[发明专利]一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置

说明书

本发明公开了一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置，包括沿直线依次排列的固定端支架、两个固定支架和多级齿轮，所述多级齿轮通过齿条Ⅰ与支撑台连接，所述支撑台上设有作动器，所述支撑台上还设有齿条支架Ⅰ和齿条支架Ⅱ，所述齿条支架Ⅰ包括齿条固定板Ⅰ，所述齿条支架Ⅱ包括齿条固定板Ⅱ，所述齿条固定板Ⅰ与所述齿条固定板Ⅱ之间设有与所述导轨Ⅰ平行的导轨Ⅱ，所述导轨Ⅱ上设有将所述多级齿轮压在所述齿条Ⅰ上的齿条Ⅱ，所述固定支架的下端设有垂直于所述导轨Ⅰ的导轨Ⅲ。本发明通过作动器驱动齿条来完成齿轮的旋转，更加方便、省力、精确，扭矩加载更加灵活，并且可用于多种管缆的扭转测试。

技术领域

本发明涉及一种测试装置，具体地说是一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置。

背景技术

海洋工程柔顺性管缆广泛地应用于海洋油气开采中。典型的管缆有：1、为海底开发装置提供动力电能的海缆；2、连接于水上平台与海底管汇之间起到控制功能的脐带缆；3、用于将开采出来的油气输送到储存装备的柔性管道。这些柔顺性管缆是海洋油气资源开发关键装备的重要组成部分，是保障油气田正常运行的“生命线”。其在存储运输、安装铺设和在位运行等工况时，由于受到工作荷载、浮体运动和复杂海洋环境等因素影响，容易造成拉伸、弯曲和扭转等多种力学行为失效。特别地，在实际安装铺设柔顺性管缆的过程中，由于管缆线牵引卷盘过渡下水桥将导致转角约束，其容易引起管缆截面扭转叠加直至破坏。因此，海洋工程管缆截面扭转力学性能是重要的设计参数之一，相关表征参数有：正向扭转刚度，反向扭转刚度和最大扭转角。为了验证管缆产品扭转性能参数是否达到设计要求，从而降低使用过程中发生扭转破坏的概率；管缆服役前在实验室内需要对其扭转刚度及其最大扭转角进行测试认证。测量结果将作为重要的力学性能指标。

海洋工程柔顺性管缆由功能构件和力学性能加强构件组成，为典型的多层螺旋缠绕结构，通常口径100mm-500mm不等；一般柔性管道口径要大于海缆或脐带缆，而且由于其还有若干金属层抵抗内外压和拉伸荷载，因此其扭转刚度较大。海缆和脐带缆扭转刚度大致范围为10-100KNm²，而柔性管道扭转刚度通常范围为1000-3000KNm²。目前实验室现有的扭转试验机多为对材料试件的扭转测试，同时，根据调研发现市场上现有的施加扭矩装置，不论是电力还是液压驱动，其输出扭矩虽然能够满足海缆或脐带缆要求，但是难以实现柔性管道的有效扭转。特别地，当需要测试最大扭转角度时，随着转角的增大，螺旋缠绕式的管缆将发生握紧效应，为克服其阻力需要施加的扭矩也逐渐增大直到管缆发生扭转破坏。因此，多数管缆生产厂家或研究机构采用自制的实验装置来进行扭转测试。

根据相关规范要求，海洋工程管缆扭转刚度及最大扭转角测试设备装置主要包括以下几部分：测试对象、测试支撑装置、测量设备、加载设备、油源设备。测试对象一般为所需要测试的管缆结构，如柔性立管、脐带缆或海缆等。测试支撑装置一般指试验架，主要用来支撑或固定测试对象。测量设备主要指为提取管缆扭转性能指标(中间或直接物理量)所需要的监测仪器如应变片、转角传感器和扭矩传感器等。加载设备一般指可以施加扭矩的装置及其他辅助构件。如果加载方式通过作动器实现，那么需要油源设备，其为加载设备提供液压动力。相关的设备包括液压缸，泵，液压管道以及冷却塔等。管缆扭转测试实验流程通常按如下步骤：取样、固定、布片、加载、测量和后处理模式展开。实验开始前要制定相应测试方案并对管缆样品进行选取，然后将待测试的管缆固定于试验架上，根据实验要求在测试位置进行应变片或传感器布置，并将其连接于数据采集设备。确保上述操作无误后启动油源装置驱动加载设备，同时实时采集相应数据。最后，对所得数据进行分析处理并形成完善的实验报告。