CN116106136A - 一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢管弯曲疲劳试验技术领域，具体涉及一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机，包括推弯装置和左右两个管夹装置，所述管夹装置包括夹持组件、移动组件、转动组件和管夹座，所述夹持组件用于夹持试样管一端，所述移动组件能跟随所述夹持组件沿左右方向相对于所述管夹座移动，所述转动组件能够跟随所述夹持组件在水平方向上相对于所述管夹座前后转动，所述推弯装置在左右方向上位于两个所述管夹装置中间并用于沿前后方向推动试样管弯曲或伸直。试样管的两端具有左右移动和转动这两个自由度，两端不是被紧紧锁死的，模拟真实保护套管绕卷到管盘上的工况，提高试验结果的可靠性。

Description

一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机

技术领域

本发明涉及钢管弯曲疲劳试验技术领域，具体涉及一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机。

背景技术

海洋脐带缆(简称脐带缆)是深海油气资源开发生产系统中最重要的设备之一。其主要由电缆、光缆、铠装钢丝、护套、钢管和填充物组成，脐带缆作为水上设备和水下生产系统之间的唯一介质，起着传输电力、信号以及可能需要的化学介质的作用。脐带缆在海下使用，海水会对其进行腐蚀，而且海下环境不稳定，脐带缆也容易受到外力冲击。因此目前通常会选择在脐带缆外套设保护套管对脐带缆进行保护，提高其耐用性和稳定性，通常使用的是不锈钢管，但是为匹配脐带缆使用，保护套管的长度也很长，在生产时是难以直接一次性生产出长度很长的的保护套管，需要将多根管件焊接连成一整根保护套管，为节省存储、运输等成本，通常将保护套管绕卷在管盘上进行存储和运输；在实际使用中，将保护套管运送到深海油气资源开发生产系统现场后，工人将保护套管从管盘上取下并展开成直线状，根据实际脐带缆的实际长度需求，将多段保护套管进行现场焊接，连成长度符合脐带缆要求的的整一根，然后将脐带缆穿入进行使用；因此这类不锈钢管需要具有一定的挠度，能够在不发生破坏的情况下产生一定的弯曲变形，从而使其能够绕卷在管盘上，还能够从管盘上取下重新伸展成直线形进行使用，在保证不产生破坏的前提下进行绕卷和展开，保护套管弯曲曲率具有能够达到的临界上限，需要控制管盘的曲率小于该临界上限值，这样当保护套管在绕卷到管盘上时才能不发生破坏。所以就需要对生产出来的保护套管进行弯曲试验，来检验其在多次弯曲到额定曲率之后是否会发生破坏，额定曲率就是保护套管绕卷到管盘上时达到的曲率，是小于临界上限值的；绕卷在管盘上的保护套管是整一根的，由多根加工出来的小段保护套管焊接连成，所以在绕卷时薄弱环节处于焊接处，焊接处决定了整根保护套管的曲率上限，所以通常先确定一个额定曲率，然后对该焊接处进行多次弯曲到额定曲率发的弯曲疲劳试验，以检验其在该额定曲率下的弯曲疲劳强度是否满足使用需求，当然对保护套管的管体部位也可以进行弯曲疲劳试验；一般需要其能够满足在使用时的2-3次弯曲和伸展，在试验时只要其能够成功完成8-10次即满足使用需求。

