一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置，包括：主箱体，内部安装有使实验管线产生径向旋转的径向实验座，滑轨组，加载载荷装置；高压舱体，与主箱体密封连通，内部放置有上部开口的海床土体箱，在壳体上安装有进水阀、排水阀、排气阀；实验管件，一端与径向实验座连接，另一端与海床土体箱连接；应力应变采集仪，包括力传感器，应变传感器和速度传感器。本发明专利技术可模拟钢悬链线立管触地段在深水高压环境下的疲劳损伤，可进行多自由度循环载荷和位移的加载，可调节实验管道初始挠度，用于分析多种铺管方法的工况下钢悬链线立管的疲劳损伤。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置
本专利技术涉及石油工程领域，特别是涉及一种通过多自由度循环载荷和位移的加载，模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置。
技术介绍
海洋立管用来连接水上浮式平台(如FPSO、SPAR等)和水下生产设施，是油气开发系统中重要的组成部分，近年来，相对于传统的顶张力立管和柔性立管，钢悬链线立管以其经济性及对上部平台运动更好的适应性而越来越多地应用于深水立管的设计中。钢悬链线立管比柔性立管更加适用，但是在悬挂区和触地区面临着更多的疲劳问题。钢悬链线立管的顶部以及触地点的疲劳寿命为钢悬链线立管设计的关键因素。立管顶部的疲劳损伤引起的原因主要是波浪，而触地点处的疲劳损伤则通常是受到上部浮体运动影响以及管道与海床土体相互作用导致的。因此，需开展深水钢悬链立管触地点管土相互作用机制的研究，同时对触地点处的疲劳损伤进行分析及安全评估。现有技术中也有研究该问题的方案，如公开号CN105004500A的方案，名称为一种考虑管土作用的钢悬链线立管整体分析试验装置，其虽然提出了一种深水立管疲劳试验装置，但其立管疲劳实验装置只能模拟J型铺管方法，立管顶部角度固定，无法模拟多种铺管方法铺设的钢悬链线立管受管土耦合作用产生的疲劳损伤；实验过程中立管受到的载荷方向单一，只能测得一个方向上立管疲劳损伤的数据；同时因为需要提供初始弯矩和轴力使立管模型弯曲到指定挠度，立管安装过程复杂。因此，为了解决上述困难，需要研发一种可对钢悬链线立管施加多自由度载荷以及可以模拟多种铺管方式铺设的钢悬链线立管触地段的实验装置。
技术实现思路
本文专利技术的目的是提供涉及一种通过多自由度循环载荷和位移的加载，模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置。具体地，本专利技术提供一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置，包括：主箱体，为密封的矩形箱，内部安装有使实验管线产生径向旋转的径向实验座，和安装径向实验座并使其实现上下、左右、前后六个方向移动的滑轨组，以及安装在外部为径向实验座提供动力的加载载荷装置，在主箱体的底部安装有使主箱体移动的滚轮；高压舱体，为圆柱体，其通过长端一侧与主箱体密封连通，内部放置有上部开口的海床土体箱，海床土体箱的底部安装有滚轮，在壳体上安装有进水阀、排水阀、排气阀；实验管件，两端分别固定有活动法兰，一端通过活动法兰与径向实验座连接，另一端与海床土体箱内部远离主箱体一侧的固定法兰连接，且实验管件的管身位于海床土体箱内；应力应变采集仪，包括收集加载载荷装置力矩的力传感器，和收集实验管件管身应变能力的应变传感器，收集实验管件移动效果的速度传感器。本专利技术可模拟钢悬链线立管触地段在深水高压环境下的疲劳损伤，可进行多自由度循环载荷和位移的加载，可研究多种工况下高压环境下钢悬链线立管和海床的相互作用对疲劳损伤的影响，可调节实验管道初始挠度，用于分析多种铺管方法的工况下钢悬链线立管的疲劳损伤。并解决了现有立管疲劳试验装置安装不便、立管顶部连接角度单一和载荷作用方向单一的问题。附图说明图1是本专利技术一个实施方式的实验装置结构示意图；图2是本专利技术一个实施方式的实验装置外部形状示意图；图3是本专利技术一个实施方式的滑轨组结构示意图；图4是本专利技术一个实施方式的实验管件示意图。具体实施方式以下通过具体实施例和附图对本方案的具体结构和实施过程进行详细说明。如图1、2所示，在本专利技术的一个实施方式中，公开一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置，包括主箱体1、高压舱体2、实验管件3和应力应变采集仪。主箱体1为密封的矩形箱，内部安装有使实验管线3实现径向旋转的径向实验座11，和安装径向实验座11并使其实现上下、左右、前后六个方向移动的滑轨组12，以及安装在外部为径向实验座11提供动力的加载载荷装置13，在主箱体1的底部安装有使主箱体1移动的滚轮14。如图3所示，滑轨组12包括分别固定在立体箱1上内表面和下内表面的两道平行的前后滑轨121，两端分别通过滑块1221与同一表面的两道前后滑轨121连接的左右滑轨122，两端通过滑块1231分别与两根左右滑轨122连接的上下滑轨123，在上下滑轨123上滑动安装有与加载载荷装置13连接的载荷座15。加载载荷装置13可以为载荷座15提供轴向推力和拉力，进而使径向实验座11实现六个方向上的移动。