一种新型的海洋柔性管道拉弯及压弯组合实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种新型的海洋柔性管道拉弯及压弯组合实验装置
本技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。本技术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；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，所述水平滑槽内设有用于所述移动小车调整位置后固定的小车止滑块组，所述移动小车上设有两个互相平行的第二支撑板和滑道，所述滑道位于两个所述第二支撑板之间，所述滑道沿所述直线延伸，所述滑道上设有齿条，所述移动小车上还设有推动所述齿条沿所述滑道滑动的第二液压缸，两个所述第二支撑板的上端之间设有第二圆柱形弯曲装置，所述第二圆柱形弯曲装置上设有第二通孔，所述第二通孔的轴线与所述第二圆柱形弯曲装置的轴线重合，所述第二通孔内设有可沿所述第二通孔滑动的圆柱形连接装置，所述圆柱形连接装置的轴长大于所述第二通孔的孔深，所述圆柱形连接装置的两端分别设有第二连接法兰面，靠近所述可调固定小车一侧的所述第二连接法兰面的中部设有钢丝绳连接部，远离所述可调固定小车一侧的所述第二连接法兰面的中部设有沿所述圆柱形连接装置的轴线延伸至所述钢丝绳连接部的第三通孔，所述第二通孔的内壁设有多条沿平行于所述第二通孔轴线方向延伸的凹槽，所述圆柱形连接装置的外壁设有与所述凹槽相匹配的凸条，所述第二圆柱形弯曲装置的两侧侧壁通过第二转动轴与所述第二支撑板旋转连接，所述第二圆柱形弯曲装置的下侧侧壁固定有扇形齿轮，所述扇形齿轮的锯齿与所述齿条的锯齿啮合；所述第二定滑轮、两个互相平行的所述第一支撑板、两个互相平行的所述第二支撑板和所述第一定滑轮沿所述直线依次排列；所述第一圆柱形弯曲装置的轴线垂直于所述第一转动轴的轴线；所述第二圆柱形弯曲装置的轴线垂直于所述第二转动轴的轴线；所述第一圆柱形弯曲装置的轴线与所述第一转动轴的轴线的交点和所述第二圆柱形弯曲装置的轴线与所述第二转动轴的轴线的交点位于同一水平面内，即高度一致，使得柔性管道连接后，能处于水平；所述底座上还设有第三液压缸；所述一种新型的海洋柔性管道拉弯及压弯组合实验装置还包括第一可拉伸钢丝绳和第二可拉伸钢丝绳；工作状态下，所述第一连接法兰面和靠近所述可调固定小车一侧的所述第二连接法兰面分别与柔性管道的两端连接，柔性管道的管腔内设有多个沿柔性管道的轴线排列的支撑架，所述支撑架的中部设有中心孔，所述中心孔的轴线位于柔性管道的轴线上；所述第一可拉伸钢丝绳的一端与所述第一液压缸连接，所述第一可拉伸钢丝绳的另一端绕过所述第二定滑轮的下沿并从所述第二定滑轮远离所述可调固定小车的一侧绕出，并依次穿过所述第一通孔和所述中心孔与所述钢丝绳连接部连接，所述第一液压缸拉紧所述第一可拉伸钢丝绳从而带动所述圆柱形连接装置压缩柔性管道，上述过程，所述第二可拉伸钢丝绳处于松弛状态；所述第二可拉伸钢丝绳的一端与所述第三液压缸连接，所述第二可拉伸钢丝绳的另一端绕过所述第一定滑轮的下沿并从所述第一定滑轮远离所述移动小车的一侧绕出，并穿过所述第三通孔与所述钢丝绳连接部连接，所述第三液压缸拉紧所述第二可拉伸钢丝绳从而带动所述圆柱形连接装置拉伸柔性管道，上述过程，所述第一可拉伸钢丝绳处于松弛状态；所述第二液压缸通过所述齿条带动所述扇形齿轮转动，从而通过所述第二圆柱形弯曲装置对柔性管道施加弯矩，上述过程，所述第一可拉伸钢丝绳和所述第二可拉伸钢丝绳均处于松弛状态，此时，柔性管道两端竖直位移为零。所述第一通孔的孔径较小，允许所述第一可拉伸钢丝绳通过即可。所述小车止滑块组至少包括两个小车止滑块且分别位于所对应的所述移动小车的下端一侧上的多个轮的两侧。所述第二定滑轮、两个互相平行的所述第一支撑板、两个互相平行的所述第二支撑板和所述第一定滑轮沿所述直线依次排列，保证了所述第一可拉伸钢丝绳和所述第二可拉伸钢丝绳上的各个受力方向位于同一竖直平面内。