CN113686524A - 一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置及使用方法，包括试验装置、固定装置和运动装置；固定装置包括主体板、固定板、立板筋、卡盘、支撑板、三角筋、轴承和万向轴；试验装置包括柔性接头；运动装置包括第一液压缸、管卡、第二液压缸；第一液压缸的活塞杆一端布设在液压缸的缸筒内，另一端伸出第一液压缸的缸筒且于万向轴连接；柔性接头的底端固定设置在固定板上；第一液压缸与第二液压缸垂直布设。其具有结构设计合理、操作简单方便、检测精度高的特点，能够便于试验人员动态实时地了解试验过程及试验结果，以及满足气体测漏、轴向刚度测试、静态刚度测试和动态刚度测试、水压测试等多种试验测试，具有较为广阔的应用前景。

Description

一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及石油钻井平台用试验装置技术领域，尤其涉及一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置及其使用方法。

背景技术

柔性接头作为石油半潜钻井平台必不可少的设备之一，为将柔性接头国产化，进行各种试验是必不可少的环节。然而，试验机是作为试验的工具，变得尤为重要。现有的试验机存在的缺陷表现为：不带有传感器检测设备、无压力动力站、内部摄像头等，导致多依靠人为测量以及目视观测，检测精度较低、测量工序繁多等。为了填补国内柔性接头试验机的空白，本申请人提供了一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置及使用方法，以满足实际设计及使用需要。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置及使用方法，其具有结构设计合理、操作简单方便、检测精度高的特点，能够便于试验人员动态实时地了解试验过程及试验结果，以及满足气体测漏、轴向刚度测试、静态刚度测试和动态刚度测试、水压测试等多种试验测试，具有较为广阔的应用前景。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置，包括试验装置、固定装置和运动装置；其中，所述固定装置包括两个主体板、一个固定板、若干个立板筋、一个卡盘、若干个支撑板、若干个三角筋、一个轴承和一个万向轴；所述主体板为竖向截面为L型的板体，其包括水平部和竖直部；所述若干个立板筋均垂直固定设置在两个主体板之间；所述若干个三角筋固定设置在所述立板筋与主体板的连接处；所述卡盘固定设置在主体板的水平部上；所述固定板固定设置在卡盘上；所述支撑板固定设置在水平部的底部侧壁上；所述卡盘的底部设置有垂直于主体板竖向截面的纵向导轨；所述水平部上设置有于纵向导轨相适配的纵向滑槽，通过纵向导轨与纵向滑槽的相互配合使得所述导轨可滑动地设置在水平部上；所述试验装置包括柔性接头；所述运动装置包括第一液压缸、管卡、第二液压缸；所述第一液压缸垂直于所述竖直部的顶部且穿设在两个平行布设的立板筋之间；所述第一液压缸的活塞杆一端布设在液压缸的缸筒内，另一端伸出第一液压缸的缸筒且于所述万向轴连接；所述万向轴与管卡铰接连接；所述管卡内设置有所述轴承；所述柔性接头的底端固定设置在固定板上，顶端的轴部与所述轴承连接；所述第二液压缸的一端固定设置在水平部上，另一端与卡盘驱动连接用于驱动卡盘的纵向导轨在纵向滑槽内滑动；所述第一液压缸与第二液压缸垂直布设。

作为上述方案的进一步优化，所述固定装置的固定板与柔性接头之间采用法兰连接，所述法兰上设置有用于测试柔性接头在油压或水压测试时检测器密封性能的试压孔。

作为上述方案的进一步优化，所述试压孔处连接有填充有液压油或水的压力管，所述压力管上连接有第三液压缸；所述试验装置还包括自动控制系统；所述自动控制系统包括PLC控制器、液压动力站和检测组件，所述检测组件包括设置在第一液压缸内的第一压力传感器、设置在第二液压缸内的第二压力传感器、设置在试压孔内的第三压力传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器均与PLC控制器相连接，并将实时检测的压力信号发送至PLC控制器，所述PLC控制器分别与液压动力站、第二液压缸、第三液压缸控制连接；PLC控制器根据接收到的实时压力值与相应的预设压力阈值进行比较，根据比较的结果控制相应的液压缸工作状态；当实时检测的压力值高于预设压力阈值时，控制相应的液压缸适当减压至预设压力阈值；反之，则增加至压力阈值或者保持当前压力。

