[发明专利]一种用于超重力离心机的动力贯入平板锚试验装置

说明书

本发明公开了一种用于超重力离心机的动力贯入平板锚试验装置。试验装置包含试验模型箱、磁感应定位系统、锚体释放装置、加载测量装置和动力贯入平板锚的五个部分；试验模型箱内有试验地基，试验模型箱在长边方向的顶部端口设有模型箱滑轨，模型箱滑轨上安装有锚体释放装置和加载测量装置；磁感应定位系统安装在动力贯入平板锚锚板和试验模型箱上。本发明解决了由于土体不可视性锚体运动信息难以获得的难题，能够准确有效地进行超重力离心机的动力贯入平板锚试验。

技术领域

本发明涉及了一种超重力离心机中的平板锚的试验装置和方法，尤其是涉及一种用于超重力离心机的动力贯入平板锚试验装置和方法。

背景技术

我国海域面积达300万平方千米，油气、风电、潮汐能等能源储量丰富。目前，近海石油产量已初具规模，“海洋强国战略”的提出，推动我国油气资源开采逐渐步入南海深水区，这对于海上采油平台的深水锚泊系统也提出了更高的要求。随着水深不断增加，海上采油平台由传统固定式平台向张力腿平台(TLP)、浮式生产储存卸货装置(FPSO)等新型结构物转化，基础形式也由大直径单桩向拖曳锚、法向承力锚等等发展。动力贯入平板锚是一种通过自由落体形式贯入安装的板锚，既具有板锚重量轻、材料省、可回收以及荷载效率(承载力/锚体重量)高的优点，又具有动力贯入锚安装成本低的优点，是未来深海锚泊系统优先选择的基础形式之一。

动力贯入平板锚是从鱼雷锚安装思想发展起来的基础形式，即锚体依靠自身重力贯入到海床土体中，对于动力贯入平板锚性能的预测和检测从以下三个方面进行评估:(1)动力贯入深度，(2)、拖曳过程中的嵌入轨迹和埋深，(3)在“keying”(调整板锚姿态以使锚泊线与锚板垂直)过程中贯入深度的损失，(4)板锚在其最终安装深度的承载能力。

在对以上四个关键科学问题进行试验探究时，如何获得动力贯入平板锚安装过程中的运动信息至关重要，例如贯入过程中锚体的冲击速度、贯入土体的深度、拖曳过程中的嵌入轨迹和埋深、“keying”和加载过程中锚体的轨迹和姿态变化等。然而由于土体的不可视性，在天然土体的试验中难以精确获得锚体在贯入过程中的运动信息。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种用于动力贯入平板锚的试验装置和方法，整套装置可用于模拟动力贯入平板锚安装、加载服役过程，特别能够用于测量动力贯入冲击速度、贯入深度，拖曳过程中的嵌入轨迹和埋深、锚体“keying”和加载过程中的运动和姿态信息。

本发明装置通过磁感应定位系统能够实时测量锚体的六自由度的全部运动信息，完全解决了由于土体不可视性造成的锚体运动信息在天然土体中难以精确测量的技术难点。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

所述的试验装置包含试验模型箱、磁感应定位系统、锚体释放装置、加载测量装置和动力贯入平板锚五个部分；试验模型箱内有试验土，试验模型箱在长边方向的顶部端口设有模型箱滑轨，模型箱滑轨上安装有锚体释放装置和加载测量装置；动力贯入平板锚和加载测量装置通过锚线相连接，磁感应定位系统安装在动力贯入平板锚和试验模型箱上。

所述的锚体释放装置包括导管、弹簧、导管支架和手指气缸；导管支架通过底座滑块可滑动地嵌装于模型箱滑轨上，导管上部和导管支架上部铰接，导管下部通过水平运动件和导管支架下部可水平滑动地铰接；导管下端开口，导管上端部侧壁开设有开口。手指气缸通过支架固定于导管支架上部，手指气缸气动夹爪位于导管开口处，闭合气动夹爪夹紧固定动力贯入平板锚。在动力贯入平板锚上端和导管内顶面之间可连接弹簧。

所述的加载测量装置包括加载架、变频电机、力传感器和滑轮；变频电机安装在加载架中，加载架通过支架滑块可滑动地嵌装于模型箱滑轨上，变频电机的输出轴和锚线的一端固接，锚线中间连接力传感器，变频电机下方的加载架中设有滑轮，锚线另一端绕经滑轮后进入锚体释放装置的导管内并和动力贯入平板锚锚眼连接。