[发明专利]一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统

说明书

一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统，属于海底管道安全评价试验技术领域。试验系统包括模块化布置的试验舱系统、龙门吊机构、高压水系统及电控液压油源，试验舱系统和龙门吊机构通过定向滑道布置于基座上，高压水系统和电控液压油源布置于侧方；在桁架支撑和龙门吊机构的下方设有轴力加载舱、弯矩加载舱和扭矩加载舱。该系统可实现单一荷载或荷载组合的加载，可准确模拟深海油气管道安装和运营的荷载条件。可实现深海海洋环境下油气管道荷载条件及边界条件模拟，具备力控制和位移控制两种加载方式，能够实现单一荷载或荷载组合的循环加载，可开展在位深海油气管道疲劳破坏试验，验证疲劳极限承载力，揭示疲劳破坏机理。

技术领域

本发明涉及一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统，用于开展轴力、弯矩及扭矩联合作用下不同工作水深及内压环境下全尺寸油气管道失效模式及破坏机理研究，其属于海底管道安全评价试验技术领域。

背景技术

深海油气资源未来将在我国能源系统中占据重要地位，而深海油气管道作为深海油气资源开发的重要组成部分，发展安全可靠的储运技术将成为制约其开发利用的重要影响因素。

深海油气管道的主要特点为显著增加的设计壁厚和铺设长度，作为极限工作水深和超高内压作用下的超柔性体系，海床冲刷、强海流运动及由此产生的附加荷载（轴力、弯矩或扭矩）和管道变形等都将成为不同运营期深海油气管道安全的重大技术挑战。

因此，如何准确描述深海复杂海洋环境条件下油气管道工作环境及受力特性将成为得到其合理失效模式及可靠度判定指标的重要影响因素。目前，国内尚缺乏相关试验设备能够准确模拟深海油气管道所处工作环境及荷载条件，开展全尺寸管道承载力校核及安全评价。

发明内容

为弥补深海油气管道研究技术不足，本发明提供了一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统，基于该系统可精确模拟深海油气管道工作环境（比如工作水深、管道内压等）及荷载条件（比如由海床冲刷或海流运动所产生的附加荷载和变形等），开展全尺寸深海管道承载力校核、失效模式及破坏机理研究。

本发明采用的技术方案是：一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统，试验系统包括模块化布置的试验舱系统、龙门吊机构、高压水系统及电控液压油源,所述试验舱系统和龙门吊机构通过定向滑道布置于基座上，基座通过地脚螺栓固定于地基上；所述高压水系统和电控液压油源布置于试验舱系统的侧方；试验舱系统包含沿轴线方向布置的通过螺栓固定于基座上的三个桁架支撑和沿试验系统轴线方向布置的采用滑动支撑的两台龙门吊机构；在桁架支撑和龙门吊机构的下方设有分段功能化布置的轴力加载舱、弯矩加载舱和扭矩加载舱，所述高压水系统包含加压水箱和加压水泵；所述电控液压油源包含液压油源、加压油泵和电控柜。

所述轴力加载舱包括轴力加载舱封盖、布置于轴力加载舱左端的轴向液压作动器、布置于轴力加载舱内部的固定环、沿轴力加载舱内壁布置的固定环滑道、布置于轴力加载舱右端的轴力加载连接接口；轴力加载舱封盖通过一组第一紧固螺栓、第一密封垫圈紧固于轴力加载舱的左端口；轴向液压作动器通过一组第三紧固螺栓、第二密封垫圈固定于轴力加载舱封盖的外侧，轴向液压作动器传动轴贯穿轴力加载舱封盖并通过T型连接件和固定环与轴力加载连接接口相连，并在固定环与轴向液压作动器传动轴的连接位置布置第一压力传感器；固定环滑道通过第一螺栓固定于轴力加载舱封盖的内壁，并且在固定环滑道与试验舱内壁空隙填充隔振橡胶圈，轴力加载舱通过布置于底部的双向滑动支撑、定向滑道与基座相连。