为适应不同长度的柔性管道，所述可调固定小车通过所述齿形轨道实现位置调节；所述可调固定小车的下端齿面与所述齿形轨道之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；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，所述水平滑槽内设有用于所述移动小车调整位置后固定的小车止滑块组，所述移动小车上设有两个互相平行的第二支撑板和滑道，所述滑道位于两个所述第二支撑板之间，所述滑道沿所述直线延伸，所述滑道上设有齿条，所述移动小车上还设有推动所述齿条沿所述滑道滑动的第二液压缸，两个所述第二支撑板的上端之间设有第二圆柱形弯曲装置，所述第二圆柱形弯曲装置上设有第二通孔，所述第二通孔的轴线与所述第二圆柱形弯曲装置的轴线重合，所述第二通孔内设有可沿所述第二通孔滑动的圆柱形连接装置，所述圆柱形连接装置的轴长大于所述第二通孔的孔深，所述圆柱形连接装置的两端分别设有第二连接法兰面，靠近所述可调固定小车一侧的所述第二连接法兰面的中部设有钢丝绳连接部，远离所述可调固定小车一侧的所述第二连接法兰面的中部设有沿所述圆柱形连接装置的轴线延伸至所述钢丝绳连接部的第三通孔，所述第二通孔的内壁设有多条沿平行于所述第二通孔轴线方向延伸的凹槽，所述圆柱形连接装置的外壁设有与所述凹槽相匹配的凸条，所述第二圆柱形弯曲装置的两侧侧壁通过第二转动轴与所述第二支撑板旋转连接，所述第二圆柱形弯曲装置的下侧侧壁固定有扇形齿轮，所述扇形齿轮的锯齿与所述齿条的锯齿啮合；所述第二定滑轮、两个互相平行的所述第一支撑板、两个互相平行的所述第二支撑板和所述第一定滑轮沿所述直线依次排列；所述第一圆柱形弯曲装置的轴线垂直于所述第一转动轴的轴线；所述第二圆柱形弯曲装置的轴线垂直于所述第二转动轴的轴线；所述第一圆柱形弯曲装置的轴线与所述第一转动轴的轴线的交点和所述第二圆柱形弯曲装置的轴线与所述第二转动轴的轴线的交点位于同一水平面内；所述底座上还设有第三液压缸；所述一种新型的海洋柔性管道拉弯及压弯组合实验装置还包括第一可拉伸钢丝绳和第二可拉伸钢丝绳；工作状态下，所述第一连接法兰面和靠近所述可调固定小车一侧的所述第二连接法兰面分别与柔性管道的两端连接，柔性管道的管腔内设有多个沿柔性管道的轴线排列的支撑架，所述支撑架的中部设有中心孔，所述中心孔的轴线位于柔性管道的轴线上；所述第一可拉伸钢丝绳的一端与所述第一液压缸连接，所述第一可拉伸钢丝绳的另一端绕过所述第二定滑轮的下沿并从所述第二定滑轮远离所述可调固定小车的一侧绕出，并依次穿过所述第一通孔和所述中心孔与所述钢丝绳连接部连接，所述第一液压缸拉紧所述第一可拉伸钢丝绳从而带动所述圆柱形连接装置压缩柔性管道；所述第二可拉伸钢丝绳的一端与所述第三液压缸连接，所述第二可拉伸钢丝绳的另一端绕过所述第一定滑轮的下沿并从所述第一定滑轮远离所述移动小车的一侧绕出，并穿过所述第三通孔与所述钢丝绳连接部连接，所述第三液压缸拉紧所述第二可拉伸钢丝绳从而带动所述圆柱形连接装置拉伸柔性管道；所述第二液压缸通过所述齿条带动所述扇形齿轮转动，从而通过所述第二圆柱形弯曲装置对柔性管道施加弯矩。...

【技术特征摘要】
1.一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；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，所述水平滑槽内设有用于所述移动小车调整位置后固定的小车止滑块组，所述移动小车上设有两个互相平行的第二支撑板和滑道，所述滑道位于两个所述第二支撑板之间，所述滑道沿所述直线延伸，所述滑道上设有齿条，所述移动小车上还设有推动所述齿条沿所述滑道滑动的第二液压缸，两个所述第二支撑板的上端之间设有第二圆柱形弯曲装置，所述第二圆柱形弯曲装置上设有第二通孔，所述第二通孔的轴线与所述第二圆柱形弯曲装置的轴线重合，所述第二通孔内设有可沿所述第二通孔滑动的圆柱形连接装置，所述圆柱形连接装置的轴长大于所述第二通孔的孔深，所述圆柱形连接装置的两端分别设有第二连接法兰面，靠近所述可调固定小车一侧的所述第二连接法兰面的中部设有钢丝绳连接部，远离所述可调固定小车一侧的所述第二连接法兰面的中部设有沿所述圆柱形连接装置的轴线延伸至所述钢丝绳连接部的第三通孔，所述第二通孔的内壁设有多条沿平行于所述第二通孔轴线方向延伸的凹槽，所述圆柱形连接装置的外壁设有与所述凹槽相匹配的凸条，所述第二圆柱形弯曲装置的两侧侧壁通过第二转动轴与所述第二支撑板旋转连接，所述第二圆柱形弯曲装置的下侧侧壁固定有扇形齿轮，所述扇形齿轮的锯齿与所述齿条的锯齿啮合；所述第二定滑轮、两个互相平行的所述第一支撑板、两个互相平行的所述第二支撑板和所述第一定滑轮沿所述直线依...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦安壮，高博，曹长振，卢青针，杨志勋，陈金龙，岳前进，阎军，尹原超，吴尚华，张聪，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21