方式落下，对定位夹具2上的脐带缆试样6进行冲击测试，此时，脐带缆试样6在落锤4的冲击下产生形变；接着，通过万能电表测量所述脐带缆试样6的绝缘电阻及导体电阻，若绝缘电阻及导体电阻符合IEC规范要求，则提高定位高度以调整落锤4的冲击力，对脐带缆试样6的不同位置再次进行冲击测试，直至绝缘电阻及导体电阻不符合IEC规范要求，再通过游标卡尺测量钢管单元的变形状态，以进一步确定脐带缆试样6可承受的最大冲击荷载。
因此，通过本发明可对脐带缆进行冲击测试，从而有效模拟脐带缆在工作过程中承受横向冲击时的力学响应和截面变形特征，实现脐带缆的抗侧向抗冲击能力的准确评估，进一步完善脐带缆的测试和评价体系。
进一步，所述支架3包括两条对称设置于所述基座1上的定位杆，每条定位杆上均设有高度依次递增的定位通31孔以形成多层定位高度，所述挡板5同时贯穿同一高度的两个定位通孔31以固定所述落锤4。
需要说明的是，通过多层高度依次递增的定位通孔31，可精准地控制落锤4的释放高度，从而灵活的调整落锤4对脐带缆试样6的冲击力。优选地，可设置四层定位高度，每层定位高度之间的高度差为0.2-0.4m，且高度最低的定位高度为0.4-0.6m，可基本满足实际的测试需求。
更佳地，每层定位高度之间的高度差为0.3m，高度最低的定位高度为0.5m。例如，定位高度依次为0.5m、0.8m、1.1m及1.4m。
参见图2，图2显示了本发明脐带缆冲击测试装置的第二实施例，与图1所示的第一实施例不同的是，本实施例中所述冲击试验机构还包括设于所述支架3上的圆筒7。
所述圆筒7的侧壁上设有两组与所述定位通孔对应的圆筒通孔71，所述圆筒通孔71沿轴对称设置且高度依次递增；所述落锤4嵌于所述圆筒7内部并可在所述圆筒7上下移动，所述挡板5同时贯穿同一高度的两个定位通孔31及两个圆筒通孔71以固定所述圆筒7内部的落锤4。
需要说明的是，通过所述圆筒7可对落锤4的移动路径进行限制，可有效避免落锤4在自由落体过程中受外力的影响而产生路径偏移，无法准确地击中脐带缆试样6，进一步保证了冲击测试的有效实施。
因此，通过本发明可有效模拟脐带缆在工作过程中承受横向冲击时的力学响应和截面变形特征，得到脐带缆的深海工作的许用工况，且精度高，误差小，方便快捷的了解侧向冲击对脐带缆的使用影响。
参见图3，图3显示了本发明基于脐带缆冲击测试装置的脐带缆冲击测试方法的第一实施例流程图，其包括：
S101，截取脐带缆试样，并将脐带缆试样固定于定位夹具上。
优选地，所述脐带缆试样的长度约为3m，可方便对脐带缆试样进行反复的冲击测试，且便于区分冲击位置。
S102，将落锤升到最低的定位高度。
S103，将落锤自当前的定位高度以自由落体方式落下，对脐带缆试样进行冲击测试。
每次冲击测试，落锤冲击脐带缆试样的冲击位置均不同，以避免多次冲击测试中冲击结果的相互影响；具体地，冲击位置沿脐带缆试样轴向分布，较容易明确区分每次冲击测试的冲击位置。
如图6所示，第一次冲击测试的冲击位置为A，第二次冲击测试的冲击位置为B，第三次冲击测试的冲击位置为C，第四次冲击测试的冲击位置为D。
S104，实时对脐带缆试样进行绝缘电阻测试及导体电阻测试。
S105，根据绝缘电阻测试结果及导体电阻测试结果，判断脐带缆试样是否满足IEC规范要求；判断为是时，调高落锤的定位高度并进入步骤S103；判断为否时，测量脐带缆试样中钢管单元椭圆度，并根据椭圆度提取脐带缆试样可承受的最大冲击荷载。
需要说明的是，当绝缘电阻≥500MΩ.km，且导体电阻≤1.15Ω/km时，则脐带缆试样满足IEC规范要求。