作为上述方案的进一步优化，所述柔性接头内设置有氮气加气口，所述氮气加气口与氮气源通过连接管路连接；所述连接管路上设置有流量调节阀和第四压力传感器；所述自动控制系统还包括压力记录装置和布设在柔性接头内壁的应变片；所述第四压力传感器和应变片均与PLC控制器相连接，并将实时检测的连接管路的压力信号及柔性接头内壁应变信号发送至PLC控制器，PLC控制器将接收到的实时压力信号和应变信号经数据转换后与预设的相应阈值进行比较，根据比较的结果控制流量调节阀的工作状态；党连接管路上的氮气压力实时检测值和/或应变片检测的实时应变值高于相应预设阈值时，PLC控制器控制流量调节阀关闭或者调低氮气进气量。

作为上述方案的进一步优化，所述自动控制系统还包括设置在主体板竖直部顶部用于检测柔性接头顶部轴部角度偏移的角度传感器，所述角度传感器与PLC控制器相连接，并将实时检测的角度信息发送至PLC控制器，PLC控制器将接收到的角度信息经数据转换后进行存储；所述自动控制系统还包括与PLC控制器相连接的图像检测单元，所述图像检测单元布设在柔性接头内，用于将实时检测的图像信息发送至PLC控制器，PLC控制器将接收到的实时图像经数据转换后进行存储。

作为上述方案的进一步优化，用于钢悬链立管柔性接头的测试装置能够用于气体泄漏测试、轴向刚度测试、静态刚度测试、动态刚度测试、水压测试中任一种；所述PLC控制器为西门子S7-200系列控制器；所述第一液压缸和第三液压缸均为RO系列圆型油缸；所述第二液压缸为四拉杆H0系列油压缸。

本发明上述一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置的使用方法包括如下步骤：

1)试验装置的安装

通过吊装工具将柔性接头通过螺丝固定放置在固定板上，固定板通过螺丝固定在卡盘上，第二液压缸与第一液压缸的运动成垂直分布，第一液压缸与管卡通过万向轴连接；卡盘与主体板通过纵向导轨连接；主体板与立板筋通过焊接连在一起；主体板与立板筋之间通过三角筋固定；第一液压缸固定穿设在立板筋上，第一液压缸连接抱紧柔性接头的管卡；第一液压缸通过拉伸柔性接头模拟，在海浪冲击下的柔性接头随海浪摆动的过程；将试验装置通过支撑板固定在地面；

所述柔性接头在气体泄漏测试、轴向刚度测试、静态刚度测试、动态刚度测试、水压测试前需要进行如下步骤：

①开启液压动力站，将液压管线连接至柔性接头试验装置的液压缸；

②通过液压动力站上的液压动力装置，设置液压缸循环次数，进行1、气体泄漏测试2、轴向刚度测试3、静态刚度测试4、动态刚度测试5、水压测试；

③测试完成之后将实验器具回收；

其中，所述柔性接头在气体泄漏测试、轴向刚度测试、静态刚度测试、动态刚度测试、水压测试时的测试步骤如下：

1、气体测漏测试：实验的目的是检查波纹管与金属环垫圈得密封性；在代表生产流体和环空流体之间压差的0.5-1.0bar压力下用氮气进行实验；

气体测漏测试内容如下：

(1)试验装置：试压管线、压力记录装置、阀门、电动试压泵、氮气；

(2)实验过程：

①将带有阀门的试压管线连接，将压力记录装置与柔性接头通过试压管线连接；将电动试压泵通过试压管线与柔性接头连接；

②通过电动试压泵将氮气通过试压管道注入柔性接头内部，直到压力为预定压力；关闭阀门，保压规定时长，检测是否有漏气现象；

③测试完成之后将实验器具回收；

(3)测试合格的标准为：无泄漏，无变形，无异响，压力稳定，满足实验要求，试验合格；

2、轴向刚度测试

其测试的目的是：在施加压缩载荷时测量柔性接头轴部的立管延伸部分的位移；

(1)试验装置：试压管线、压力记录装置、阀门、电动试压泵，距离传感器；

(2)实验过程：

①将带有阀门的试压管线连接，将压力记录装置与柔性接头通过试压管线连接；将电动试压泵通过试压管线与柔性接头连接；

②用距离传感器测量加压前柔性接头轴部的立管的位置；

③通过电动试压泵将水注入柔性接头内腔；将压力注到预定压力，柔性接头在受到压力的情况下，模拟柔性接头被连接水下的柔性接头轴部的立管拖拽的情况；关闭阀门，保压规定时长，检测是否有漏气现象；