现在已经有一些对脐带缆本身进行弯曲疲劳试验的设备，如公开号为CN206960241U的专利所公开的一种脐带缆拉伸弯曲力学复合试验装置，包括支撑框架、安装在支撑框 架上部的拉伸夹持系统、安装在支撑框架下部的弯曲夹持系统和用以收集处理来自拉伸夹 持系统与弯曲夹持系统的试验数据的控制器。该专利弯曲疲劳试验的工作原理是：脐带缆穿过推杆上的圆筒夹具固定在脐带缆夹具上，开启拉伸作动器，预紧脐 带缆，设置弯矩加载作动器的加载参数，点击试验机控制器启动按钮，实现弯曲疲劳试验。但是该专利难以用于对保护套管的弯曲试验，因为保护套管的弯曲试验需要模拟的是其在管盘上绕卷的弯曲状态，这个状态下保护套管一端已经连接在管盘上，可以认为这一端存在预紧，但另一端是自由端，只要引导这一端运动实现保护套管在官盘上的绕卷即可，这一端是不存在使保护套管自身存在拉伸的较大的预紧力的，但该专利是对两端都进行预紧，在使试验工件弯曲的同时还使其自身产生拉伸，这是不符合保护套管的实际工况的，若使用该设备对保护套管进行试验，则保护套管的焊缝处极易因过度拉伸而断裂，实际绕卷时不会出现这种情况；保护套管需要的被试验机模拟的实际工况主要是其弯曲疲劳强度，应当尽量减小其自身拉伸的产生，从而提高试验结构的可靠性。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机，包括推弯装置和左右两个管夹装置，所述管夹装置包括夹持组件、移动组件、转动组件和管夹座，所述夹持组件用于夹持试样管一端，所述移动组件能跟随所述夹持组件沿左右方向相对于所述管夹座移动，所述转动组件能够跟随所述夹持组件在水平方向上相对于所述管夹座前后转动，所述推弯装置在左右方向上位于两个所述管夹装置中间并用于沿前后方向推动试样管弯曲或伸直。

作为本发明的优选，所述移动组件包括滑轨和滑块，所述滑轨沿左右方向延伸并固定在所述转动组件上，所述滑块安装在所述滑轨上并能够沿所述滑轨移动，所述夹持组件固定在所述滑块上。

作为本发明的优选，所述转动组件包括转动座和固定在所述转动座下侧的转轴，所述转轴呈竖直状并转动安装在所述管夹座上，所述转轴能够相对于所述管夹座绕自身中心轴转动，所述转动座供所述滑轨固定设置。

作为本发明的优选，所述夹持组件包括固定在所述滑块上的底板以及前后两块固定在所述底板上的夹板，两块所述夹板之间形成有沿左右方向延伸的容纳槽。

作为本发明的优选，还包括长度调节装置，所述长度调节装置包括具有左右两个螺纹部的双向丝杠以及限位导轨，所述双向丝杠和所述限位导轨皆沿左右方向延伸，左右两个螺纹部的螺纹方向相反，左侧的所述管夹座与左侧的所述螺纹部螺纹配合并与所述限位导轨滑动配合，右侧的所述管夹座与右侧的所述螺纹部螺纹配合并与所述限位导轨滑动配合；所述双向丝杠转动能够带动左右两个所述管夹座沿左右方向相向或相背移动。

作为本发明的优选，所述推弯装置包括前后对称设置的两个推弯组件，所述推弯组件包括推动机构和推弯模板，至少一个所述推弯模板上设置有朝另一个所述推弯模板凸出的弧形成型面，所述弧形成型面的曲率与额定曲率一致，所述推动机构能够带动所述推弯模板沿前后方向移动。

作为本发明的优选，所述弧形成型面上设置有契合槽，所述契合槽用于与试样管的外壁配合贴靠。

作为本发明的优选，所述推动机构为伺服电缸。

作为本发明的优选，一个所述推弯模板上设置有所述弧形成型面，另一个所述推弯模板上设置有弯曲方向与所述弧形成型面一致的弧形顶压面，所述弧形顶压面上也设置有所述契合槽。

作为本发明的优选，还包括拉直驱动机构，所述拉直驱动机构与所述滑块相连并能够带动左右两个所述滑块相向和相背移动；所述夹持组件中的所述夹板能够相向移动并锁紧。

有益效果：

试样管弯曲的过程中，试样管两端部位受到拉力，由于移动组件和转动组件的存在，试样管两端被夹持的部位能够产生适应性的相向移动和转动，即试样管的两端具有左右移动和转动这两个自由度，两端不是被紧紧锁死的，模拟真实保护套管绕卷到管盘上的工况，在真实工况下保护套管不会受到很大的预紧力宾造成自身受到过度拉伸，所以这样能够提高试验结果的可靠性，也避免出现试样管因两端被锁死而导致自身被过度拉伸而在焊缝处断裂的情况，提高试验过程的安全与稳定。

