本发明专利技术公开了一种模拟深海高压环境柔顺性管缆力学性能的易操作式测试装置，包括：深水压力罐、安装架和柔顺性管缆力学性能测试装置，所述的测试装置固定连接在安装架上，安装架固定连接在深水压力罐内；深水压力罐盖采用手轮与行星轮系机构相连接，行星轮系机构与连杆滑块机构相连接，滑块与罐体楔紧密封，该装置可以实现罐盖的快速拆装，所述的测试装置采用两个液压马达连接相应的应力传感器单独对待测柔顺性管缆施加拉神、压缩或者扭转应力，可以实现对海洋柔顺性管缆的单独拉伸、扭转等试验，还可以进行多种试验工况的组合试验，例如拉扭试验、压扭试验及拉压疲劳试验，该装置的夹持装置可以进行半径调整，可对多种管径不一样的柔顺性管缆进行试验。
【技术实现步骤摘要】
深海环境下柔顺性管缆的易操作式力学性能测试装置
本专利技术涉及柔顺性管缆试件实现拉伸、压缩、扭转以及组合行为的结构体变形测试
，尤其涉及一种模拟深海高压环境柔顺性管缆力学性能的易操作式测试装置
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。而海缆、脐带缆以及柔性管道等是深海油气开采中不可或缺的装备之一，这类装备可统称为海洋柔顺性管缆。海缆主要用来为水下设备传输电能；脐带缆主要用作远程控制装备；柔性管缆道主要负责装备之间的油气输送。海洋柔顺性管缆在安装或者转运工况时，通常会受到拉伸和扭转组合荷载。当在位运行时，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，触地点处的柔顺性管缆将呈现反复拉伸、压缩和扭转行为，以及组合力学行为。可见，拉伸、压缩和扭转以及组合行为是海洋柔顺性管缆承受的典型荷载。同时，上述结构力学行为通常发生在深水环境下，因此结构力学行为更加复杂。当上述荷载超过柔顺性管缆结构的极限强度时，将发生强度失效破坏。柔顺性管缆的强度极限值是各大生产厂家和设计机构最关心的力学性能参数之一，因此，柔顺性管缆强度问题的研究是柔顺性管缆设计流程中不可忽视的重要环节。针对上述问题，理论和数值方法往往难以准确描述深水环境下拉伸、压缩和扭转以及组合荷载下柔顺性管缆的实际力学行为。因此，为了详细研究柔顺性管缆的上述力学行为，以及失效后的结构响应，需要通过实验的方法来对海洋柔顺性管缆危险段进行单独荷载或者组合荷载模拟实验。进而通过实验结果来优化结构的设计，降低柔顺性管缆使用过程中破坏的概率保证整个柔顺性管缆使用寿命。由于国内柔顺性管缆的研究尚处于起步状态，特别是模拟深水环境下结构在拉伸、压缩和扭转以及组合力学行为的实验经验，亟需一套完备的实验装置对柔顺性管缆进行测试和验证。本专利技术采用了深水压力罐模拟深海环境，采用液压装置对待测柔顺性管缆施加载荷，实现拉伸、压缩和扭转以及组合力学变形，进而开展力学性能测试。其中，模拟深海高压环境的试验容器显得尤为重要。目前工业中通用的压力容器多用于储存气体或液化气体。进出料一般都通过开孔和接管来完成，无需开合平盖，压力容器的密封状态能得到很好的保持。而模拟深海环境的结构试验测试在更换容器内的试件时不可避免的需要打开平盖，容器的密封状态由此破坏。而且，目前工业上使用的压力容器密封盖多为由多个螺栓预紧密封垫片实现密封，而且预紧力通常较大。此外，频繁的开合平盖，需要耗费大量的时间和人力，并且对压力容器的密封性是很大的挑战。
技术实现思路
根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种深海环境下柔顺性管缆的易操作式力学性能测试装置，具体方案包括：深水压力罐、安装架和柔顺性管缆力学性能测试装置，所述测试装置通过安装架安装在深水压力罐内。所述深水压力罐由罐体、圆形密封圈、密封板、楔形密封圈和罐盖组成，罐盖以底盖为基体，底盖与4个支撑柱滑动连接，支撑柱与内齿轮固定连接，内齿轮与3个外齿轮啮合连接，3个外齿轮分别与3支撑轴固定连接，支撑轴与底盖滑动连接，3个外齿轮与中心外齿轮啮合链接，中心外齿轮与手轮相连接，内齿轮与连杆铰接，连杆与滑块铰接，滑块置于底盖的滑槽内，工作状态时：人手转动手轮，带动外齿轮、3个外齿轮、中心内齿轮进行转动，进而带动连杆运动和滑块的滑动，从而实现罐体和罐盖的楔紧，进而压紧密封圈进行密封。当罐内水压增大时，楔形密封环就起到了自密封的作用，深水压力罐的密封性能更加良好。行星轮系自已作为减速增力机构是因为行星轮系的传动比可以很小，理论上行星轮系瞬时功率应相等，即：M输入ω输入＝M输出ω输出，ω输入/ω输出很小，所以M输入/M输出很大，即可以输出较大扭矩。