例如，当绝缘电阻<500MΩ.km或导体电阻>1.15Ω/km时，则表示脐带缆试样不满足IEC规范要求，则可以认为冲击力对脐带缆试样产生了实质性损伤，导致脐带缆试样内部出现故障，此时，可进一步测量脐带缆试样中钢管单元椭圆度，从而确定脐带缆试样可承受的最大冲击荷载。当绝缘电阻≥500MΩ.km且导体电阻≤1.15Ω/km时，则表示脐带缆试样满足IEC规范要求，则可以认为冲击力对脐带缆试样未产生实质性损伤，可进一步增大冲击力。
具体地，所述测量脐带缆试样中钢管单元椭圆度的步骤包括：切开所述脐带缆试样，通过游标卡尺测量脐带缆试样中钢管单元椭圆度，精确度高。
需要说明的是，本发明可在室温下进行，通过本发明可对脐带缆进行反复多次的冲击测试，从而有效模拟脐带缆在工作过程中承受横向冲击时的力学响应和截面变形特征，实现脐带缆的抗侧向抗冲击能力的准确评估，进一步完善脐带缆的测试和评价体系。
参见图4，图4显示了本发明基于脐带缆冲击测试装置的脐带缆冲击测试方法的第二实施例流程图，其包括：
S201，截取脐带缆试样，并将脐带缆试样固定于定位夹具上。
S202，将落锤升到最低的定位高度。
S203，将落锤自当前的定位高度以自由落体方式落下，对脐带缆试样进行冲击测试。
S204，实时对脐带缆试样进行绝缘电阻测试及导体电阻测试。
S205，根据绝缘电阻测试结果及导体电阻测试结果，判断脐带缆试样是否满足IEC规范要求；判断为是时，调高落锤的定位高度并进入步骤S203；判断为否时，进入步骤S206。
S206，采用定位高度降序的方式，以当前的定位高度最高的冲击测试所对应的冲击位置开始，测量冲击位置的椭圆度。
S207，判断所述冲击位置的椭圆度是否小于预设值；判断为是时，则将冲击位置所对应的冲击能量作为最大冲击荷载；判断为否时，则测量下一定位高度的冲击测试所对应的冲击位置的椭圆度，并重新进入步骤S207。
需要说明的是，可通过落锤的重量及定位高度计算冲击荷载。例如，将重量为30kg的落锤升到高度0.5m，可得其冲击荷载为147J(30×0.5×9.8＝147)；例如，将重量为60kg的落锤升到高度0.5m，可得其冲击荷载为147J(60×0.5×9.8＝294)
与图3所示的第一实施例不同的是，本实施例将IEC规范及椭圆度相结合，明确了脐带缆所能承受的最大冲击荷载的确定方法，灵活性强，准确度高。
参见图5，图5显示了本发明基于脐带缆冲击测试装置的脐带缆冲击测试方法的第三实施例流程图，其包括：
S301，取长约3m的脐带缆试样，并将脐带缆试样固定于定位夹具上。
S302，将重量为30-60kg的落锤升到定位高度0.5m，可得其冲击能量为147-294J，将落锤按自由落体方式落下，以此记为一次完整的冲击测试。
S303，将落锤的定位高度分别增加至0.8m、1.1m、1.4m，沿脐带缆试样轴向不同部位重新进行冲击测试。
S304，每进行一次冲击测试，则进行一次绝缘电阻测试及导体电阻测试，以判断脐带缆试样满足IEC规范要求。
S305，在定位高度为1.4m的冲击位置切开脐带缆试样，进行椭圆度测量；若椭圆度小于3％，将定位高度为1.4m所对应的冲击能力记为脐带缆试样可承受的最大冲击荷载；若椭圆度不小于3％，则在定位高度为1.1m的冲击位置切开脐带缆试样，进行椭圆度测量，直到找到椭圆度满足要求的冲击位置(椭圆度不小于3％)，从而得出脐带缆试样可承受的最大冲击荷载。
因此，本发明可在室温下进行，可通过测量脐带缆钢管单元变形状态及脐带缆椭圆度和电缆单元的电阻，记录最大冲击荷载，实现脐带缆的抗侧向抗冲击能力的准确评估，进一步完善脐带缆的测试和评价体系。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种脐带缆冲击测试装置，其特征在于，包括冲击试验机构及测量机构；