附图说明

图1为所述试验机的前视图；

图2为管夹装置和长度调节装置的示意图；

图3为管夹装置的具体结构示意图；

图4为推弯装置的俯视图；

图5为一侧推弯模板作用于钢管的示意图；

图6为两侧推弯模板作用于钢管的示意图；

图7为契合槽的示意图。

具体实施方式

以下具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

本发明一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机，包括推弯装置和左右两个管夹装置2，所述管夹装置2包括夹持组件21、移动组件22、转动组件23和管夹座24，所述夹持组件21用于夹持试样管4一端，所述移动组件22能跟随所述夹持组件21沿左右方向相对于所述管夹座24移动，所述转动组件23能够跟随所述夹持组件21在水平方向上相对于所述管夹座24前后转动，所述推弯装置在左右方向上位于两个所述管夹装置2中间并用于沿前后方向推动试样管4弯曲或伸直。在使用时，将试样管4架设在左右两个管夹装置2上，左侧的夹持组件21夹持住试样管4的左端部分，右侧的夹持组件21夹持住试样管4的右端部分，试样管4自身也是沿左右方向延伸的，此时试样管4沿前后方向对准推弯装置上起作用部的位置就是待试验部位，通常是焊缝位置；然后启动推弯装置沿前后方向朝试样管4推动，试样管4中部被沿前后方向推动，而试样管4两端被管夹装置2夹持的部位在前后方向上是没有产生位移的，所以试样管4逐渐在推动力作用下弯曲，弯曲的顶点就是正对推弯装置上起作用部的部位，通常推弯装置对准两个管夹装置2的正中间，所以弯曲使得顶点是试样管4在两个管夹装置2正中间的部位，通常是焊缝位置；在上述试样管4弯曲的过程中，试样管4两端部位受到拉力，由于移动组件22和转动组件23的存在，试样管4两端被夹持的部位能够产生适应性的相向移动和转动，即试样管4的两端具有左右移动和转动这两个自由度，两端不是被紧紧锁死的，模拟真实保护套管绕卷到管盘上的工况，在真实工况下保护套管不会受到很大的预紧力宾造成自身受到过度拉伸，所以这样能够提高试验结果的可靠性，也避免出现试样管4因两端被锁死而导致自身被过度拉伸而在焊缝处断裂的情况，提高试验过程的安全与稳定。

所述试验机为试样管4两端提供的仅仅是左右方向移动和水平方向上前后转动这两个自由度，其整体直接沿前后方向是不能产生位移的，否则会影响推弯效果。本实施例中所述移动组件22包括滑轨222和滑块221，所述滑轨222沿左右方向延伸并固定在所述转动组件23上，所述滑块221安装在所述滑轨222上并能够沿所述滑轨222移动，所述夹持组件21固定在所述滑块221上；当试样管4中间部位在推弯装置的作用下沿前后方向发生弯曲，试样管4上位于中间部位两侧的管体会跟随中间部位发生歪斜，两端则被相向拉动而间距减小，既试样管4整体会呈一个中间弯曲拱起的人字形，因为试样管4上只有被试验的中间部位会弯曲到额定曲率，中间部位两侧的管体都还是直的，只是会发生歪斜；试样管4两端带动夹持组件21和滑块221一起沿着滑轨222移动，适应试样管4整体的弯曲拱起，避免试样管4自身受到剧烈的拉伸。