④用距离传感器，测试并记录柔性接头轴部的立管在加压后位移的变化；

⑤测试完成之后将实验器具回收；

⑥将记录整理成数据制作曲线图或表格；

(3)测试合格的标准：无泄漏，无变形，无异响，压力稳定，满足实验要求，试验合格；

3、静刚度测试：

其测试的目的是：测量柔性接头在最大旋转角度运行条件下的静态旋转刚度；

(1)试验装置：角度传感器，距离传感器；

(2)实验过程：

①将角度传感器，距离传感器固定在柔性接头轴部的立管处；并记录位置信息；

②开启液压缸，进行推拉柔性接头轴部的立管；测量柔性接头轴部的立管的最大位移与最大角度；并记录；

③将记录整理成数据制作曲线图或表格；

(3)测试的合格标准为：无泄漏，无变形，无异响，压力稳定，满足实验要求，试验合格；

4、动态刚度测试

其测试的目的是：测量柔性接头在工作条件下的动态转动刚度；动态刚度是在平均角度为1度的情况下评估的，并且在围绕该平均角度的2度、1度、0.5度、0.25度动态角度下评估；

(1)试验装置：试压管线、压力记录装置、阀门、电动试压泵，距离传感器，角度传感器；

(2)实验过程：

①将带有阀门的试压管线连接，将压力记录装置与柔性接头通过试压管线连接；将电动试压泵通过试压管线与柔性接头连接；

②用距离传感器与角度传感器测量加压前柔性接头轴部的立管的位置；

③通过电动试压泵将水注入柔性接头内腔；将压力注到预定压力，柔性接头在受到压力的情况下，模拟柔性接头被连接水下的柔性接头轴部的立管拖拽的情况；关闭阀门，保压规定时长，检测是否有漏气现象；无泄漏继续试验；

