[发明专利]一种新型的海洋柔性管道拉弯及压弯组合实验装置

说明书

本发明公开了一种新型的海洋柔性管道拉弯及压弯组合实验装置，其特征在于，包括底座以及沿直线排列在所述底座上的可调固定小车、移动小车和第一定滑轮；所述可调固定小车的下端通过齿形轨道与所述底座连接，所述齿形轨道的锯齿延伸方向垂直于所述直线，所述可调固定小车的下端具有与所述齿形轨道相匹配的齿面；所述移动小车的下端两侧分别设有多个轮，所述轮通过水平滑槽与所述底座滑动连接，所述水平滑槽的延伸方向与所述直线平行。本实验装置新颖实用，仅依靠液压缸为动力来源，即可实现多种实验方式。而且，两者相互独立能够有效的控制各自荷载的施加。同时，可以根据工程和设计要求实现加载顺序的任意变换。

技术领域

本发明涉及一种新型的能够对大型细长海洋柔性管道实现拉弯及压弯组合加载的力学性能实验装置。

背景技术

我国海洋油气资源储量丰富，且大多数分布于南海等深水海域。柔性管道等是深海油气开采中不可或缺的装备之一，其主要负责装备之间的油气输送。连接于海底井口与管汇之间管道称作为海底管道；连接于管汇与海上储存装置之间且呈现垂直形式的称作为立管。柔性管道结构通常由多层加强构件螺旋缠绕而成。海洋柔性管道在在位运行工况时，由于风浪流的作用以及平台在复杂海洋环境下的往复运动，连接于浮体的管道将受到拉弯组合荷载。由于柔性管道自身为复杂的螺旋缠绕结构，拉弯组合作用各层构件应力呈现高水平往复循环，进而产生疲劳损伤甚至磨损，最终发生疲劳破坏。因此，柔性管道的使用寿命是结构设计的关键性能参数。此外，由于管道结构复杂，理论与数值方法难以准确描述疲劳失效机理，需要借助实验模拟研究其失效机理与疲劳寿命估计。另一方面，存储运输和在位运行的柔性管道在触地点处由于偶然性环境荷载将承受明显的压弯组合荷载，严重时容易发生铠装屈曲失效，给修复工作带来了较大的困难。

综上所述，理论和数值方法往往难以准确描述该组合荷载下管道实际力学行为。因此，为了详细研究管道在拉弯和压弯荷载下的力学行为、结构响应以及失效机理，需要通过试验方法来对海洋柔性管道危险段进行组合荷载模拟实验。发现并总结管道失效规律，降低管道使用过程中破坏的概率保证整个管道使用寿命。柔性管道的组合荷载测试是对管道应用情况的重要考验，由于国内柔性管道的研发尚处于起步状态，组合荷载下的实验测试经验尚有不足，亟需一套针对性的实验装置对柔性管道进行测试和验证。研究管道的力学行为特征和失效机理，从而全面掌握动态立管/缆的试验关键技术。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种新型的海洋柔性管道拉弯及压弯组合实验装置。

根据实际工况，采用荷载等效的方法，对海洋柔性管道进行拉弯和压弯组合荷载模拟。因此试验设备需要包含拉伸、压缩设备和施加弯矩使其发生往复周期弯曲变形的设备。除此之外，实验过程需要配置测量设备，如应变片或传感器等以便提取管道变形过程相关参数指标(中间或直接物理量)。柔性管道组合加载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道样品进行选取，然后将待测试的管道固定于试验架上，根据实验要求在测试位置进行应变片布置，并将其连接于数据采集设备。确保上述操作无误后启动加载设备，同时实时采集相关数据。最后，对所得数据进行分析处理并形成完善的实验报告。

本发明采用的技术手段如下：

一种新型的海洋柔性管道拉弯及压弯组合实验装置，包括底座以及沿直线排列在所述底座上的可调固定小车、移动小车和第一定滑轮；

所述可调固定小车的下端通过齿形轨道与所述底座连接，所述齿形轨道的锯齿延伸方向垂直于所述直线，所述可调固定小车的下端具有与所述齿形轨道相匹配的齿面，所述可调固定小车上设有第二定滑轮、第一液压缸和两个互相平行的第一支撑板，两个所述第一支撑板的上端之间设有第一圆柱形弯曲装置，所述第一圆柱形弯曲装置靠近所述移动小车的一端具有第一连接法兰面，所述第一圆柱形弯曲装置的两侧侧壁通过第一转动轴与所述第一支撑板旋转连接，所述第一圆柱形弯曲装置设有第一通孔，所述第一通孔的轴线与所述第一圆柱形弯曲装置的轴线重合；