本实施例中所述转动组件23包括转动座231和固定在所述转动座231下侧的转轴232，所述转轴232呈竖直状并转动安装在所述管夹座24上，所述转轴232能够相对于所述管夹座24绕自身中心轴转动，所述转动座231供所述滑轨222固定设置；因为滑轨222是固定设置在转动座231上的，所以转动座231能够带动滑轨222一起转动，当试样管4发生弯曲，试样管4两侧的管体发生歪斜，即从初始的左右横向走向变为往弯曲方向的倾斜走向，就具有带动夹持组件21和滑块221一起在水平方向上往前或往后转动的趋势，而滑块221与固定设置在转动座231上的滑轨222是能够沿左右方向相对移动的滑动连接，所以当具有往前或往后转动的趋势时，是能够通过推动滑轨222来带动转动座231进行转动的，从而使得转动座231、滑块221和夹持组件21进行同步转动，以适应试样管4两侧管体的歪斜，避免出现卡死的情况，更加接近实际保护套管绕卷到管盘上的工况，提高试验数据的可靠性。当然，移动和转动这两个运动形式是同时发生的，所以试样管4被夹持的端部位置存在沿着介于左右方向和前后方向之间的倾斜方向的位移，所以是存在沿前后方向的位移的，在本实施例中认为这种程度的位移不是直接沿着前后方向产生明显的位移，认为试样管4端部在前后方向的直接运动是被限制的，只具有沿左右方向移动、在水平方向上前后转动这两个自由度以及这两种运动叠加后产生的附加运动形式。

本实施例中所述夹持组件21包括固定在所述滑块221上的底板212以及前后两块固定在所述底板212上的夹板211，两块所述夹板211之间形成有沿左右方向延伸的容纳槽，试样管4从上往下放入容纳槽中，两块夹板211在前后方向上充分限制试样管4，相互之间的间隙很小，认为夹板211是将试样管4前后箍住的，因为本实施例本身就需要试样管4两端能够产生沿着滑轨222的移动，所以夹持组件21不必对试样管4进行十分牢固的夹紧，只需要将试样管4限制住以维持其稳定即可，允许在试验过程中试样管4克服摩擦力并产生与夹板211之间的一定程度的相对移动。夹持组件21起到的主要作用是在前后方向上充分限制试样管4，当试样管4受到沿前后方向的作用力时，能够稳定支撑住试样管4两端，便于试样管4中部发生弯曲拱起，提高弯曲疲劳试验的可靠性。当然，若需要进一步提高夹持组件21对试样管4的稳定夹持，则可以将夹板211设置为能够前后移动并锁紧的机构，保证对试样管4两端的稳定夹持。

进一步改进，本实施例优选还包括长度调节装置3，所述长度调节装置3包括具有左右两个螺纹部的双向丝杠31以及限位导轨32，所述双向丝杠31和所述限位导轨32皆沿左右方向延伸，左右两个螺纹部的螺纹方向相反，左侧的所述管夹座24与左侧的所述螺纹部螺纹配合并与所述限位导轨32滑动配合，右侧的所述管夹座24与右侧的所述螺纹部螺纹配合并与所述限位导轨32滑动配合；所述双向丝杠31转动能够带动左右两个所述管夹座24沿左右方向相向或相背移动。转动组件23通过转轴232转动安装在管夹座24上，转轴232能够相对于管夹座24进行绕自身中心轴的转动，但转轴232在水平方向上是被管夹座24充分限制的，当管夹座24在水平方向上进行移动时，转轴232是跟随管夹座24同步移动的；所以当试样管4的长度不同时，可以通过转动双向丝杠31来调节左右两个管夹装置2的左右间距，以适应不同长度的试样管4，提高试验机的兼容性。