④通过液压缸推拉柔性接头轴部的立管部分，令柔性接头轴部的立管进行左右摇摆，模拟海上柔性接头轴部的立管被海浪带动左右摇摆的情况；

⑤用距离传感器与角度传感器，测试并记录柔性接头轴部的立管在被液压缸推动后位移的变化；

⑥测试完成之后将实验器具回收；

⑦将记录整理成数据制作曲线图或表格，导入计算软件进行计算；测试结果是否达到预期要求；

(3)测试的合格标准是：无泄漏，无变形，无异响，满足实验要求，试验合格；

5、水压测试

其测试的目的是：检查柔性接头在高压下是否完全密封，不允许有压降或泄漏的迹象；

(1)试验装置：试压管线、压力记录装置、阀门、电动试压泵、水；

(2)实验过程：

①将带有阀门的试压管线连接，将压力记录装置与柔性接头通过试压管线连接；将电动试压泵通过试压管线与柔性接头连接；

②通过电动试压泵将水通过试压管道注入柔性接头内部，直到压力为预定压力；关闭阀门，保压规定时长，检测是否有漏气现象；

③测试完成之后将实验器具回收；

(3)测试的合格标准：无泄漏，无变形，无异响，压力稳定，满足实验要求，试验合格。

采用本发明的用于钢悬链立管柔性接头的测试装置及使用方法具有如下有益效果：

(1)带有角度传感器测量。对于静态刚度测量与动态刚度测量更为精准，数据更可靠。

(2)利用液压动力站，液压动力站带有电脑分析装置，压力记录装置。

(3)利用压力记录仪，升压、降压曲线一目了然。

(4)通过在柔性接头内安装摄像头等检测组件，可以实时观察里面橡胶的变化情况。

(5)结构设计更加合理，能够更贴合、更牢固的抓住柔性接头，防止出现规定以外的变形，影响测量数据。

(6)相较于以往压力检测精度为小数点前一位，本申请的压力记录可以精确到小数点后两位，测量的数据更加精确。

附图说明

附图1为本发明用于钢悬链立管柔性接头的测试装置的整体结构示意图。

附图2为本发明用于钢悬链立管柔性接头的测试装置的第一液压缸结构示意图。

附图3为本发明用于钢悬链立管柔性接头的测试装置的第二液压缸结构示意图。

附图4为本发明用于钢悬链立管柔性接头的测试装置的柔性接头结构示意图。

附图5为本发明用于钢悬链立管柔性接头的测试装置在气体测漏试验测试的结构示意图。

附图6为本发明用于钢悬链立管柔性接头的测试装置在轴向刚度测试/静态刚度测试/动态刚度测试的试验结构示意图。

附图7为本发明用于钢悬链立管柔性接头的测试装置在水压测试的试验结构示意图。

附图8为本发明用于钢悬链立管柔性接头的测试装置在带液压动力站工装的测试试验结构示意图。

附图中各个附图标记的含义如下

1、主体板；2、固定板；3、柔性接头；4、第一液压缸；5、管卡；6、立板筋；7、卡盘；8、支撑板；9、三角筋；10、轴承；11、万向轴；12、第二液压缸。

具体实施方式

下面结合附图1-8对本发明的用于钢悬链立管柔性接头的测试装置及其使用方法作以详细说明。

一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置，包括试验装置、固定装置和运动装置；其中，所述固定装置包括两个主体板1、一个固定板2、若干个立板筋6、一个卡盘7、若干个支撑板8、若干个三角筋9、一个轴承10和一个万向轴11；所述主体板为竖向截面为L型的板体，其包括水平部和竖直部；所述若干个立板筋均垂直固定设置在两个主体板之间；所述若干个三角筋固定设置在所述立板筋与主体板的连接处；所述卡盘固定设置在主体板的水平部上；所述固定板固定设置在卡盘上；所述支撑板固定设置在水平部的底部侧壁上；所述卡盘的底部设置有垂直于主体板竖向截面的纵向导轨；所述水平部上设置有于纵向导轨相适配的纵向滑槽，通过纵向导轨与纵向滑槽的相互配合使得所述导轨可滑动地设置在水平部上；所述试验装置包括柔性接头3；所述运动装置包括第一液压缸4、管卡5、第二液压缸12；所述第一液压缸垂直于所述竖直部的顶部且穿设在两个平行布设的立板筋之间；所述第一液压缸的活塞杆一端布设在液压缸的缸筒内，另一端伸出第一液压缸的缸筒且于所述万向轴连接；所述万向轴与管卡铰接连接；所述管卡内设置有所述轴承；所述柔性接头的底端固定设置在固定板上，顶端的轴部与所述轴承连接；所述第二液压缸的一端固定设置在水平部上，另一端与卡盘驱动连接用于驱动卡盘的纵向导轨在纵向滑槽内滑动；所述第一液压缸与第二液压缸垂直布设。

所述固定装置的固定板2与柔性接头3之间采用法兰连接，所述法兰上设置有用于测试柔性接头在油压或水压测试时检测器密封性能的试压孔。

所述试压孔处连接有填充有液压油或水的压力管，所述压力管上连接有第三液压缸；所述试验装置还包括自动控制系统；所述自动控制系统包括PLC控制器、液压动力站和检测组件，所述检测组件包括设置在第一液压缸内的第一压力传感器、设置在第二液压缸内的第二压力传感器、设置在试压孔内的第三压力传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器均与PLC控制器相连接，并将实时检测的压力信号发送至PLC控制器，所述PLC控制器分别与液压动力站、第二液压缸、第三液压缸控制连接；PLC控制器根据接收到的实时压力值与相应的预设压力阈值进行比较，根据比较的结果控制相应的液压缸工作状态；当实时检测的压力值高于预设压力阈值时，控制相应的液压缸适当减压至预设压力阈值；反之，则增加至压力阈值或者保持当前压力。

所述柔性接头内设置有氮气加气口，所述氮气加气口与氮气源通过连接管路连接；所述连接管路上设置有流量调节阀和第四压力传感器；所述自动控制系统还包括压力记录装置和布设在柔性接头内壁的应变片；所述第四压力传感器和应变片均与PLC控制器相连接，并将实时检测的连接管路的压力信号及柔性接头内壁应变信号发送至PLC控制器，PLC控制器将接收到的实时压力信号和应变信号经数据转换后与预设的相应阈值进行比较，根据比较的结果控制流量调节阀的工作状态；党连接管路上的氮气压力实时检测值和/或应变片检测的实时应变值高于相应预设阈值时，PLC控制器控制流量调节阀关闭或者调低氮气进气量。