所述冲击试验机构包括基座、定位夹具、支架、落锤及挡板，所述定位夹具设于所述基座上并用于固定脐带缆试样，所述支架设于所述基座上，所述挡板设于所述支架上并用于在定位高度上固定或释放所述落锤，所述落锤设于所述定位夹具的上方，所述落锤可在挡板的控制下自所述定位高度以自由落体方式落下，对定位夹具上的脐带缆试样进行冲击测试；
所述测量机构包括游标卡尺及万能电表，所述游标卡尺用于测量脐带缆试样中钢管单元椭圆度，所述万能电表用于测量所述脐带缆试样的绝缘电阻及导体电阻。
2.如权利要求1所述的脐带缆冲击测试装置，其特征在于，所述支架包括两条对称设置于所述基座上的定位杆，每条定位杆上均设有高度依次递增的定位通孔以形成多层定位高度，所述挡板同时贯穿同一高度的两个定位通孔以固定所述落锤。
3.如权利要求2所述的脐带缆冲击测试装置，其特征在于，所述冲击试验机构还包括设于所述支架上的圆筒，所述圆筒的侧壁上设有两组与所述定位通孔对应的圆筒通孔，所述圆筒通孔沿轴对称设置且高度依次递增；
所述落锤嵌于所述圆筒内部并可在所述圆筒上下移动，所述挡板同时贯穿同一高度的两个定位通孔及两个圆筒通孔以固定所述圆筒内部的落锤。
4.如权利要求2或3所述的脐带缆冲击测试装置，其特征在于，每层定位高度之间的高度差为0.2-0.4m。
5.如权利要求2或3所述的脐带缆冲击测试装置，其特征在于，高度最低的定位高度为0.4-0.6m。
6.如权利要求2或3所述的脐带缆冲击测试装置，其特征在于，定位高度为四层。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的脐带缆冲击测试装置的脐带缆冲击测试方法，其特征在于，包括：
S1，截取脐带缆试样，并将所述脐带缆试样固定于定位夹具上；
S2，将落锤升到最低的定位高度；
S3，将所述落锤自当前的定位高度以自由落体方式落下，对脐带缆试样进行冲击测试；
S4，实时对所述脐带缆试样进行绝缘电阻测试及导体电阻测试；
S5，根据所述绝缘电阻测试结果及导体电阻测试结果，判断所述脐带缆试样是否满足IEC规范要求，
判断为是时，调高落锤的定位高度并进入步骤S3，
判断为否时，测量所述脐带缆试样中钢管单元椭圆度，并根据所述椭圆度提取所述脐带缆试样可承受的最大冲击荷载。
8.如权利要求7所述的脐带缆冲击测试方法，其特征在于，所述测量脐带缆试样的椭圆度，并根据椭圆度提取脐带缆试样可承受的最大冲击荷载的步骤包括：
采用定位高度降序的方式，以当前的定位高度最高的冲击测试所对应的冲击位置开始，测量所述冲击位置的椭圆度；
若所述冲击位置的椭圆度小于预设值，则将所述冲击位置所对应的冲击能量作为最大冲击荷载；
若所述冲击位置的椭圆度不大于预设值，则测量下一定位高度的冲击测试所对应的冲击位置的椭圆度，直至所测量的冲击位置的椭圆度小于预设值时，则将所述冲击位置所对应的冲击能量作为最大冲击荷载。
9.如权利要求7所述的脐带缆冲击测试方法，其特征在于，每次冲击测试，所述落锤冲击所述脐带缆试样的冲击位置均不同，且所述冲击位置沿所述脐带缆试样轴向分布。
10.如权利要求7所述的脐带缆冲击测试方法，其特征在于，所述脐带缆试样中钢管单元椭圆度的步骤包括：切开所述脐带缆试样，通过游标卡尺测量所述脐带缆试样中钢管单元椭圆度。
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