本实施例中所述推弯装置包括前后对称设置的两个推弯组件1，所述推弯组件1包括推动机构12和推弯模板11，至少一个所述推弯模板11上设置有朝另一个所述推弯模板11凸出的弧形成型面111，所述弧形成型面111的曲率与额定曲率一致，所述推动机构12能够带动所述推弯模板11沿前后方向移动。在进行试验时，启动具有弧形成型面111的推弯组件1沿前后方向朝试样管4中间部位移动，并推动试样管4中间部位弯曲变形，弧形成型面111的曲率与额定曲率一致，当试样管4中间部位弯曲至整体匹配贴合弧形成型面111，则试样管4中间部位达到试验曲率，推弯组件1停止往该方向的继续推动；然后另一侧的推弯组件1启动，朝相反方向推动试样管4回复到拉直状态，停止推动，这样试样管4就完成了一次弯曲和伸展试验；根据试验精度需求，可以多次进行上述过程以实现多次试验，若试样管4经过额定检测次数后仍然不发生破坏，则证明被试验部位合格。弧形成型面111是在沿上下方向的俯视视角下，其弧形轮廓的曲率为额定曲率。

进一步改进，本实施例优选所述弧形成型面111上设置有契合槽113，所述契合槽113用于与试样管4的外壁配合贴靠，契合槽113的的槽底在上下方向上的轮廓是与弧形成型面111的轮廓一致的，契合槽113的作用只是更好的限制住试样管4，因为在试验过程中试样管4自身应力集中，会发生不稳定情况，当弧形成型面111与试样管4抵靠住时，试样管4同时部分嵌入在契合槽113中，提高试验过程中试样管4的稳定性，提高试验数据的可靠性。进一步地，优选所述推动机构12为伺服电缸，因为本实施例中推弯装置需要推动试样管4达到额定曲率，所以对于推弯装置的运行精度要求高，而伺服电缸能够满足精度要求，从而提高试验数据的可靠性。

本实施例的试验机所针对的保护套管在实际使用时一般会经历一次绕卷在管盘上的过程，然后经历一次从管盘上取下并伸展开回复到直线形的过程，保护套管本身是不锈钢管，自身不会轻易发生扭转，所以保护套管弯曲的方向只有一个，当一整根保护套管开始在管盘上绕卷，则这一整根保护套管的弯曲方向就已经确定了；因此在对试样管4进行弯曲疲劳试验时，也只需要对一个方向进行试验，只要这一个方向的试验结果满足要求，就可以认为其合格。本实施例的推弯装置中至少一个推弯组件1的推弯模板11具有弧形成型面111，用于对试样管4进行推弯，在本实施例中只需要对试样管4进行一个方向的试验即可的情况下，有一个弧形成型面111就够了，另一个推弯组件1的推弯模板11主要用于将试样管4往反方向推动并回复到拉直状态，所以另一个推弯组件1的推弯模板11上可以不具有弧形成型面111。本实施例优选一个所述推弯模板11上设置有所述弧形成型面111，另一个所述推弯模板11上设置有弯曲方向与所述弧形成型面111一致的弧形顶压面112，所述弧形顶压面112上也设置有所述契合槽113，当弧形成型面111推动试样管4中间部位弯曲变形后，试样管4弯曲部位朝向弧形成型面111一侧受挤压而朝向弧形顶压面112一侧受拉伸，弧形成型面111与试样管4弯曲部位受挤压一侧匹配贴合，弧形顶压面112则与试样管4弯曲部位受拉伸一侧匹配贴合，进一步减小试样管4中间被试验部位的弯曲曲率与额定曲率之间的精度误差，进一步提高试验数据的可靠性；当然两个面都通过契合槽113进一步限制试样管4，进一步提高试样管4在试验过程中的稳定性。