所述自动控制系统还包括设置在主体板竖直部顶部用于检测柔性接头顶部轴部角度偏移的角度传感器，所述角度传感器与PLC控制器相连接，并将实时检测的角度信息发送至PLC控制器，PLC控制器将接收到的角度信息经数据转换后进行存储；所述自动控制系统还包括与PLC控制器相连接的图像检测单元，所述图像检测单元布设在柔性接头内，用于将实时检测的图像信息发送至PLC控制器，PLC控制器将接收到的实时图像经数据转换后进行存储。所述图像检测单元可以为高清摄像头。

用于钢悬链立管柔性接头的测试装置能够用于气体泄漏测试、轴向刚度测试、静态刚度测试、动态刚度测试、水压测试中任一种；所述PLC控制器为西门子S7-200系列控制器；所述第一液压缸和第三液压缸均为RO系列圆型油缸；所述第二液压缸为四拉杆H0系列油压缸。

本发明上述一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置的使用方法包括如下步骤：

1)试验装置的安装

通过吊装工具将柔性接头通过螺丝固定放置在固定板上，固定板通过螺丝固定在卡盘上，第二液压缸与第一液压缸的运动成垂直分布，第一液压缸与管卡通过万向轴连接；卡盘与主体板通过纵向导轨连接；主体板与立板筋通过焊接连在一起；主体板与立板筋之间通过三角筋固定；第一液压缸固定穿设在立板筋上，第一液压缸连接抱紧柔性接头的管卡；第一液压缸通过拉伸柔性接头模拟，在海浪冲击下的柔性接头随海浪摆动的过程；将试验装置通过支撑板固定在地面；

所述柔性接头在气体泄漏测试、轴向刚度测试、静态刚度测试、动态刚度测试、水压测试前需要进行如下步骤：

①开启液压动力站，将液压管线连接至柔性接头试验装置的液压缸；

②通过液压动力站上的液压动力装置，设置液压缸循环次数，进行1、气体泄漏测试2、轴向刚度测试3、静态刚度测试4、动态刚度测试5、水压测试；

③测试完成之后将实验器具回收；

其中，所述柔性接头在气体泄漏测试、轴向刚度测试、静态刚度测试、动态刚度测试、水压测试时的测试步骤如下：

1、气体测漏测试：实验的目的是检查波纹管与金属环垫圈得密封性；在代表生产流体和环空流体之间压差的0.5-1.0bar压力下用氮气进行实验；

气体测漏测试内容如下：

(1)试验装置：试压管线、压力记录装置、阀门、电动试压泵、氮气；

(2)实验过程：

①将带有阀门的试压管线连接，将压力记录装置与柔性接头通过试压管线连接；将电动试压泵通过试压管线与柔性接头连接；

②通过电动试压泵将氮气通过试压管道注入柔性接头内部，直到压力为预定压力；关闭阀门，保压规定时长，检测是否有漏气现象；

③测试完成之后将实验器具回收；

(3)测试合格的标准为：无泄漏，无变形，无异响，压力稳定，满足实验要求，试验合格；

2、轴向刚度测试

其测试的目的是：在施加压缩载荷时测量柔性接头轴部的立管延伸部分的位移；

(1)试验装置：试压管线、压力记录装置、阀门、电动试压泵，距离传感器；

(2)实验过程：

①将带有阀门的试压管线连接，将压力记录装置与柔性接头通过试压管线连接；将电动试压泵通过试压管线与柔性接头连接；

②用距离传感器测量加压前柔性接头轴部的立管的位置；

③通过电动试压泵将水注入柔性接头内腔；将压力注到预定压力，柔性接头在受到压力的情况下，模拟柔性接头被连接水下的柔性接头轴部的立管拖拽的情况；关闭阀门，保压规定时长，检测是否有漏气现象；

④用距离传感器，测试并记录柔性接头轴部的立管在加压后位移的变化；

⑤测试完成之后将实验器具回收；

⑥将记录整理成数据制作曲线图或表格；

(3)测试合格的标准：无泄漏，无变形，无异响，压力稳定，满足实验要求，试验合格；

3、静刚度测试：

其测试的目的是：测量柔性接头在最大旋转角度运行条件下的静态旋转刚度；

(1)试验装置：角度传感器，距离传感器；

(2)实验过程：

①将角度传感器，距离传感器固定在柔性接头轴部的立管处；并记录位置信息；

②开启液压缸，进行推拉柔性接头轴部的立管；测量柔性接头轴部的立管的最大位移与最大角度；并记录；

③将记录整理成数据制作曲线图或表格；

(3)测试的合格标准为：无泄漏，无变形，无异响，压力稳定，满足实验要求，试验合格；

4、动态刚度测试

其测试的目的是：测量柔性接头在工作条件下的动态转动刚度；动态刚度是在平均角度为1度的情况下评估的，并且在围绕该平均角度的2度、1度、0.5度、0.25度动态角度下评估；

