[实用新型]一种海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测试装置，具体地说是一种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 线卷盘过渡下水桥导致转角约束，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。

目前实验室内通过拉手拉葫芦的方式进行扭矩的加载，实验装置如图1所 示。实验时需用抽拽手拉葫芦1`的一端，然后通过传动力臂装置将扭矩施加到 管缆的一端。该扭矩加载方式存在诸多缺点：1、对于扭转刚度较小的管缆结构， 采用手拉葫芦1`相对方便；若其扭转刚度偏大或者要求测试管缆能够承受的最 大扭转角时，则需借助更长的传动力臂才能实现较大的弯矩，显然不利于实验 室内有限空间的实施。2、同时，在加载过程中随着转角的不断增大，手拉葫芦 1`施加力的方向将不断沿着绳索方向的改变而改变，因而其力矩大小变化不均匀 将影响测试结果稳定性。3、依靠手拉葫芦1`的加载方式，人工只能间歇式的施 力，因而不能很好的控制加载速度。同时，由于手拉葫芦1`的结构特点，每次 施力后将会产生一定的回弹，其对后期数据处理带来了较大的不便。

实用新型内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置。 本实用新型采用的技术手段如下：

一种海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置，其特征在于：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，

所述固定端支架包括固定板Ⅰ，所述固定板Ⅰ上设有固定法兰Ⅰ，