当用于将试样管4推动到拉直状态的推弯组件1上的推弯模板11所具有的是弧形顶压面112，则在推动试样管4时两者之间的接触面积较小，将试样管4推直的效果一般，会影响下一次弯曲试验的数据可靠性。所以在具有弧形顶压面112的实施例中，优选还包括拉直驱动机构，所述拉直驱动机构与所述滑块221相连并能够带动左右两个所述滑块221相向和相背移动；所述夹持组件21中的所述夹板211能够相向移动并锁紧；夹持组件21将试样管4端部锁紧以避免两者之间产生相对位移，然后在需要将试样管4从弯曲状态拉直时，就同时启动具有弧形顶压面112的推弯组件1和拉直驱动机构，启动后具有弧形顶压面112的推弯组件1推动试样管4往反方向形变并回复到拉直状态，与此同时启动拉直驱动机构，拉直驱动机构带动两个滑块221相背离移动，辅助拉直试样管4，使试样管4获得更好的拉直效果，为试样管4下一次的弯曲疲劳试验做好准备，保证下一次试验数据的可靠性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机，其特征在于，包括推弯装置和左右两个管夹装置（2），所述管夹装置（2）包括夹持组件（21）、移动组件（22）、转动组件（23）和管夹座（24），所述夹持组件（21）用于夹持试样管一端，所述移动组件（22）能跟随所述夹持组件（21）沿左右方向相对于所述管夹座（24）移动，所述转动组件（23）能够跟随所述夹持组件（21）在水平方向上相对于所述管夹座（24）前后转动，所述推弯装置在左右方向上位于两个所述管夹装置（2）中间并用于沿前后方向推动试样管弯曲或伸直。

2.根据权利要求1所述的一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机，其特征在于，所述移动组件（22）包括滑轨（222）和滑块（221），所述滑轨（222）沿左右方向延伸并固定在所述转动组件（23）上，所述滑块（221）安装在所述滑轨（222）上并能够沿所述滑轨（222）移动，所述夹持组件（21）固定在所述滑块（221）上。

3.根据权利要求2所述的一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机，其特征在于，所述转动组件（23）包括转动座（231）和固定在所述转动座（231）下侧的转轴（232），所述转轴（232）呈竖直状并转动安装在所述管夹座（24）上，所述转轴（232）能够相对于所述管夹座（24）绕自身中心轴转动，所述转动座（231）供所述滑轨（222）固定设置。

4.根据权利要求1所述的一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机，其特征在于，所述夹持组件（21）包括固定在所述滑块（221）上的底板（212）以及前后两块固定在所述底板（212）上的夹板（211），两块所述夹板（211）之间形成有沿左右方向延伸的容纳槽。

5.根据权利要求3所述的一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机，其特征在于，还包括长度调节装置（3），所述长度调节装置（3）包括具有左右两个螺纹部的双向丝杠（31）以及限位导轨（32），所述双向丝杠（31）和所述限位导轨（32）皆沿左右方向延伸，左右两个螺纹部的螺纹方向相反，左侧的所述管夹座（24）与左侧的所述螺纹部螺纹配合并与所述限位导轨（32）滑动配合，右侧的所述管夹座（24）与右侧的所述螺纹部螺纹配合并与所述限位导轨（32）滑动配合；所述双向丝杠（31）转动能够带动左右两个所述管夹座（24）沿左右方向相向或相背移动。

6.根据权利要求1所述的一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机，其特征在于，所述推弯装置包括前后对称设置的两个推弯组件（1），所述推弯组件（1）包括推动机构（12）和推弯模板（11），至少一个所述推弯模板（11）上设置有朝另一个所述推弯模板（11）凸出的弧形成型面（111），所述弧形成型面（111）的曲率与额定曲率一致，所述推动机构（12）能够带动所述推弯模板（11）沿前后方向移动。

7.根据权利要求6所述的一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机，其特征在于，所述弧形成型面（111）上设置有契合槽（113），所述契合槽（113）用于与试样管的外壁配合贴靠。

8.根据权利要求6所述的一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机，其特征在于，所述推动机构（12）为伺服电缸。

9.根据权利要求7所述的一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机，其特征在于，一个所述推弯模板（11）上设置有所述弧形成型面（111），另一个所述推弯模板（11）上设置有弯曲方向与所述弧形成型面（111）一致的弧形顶压面（112），所述弧形顶压面（112）上也设置有所述契合槽（113）。

10.根据权利要求9所述的一种用于脐带缆用保护套管的弯曲疲劳试验机，其特征在于，还包括拉直驱动机构，所述拉直驱动机构与所述滑块（221）相连并能够带动左右两个所述滑块（221）相向和相背移动；所述夹持组件（21）中的所述夹板（211）能够相向移动并锁紧。

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