(1)试验装置：试压管线、压力记录装置、阀门、电动试压泵，距离传感器，角度传感器；

(2)实验过程：

①将带有阀门的试压管线连接，将压力记录装置与柔性接头通过试压管线连接；将电动试压泵通过试压管线与柔性接头连接；

②用距离传感器与角度传感器测量加压前柔性接头轴部的立管的位置；

③通过电动试压泵将水注入柔性接头内腔；将压力注到预定压力，柔性接头在受到压力的情况下，模拟柔性接头被连接水下的柔性接头轴部的立管拖拽的情况；关闭阀门，保压规定时长，检测是否有漏气现象；无泄漏继续试验；

④通过液压缸推拉柔性接头轴部的立管部分，令柔性接头轴部的立管进行左右摇摆，模拟海上柔性接头轴部的立管被海浪带动左右摇摆的情况；

⑤用距离传感器与角度传感器，测试并记录柔性接头轴部的立管在被液压缸推动后位移的变化；

⑥测试完成之后将实验器具回收；

⑦将记录整理成数据制作曲线图或表格，导入计算软件进行计算；测试结果是否达到预期要求；

(3)测试的合格标准是：无泄漏，无变形，无异响，满足实验要求，试验合格；

5、水压测试

其测试的目的是：检查柔性接头在高压下是否完全密封，不允许有压降或泄漏的迹象；

(1)试验装置：试压管线、压力记录装置、阀门、电动试压泵、水；

(2)实验过程：

①将带有阀门的试压管线连接，将压力记录装置与柔性接头通过试压管线连接；将电动试压泵通过试压管线与柔性接头连接；

②通过电动试压泵将水通过试压管道注入柔性接头内部，直到压力为预定压力；关闭阀门，保压规定时长，检测是否有漏气现象；

③测试完成之后将实验器具回收；

(3)测试的合格标准：无泄漏，无变形，无异响，压力稳定，满足实验要求，试验合格。

需要指出的是：本申请中PLC控制器、压力传感器、图像检测单元、液压缸、液压动力站、应变片、流量调节阀等元器件的选型均属于现有技术中常见的结构。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置，其特征在于：包括试验装置、固定装置和运动装置；其中，所述固定装置包括两个主体板(1)、一个固定板(2)、若干个立板筋(6)、一个卡盘(7)、若干个支撑板(8)、若干个三角筋(9)、一个轴承(10)和一个万向轴(11)；所述主体板为竖向截面为L型的板体，其包括水平部和竖直部；所述若干个立板筋均垂直固定设置在两个主体板之间；所述若干个三角筋固定设置在所述立板筋与主体板的连接处；所述卡盘固定设置在主体板的水平部上；所述固定板固定设置在卡盘上；所述支撑板固定设置在水平部的底部侧壁上；所述卡盘的底部设置有垂直于主体板竖向截面的纵向导轨；所述水平部上设置有于纵向导轨相适配的纵向滑槽，通过纵向导轨与纵向滑槽的相互配合使得所述导轨可滑动地设置在水平部上；所述试验装置包括柔性接头(3)；所述运动装置包括第一液压缸(4)、管卡(5)、第二液压缸(12)；所述第一液压缸垂直于所述竖直部的顶部且穿设在两个平行布设的立板筋之间；所述第一液压缸的活塞杆一端布设在液压缸的缸筒内，另一端伸出第一液压缸的缸筒且于所述万向轴连接；所述万向轴与管卡铰接连接；所述管卡内设置有所述轴承；所述柔性接头的底端固定设置在固定板上，顶端的轴部与所述轴承连接；所述第二液压缸的一端固定设置在水平部上，另一端与卡盘驱动连接用于驱动卡盘的纵向导轨在纵向滑槽内滑动；所述第一液压缸与第二液压缸垂直布设。

2.根据权利要求1所述的一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置，其特征在于：所述固定装置的固定板(2)与柔性接头(3)之间采用法兰连接，所述法兰上设置有用于测试柔性接头在油压或水压测试时检测器密封性能的试压孔。