径向实验座11的底端与载荷座14轴连接，上端通过轴连接的推力杆16与载荷座15连接，径向实验座11在推力杆16(液压杆或千斤顶)的推力作用下以下端的轴连接点为旋转点实现径向转动。高压舱体2为圆柱体，横向摆放，其通过长端一侧与主箱体1密封连通，具体的连通方式是：在主箱体1的底部开有通孔，高压舱体2的一端为开口端，高压舱体2通过开口端利用螺栓21密封连接在主箱体1的通孔处；在高压舱体2的内部放置有上部开口的海床土体箱22，海床土体箱22的底部安装有滚轮221，其海床土体床22可在高压舱体2内移动。在高压舱体的壳体底部安装有多个进水阀23和排水阀24，在顶部安装有排气阀25，每个排水阀24分别与高压舱体2内的海床土体箱22连通。高压舱体2的底部设置支腿26，支腿26的高度使高压舱体2与主箱体1连接后的高压舱体2与主箱体1底部保持水平。在高压舱体2的上部还设置有与内部相通的密封舱盖27，密封舱盖27用于对高压舱体2内进行维护。高压舱体2远离主箱体1的一端为敞口端，其通过密封端盖28将该端封闭。海床土体箱21内安装的固定法兰29通过法兰延长杆291穿出密封端盖28且伸出端被密封固定。如图4所示，实验管件3的两端分别固定有活动法兰31，一端穿过主箱体1上的通孔后通过活动法兰31与径向实验座11连接，另一端与海床土体箱22内部远离主箱体1一侧的固定法兰29连接，且实验管件3的管身位于海床土体箱21内。应力应变采集仪(图中未示出)用于采集实验管件3在实验过程中的变化数据，其包括收集加载载荷装置13力矩的力传感器41，和收集实验管件3管身应变能力的应变传感器42，及收集实验管件3移动效果的速度传感器。在实验时，实验管件3的两端分别焊接在活动法兰31上，然后再将两端的活动法兰31用螺栓分别与径向实验座11和固定法兰29连接；此时通过控制推力杆16即可实现该端实验管件3的端部作径向转动，滑轨组12能够保证实验管件3沿左右、上下、前后六个自由度移动，并限制实验管件3端部在其它方向上的旋转。加载载荷装置13通过事先设置在载荷座15上的连接孔151与载荷座15相连，以为载荷座15提供轴向拉力和推力。实验管件3在安装时是不受力的，为初始状态，通过推力杆和实验管件3另一端的活动法兰31可将实验管件转动至试验所需位置和角度。将主箱体1和海床土体箱22同时移动，主箱体1依靠底部的滚轮14移动，海床土体箱22在高压舱体2内通过底部的滚轮221移动。在进行试验前，需要通过排水阀24排水，使海床土体箱22中的模拟土体进行固结。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置，其特征在于，包括：/n主箱体，为密封的矩形箱，内部安装有使实验管线产生径向旋转的径向实验座，和安装径向实验座并使其实现上下、左右、前后六个方向移动的滑轨组，以及安装在外部为径向实验座提供动力的加载载荷装置，在主箱体的底部安装有使主箱体移动的滚轮；/n高压舱体，为圆柱体，其通过长端一侧与主箱体密封连通，内部放置有上部开口的海床土体箱，海床土体箱的底部安装有滚轮，在壳体上安装有进水阀、排水阀、排气阀；/n实验管件，两端分别固定有活动法兰，一端通过活动法兰与径向实验座连接，另一端与海床土体箱内部远离主箱体一侧的固定法兰连接，且实验管件的管身位于海床土体箱内；/n应力应变采集仪，包括收集加载载荷装置力矩的力传感器，和收集实验管件管身应变能力的应变传感器，收集实验管件移动效果的速度传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤实验装置，其特征在于，包括：
主箱体，为密封的矩形箱，内部安装有使实验管线产生径向旋转的径向实验座，和安装径向实验座并使其实现上下、左右、前后六个方向移动的滑轨组，以及安装在外部为径向实验座提供动力的加载载荷装置，在主箱体的底部安装有使主箱体移动的滚轮；
高压舱体，为圆柱体，其通过长端一侧与主箱体密封连通，内部放置有上部开口的海床土体箱，海床土体箱的底部安装有滚轮，在壳体上安装有进水阀、排水阀、排气阀；
实验管件，两端分别固定有活动法兰，一端通过活动法兰与径向实验座连接，另一端与海床土体箱内部远离主箱体一侧的固定法兰连接，且实验管件的管身位于海床土体箱内；
应力应变采集仪，包括收集加载载荷装置力矩的力传感器，和收集实验管件管身应变能力的应变传感器，收集实验管件移动效果的速度传感器。


2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，
所述滑轨组包括分别固定在所述立体箱上内表面和下内表面的两道平行的前后滑轨，两端分别通过滑块与同一表面的两道前后滑轨连接的左右滑轨，两端通过滑块分别与两根左右滑轨连接的上下滑轨，在上下滑轨上滑动安装有与所述加载载荷装置连接的载荷座。


3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，
所述径向实验座的底端与所述载荷座轴连接，上端通过轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：余杨，许伟澎，余建星，颜铠阳，张春迎，徐盛博，王华昆，韩梦雪，胡少谦，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12