3.根据权利要求2所述的一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置，其特征在于：所述试压孔处连接有填充有液压油或水的压力管，所述压力管上连接有第三液压缸；所述试验装置还包括自动控制系统；所述自动控制系统包括PLC控制器、液压动力站和检测组件，所述检测组件包括设置在第一液压缸内的第一压力传感器、设置在第二液压缸内的第二压力传感器、设置在试压孔内的第三压力传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器均与PLC控制器相连接，并将实时检测的压力信号发送至PLC控制器，所述PLC控制器分别与液压动力站、第二液压缸、第三液压缸控制连接；PLC控制器根据接收到的实时压力值与相应的预设压力阈值进行比较，根据比较的结果控制相应的液压缸工作状态；当实时检测的压力值高于预设压力阈值时，控制相应的液压缸适当减压至预设压力阈值；反之，则增加至压力阈值或者保持当前压力。

4.根据权利要求3所述的一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置，其特征在于：所述柔性接头内设置有氮气加气口，所述氮气加气口与氮气源通过连接管路连接；所述连接管路上设置有流量调节阀和第四压力传感器；所述自动控制系统还包括压力记录装置和布设在柔性接头内壁的应变片；所述第四压力传感器和应变片均与PLC控制器相连接，并将实时检测的连接管路的压力信号及柔性接头内壁应变信号发送至PLC控制器，PLC控制器将接收到的实时压力信号和应变信号经数据转换后与预设的相应阈值进行比较，根据比较的结果控制流量调节阀的工作状态；党连接管路上的氮气压力实时检测值和/或应变片检测的实时应变值高于相应预设阈值时，PLC控制器控制流量调节阀关闭或者调低氮气进气量。

5.根据权利要求4所述的一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置，其特征在于：用于钢悬链立管柔性接头的测试装置能够用于气体泄漏测试、轴向刚度测试、静态刚度测试、动态刚度测试、水压测试中任一种；所述PLC控制器为西门子S7-200系列控制器；所述第一液压缸和第三液压缸均为RO系列圆型油缸；所述第二液压缸为四拉杆H0系列油压缸。

6.根据权利要求5所述的一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置，其特征在于：所述自动控制系统还包括设置在主体板竖直部顶部用于检测柔性接头顶部轴部角度偏移的角度传感器，所述角度传感器与PLC控制器相连接，并将实时检测的角度信息发送至PLC控制器，PLC控制器将接收到的角度信息经数据转换后进行存储；所述自动控制系统还包括与PLC控制器相连接的图像检测单元，所述图像检测单元布设在柔性接头内，用于将实时检测的图像信息发送至PLC控制器，PLC控制器将接收到的实时图像经数据转换后进行存储。

7.一种根据权利要求6所述的一种用于钢悬链立管柔性接头的测试装置的使用方法，其特征在于，该使用方法包括如下步骤：

1)试验装置的安装

通过吊装工具将柔性接头通过螺丝固定放置在固定板上，固定板通过螺丝固定在卡盘上，第二液压缸与第一液压缸的运动成垂直分布，第一液压缸与管卡通过万向轴连接；卡盘与主体板通过纵向导轨连接；主体板与立板筋通过焊接连在一起；主体板与立板筋之间通过三角筋固定；第一液压缸固定穿设在立板筋上，第一液压缸连接抱紧柔性接头的管卡；第一液压缸通过拉伸柔性接头模拟，在海浪冲击下的柔性接头随海浪摆动的过程；将试验装置通过支撑板固定在地面；

所述柔性接头在气体泄漏测试、轴向刚度测试、静态刚度测试、动态刚度测试、水压测试前需要进行如下步骤：

①开启液压动力站，将液压管线连接至柔性接头试验装置的液压缸；

②通过液压动力站上的液压动力装置，设置液压缸循环次数，进行1、气体泄漏测试2、轴向刚度测试3、静态刚度测试4、动态刚度测试5、水压测试；

③测试完成之后将实验器具回收；

其中，所述柔性接头在气体泄漏测试、轴向刚度测试、静态刚度测试、动态刚度测试、水压测试时的测试步骤如下：

1、气体测漏测试：实验的目的是检查波纹管与金属环垫圈得密封性；在代表生产流体和环空流体之间压差的0.5-1.0bar压力下用氮气进行实验；

气体测漏测试内容如下：

(1)试验装置：试压管线、压力记录装置、阀门、电动试压泵、氮气；

(2)实验过程：

①将带有阀门的试压管线连接，将压力记录装置与柔性接头通过试压管线连接；将电动试压泵通过试压管线与柔性接头连接；

②通过电动试压泵将氮气通过试压管道注入柔性接头内部，直到压力为预定压力；关闭阀门，保压规定时长，检测是否有漏气现象；

③测试完成之后将实验器具回收；

(3)测试合格的标准为：无泄漏，无变形，无异响，压力稳定，满足实验要求，试验合格；

2、轴向刚度测试

其测试的目的是：在施加压缩载荷时测量柔性接头轴部的立管延伸部分的位移；

(1)试验装置：试压管线、压力记录装置、阀门、电动试压泵，距离传感器；

(2)实验过程：

①将带有阀门的试压管线连接，将压力记录装置与柔性接头通过试压管线连接；将电动试压泵通过试压管线与柔性接头连接；

②用距离传感器测量加压前柔性接头轴部的立管的位置；

③通过电动试压泵将水注入柔性接头内腔；将压力注到预定压力，柔性接头在受到压力的情况下，模拟柔性接头被连接水下的柔性接头轴部的立管拖拽的情况；关闭阀门，保压规定时长，检测是否有漏气现象；

④用距离传感器，测试并记录柔性接头轴部的立管在加压后位移的变化；

⑤测试完成之后将实验器具回收；

⑥将记录整理成数据制作曲线图或表格；

(3)测试合格的标准：无泄漏，无变形，无异响，压力稳定，满足实验要求，试验合格；

3、静刚度测试：

其测试的目的是：测量柔性接头在最大旋转角度运行条件下的静态旋转刚度；

(1)试验装置：角度传感器，距离传感器；

(2)实验过程：

①将角度传感器，距离传感器固定在柔性接头轴部的立管处；并记录位置信息；

②开启液压缸，进行推拉柔性接头轴部的立管；测量柔性接头轴部的立管的最大位移与最大角度；并记录；

③将记录整理成数据制作曲线图或表格；

(3)测试的合格标准为：无泄漏，无变形，无异响，压力稳定，满足实验要求，试验合格；

4、动态刚度测试

其测试的目的是：测量柔性接头在工作条件下的动态转动刚度；动态刚度是在平均角度为1度的情况下评估的，并且在围绕该平均角度的2度、1度、0.5度、0.25度动态角度下评估；

(1)试验装置：试压管线、压力记录装置、阀门、电动试压泵，距离传感器，角度传感器；

(2)实验过程：

①将带有阀门的试压管线连接，将压力记录装置与柔性接头通过试压管线连接；将电动试压泵通过试压管线与柔性接头连接；

②用距离传感器与角度传感器测量加压前柔性接头轴部的立管的位置；

③通过电动试压泵将水注入柔性接头内腔；将压力注到预定压力，柔性接头在受到压力的情况下，模拟柔性接头被连接水下的柔性接头轴部的立管拖拽的情况；关闭阀门，保压规定时长，检测是否有漏气现象；无泄漏继续试验；

④通过液压缸推拉柔性接头轴部的立管部分，令柔性接头轴部的立管进行左右摇摆，模拟海上柔性接头轴部的立管被海浪带动左右摇摆的情况；

⑤用距离传感器与角度传感器，测试并记录柔性接头轴部的立管在被液压缸推动后位移的变化；

⑥测试完成之后将实验器具回收；

⑦将记录整理成数据制作曲线图或表格，导入计算软件进行计算；测试结果是否达到预期要求；

(3)测试的合格标准是：无泄漏，无变形，无异响，满足实验要求，试验合格；

5、水压测试

其测试的目的是：检查柔性接头在高压下是否完全密封，不允许有压降或泄漏的迹象；

(1)试验装置：试压管线、压力记录装置、阀门、电动试压泵、水；

(2)实验过程：

①将带有阀门的试压管线连接，将压力记录装置与柔性接头通过试压管线连接；将电动试压泵通过试压管线与柔性接头连接；

②通过电动试压泵将水通过试压管道注入柔性接头内部，直到压力为预定压力；关闭阀门，保压规定时长，检测是否有漏气现象；

③测试完成之后将实验器具回收；

(3)测试的合格标准：无泄漏，无变形，无异响，压力稳定，满足实验要求，试验合格。

Images