由于采用了行星轮系增力机构用滑块进行楔紧，从而避免传统的螺栓连接预紧，罐盖的拆装更加方便快捷。所述的安装架由支撑架、测试安装板、光源摄像头和相机防护罩组成，测试安装板和支撑架滑动安装，相机防护罩安装在支撑架上部，光源摄像头安装在相机防护罩内。相机光源图像系统可以实时动态观测深水压力罐内的情况，可以保留影像数据，可以进行动态实时的测量变形情况，及时预警。所述的测试装置上固定连接有第一液压马达，第一液压马达与滚珠丝杠相连接，滚珠丝杠与丝杠螺母连接，丝杠螺母与第二液压马达安装座固定连接，第二液压马达安装座与测试支撑板固定连接，第二液压马达安装座与第二液压马达固定连接，第二液压马达与扭矩传感器相连接，扭转传感器与旋转连接轴相连接，旋转连接轴与测试支撑板滑动连接并与第一待测柔顺性管缆夹持装置相连接，第一液压马达安装在第一液压马达安装座上，第一液压马达安装座与底板固定连接，底板与支撑板连接，支撑板与压力传感器连接，压力传感器与第二待测柔顺性管缆夹持装置固定连接。待测柔顺性管缆测试拉伸和压缩力学性能时：第一液压马达旋转带动丝杠转动带动丝杠螺母前后移动，进而带动第一待测柔顺性管缆夹持装置前后移动，对被测柔顺性管缆施加拉伸或者压缩载荷，压力传感器对测试过程中柔顺性管缆受力情况进行实时反馈；待测柔顺性管缆测试扭转力学性能时：第二液压马达转动带动第一待测柔顺性管缆夹持装置进行旋转，对被测柔顺性管缆施加扭转载荷，扭矩传感器对测试过程中柔顺性管缆受力情况进行实时反馈。进一步的，所述的一种深海环境下柔顺性管缆的易操作式力学性能测试装置，其特征还在于：所述夹持装置包括固定柔顺性管缆的弧型块、弧型块固定块、导向轴，导向轴安装块、锁紧螺栓，将待测试柔顺性管缆安装到两弧型块中间，测试管道端部法兰与弧型块上表面接触，用螺栓把待测柔顺性管缆法兰与弧型块连接，拧紧锁紧螺栓夹紧待测试柔顺性管缆。此外，模拟深海环境下的力学性能测试系统，由于采用了液压系统，需要进行对液压泵进行压力补偿，可以使用常见的橡胶膜片式压力补偿器。相机的水压防护采用高强度防护罩。深水压力罐体及内部支撑架等结构件的防锈处理，可以采用水性无机富锌涂料。水性无机富锌涂料是海洋环境防腐蚀领域中防锈性能最优异的一类涂料，它以无机物为主要成膜物，以高含量的锌粉为主要的防锈涂料。由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的一种深海环境下柔顺性管缆的易操作式力学性能测试装置，该装置的深水压力罐盖可以进行快速拆装，节省人力和时间，增强了深水压力罐的密封性能。另外该装置可以实现对海洋柔顺性管缆的单独拉伸、压缩和扭转试验，还可以进行几种试验工况的组合试验，例如拉扭试验和压扭试验，该装置的夹持装置可以进行半径调整，可对多种管径不一样的柔顺性管缆进行试验。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术装置的整体结构示意图；图2为本专利技术罐体的结构示意图；图3为本专利技术罐盖的结构示意图；图4为本专利技术罐盖的内部上侧结构示意图；图5为本专利技术罐盖的内部下侧结构示意图；图6为本专利技术安装架的结构示本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种深海环境下柔顺性管缆的易操作式力学性能测试装置，其特征在于包括：深水压力罐(1)、安装架(2)和测试装置(3)，所述测试装置(3)通过安装架(2)安装在深水压力罐(1)内，所述深水压力罐(1)用于模拟深海高压液体环境，所述测试装置(3)用于测试待测试柔顺性管缆的拉伸、压缩和扭转以及组合力学性能并输出应力应变曲线。/n
【技术特征摘要】
1.一种深海环境下柔顺性管缆的易操作式力学性能测试装置，其特征在于包括：深水压力罐(1)、安装架(2)和测试装置(3)，所述测试装置(3)通过安装架(2)安装在深水压力罐(1)内，所述深水压力罐(1)用于模拟深海高压液体环境，所述测试装置(3)用于测试待测试柔顺性管缆的拉伸、压缩和扭转以及组合力学性能并输出应力应变曲线。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述深水压力罐(1)包括罐体(4)、圆形密封圈(5)、密封板(6)、楔形密封圈(7)和罐盖(8)，所述罐盖(8)固定连接在底盖(9)上，所述底盖(9)与多个支撑柱(10)滑动连接，所述支撑柱(10)与内齿轮(11)固定连接，所述内齿轮(11)与多个外齿轮(12)啮合连接，其中外齿轮(12)分别与多个支撑轴(13)平键连接，所述支撑轴(13)与所述底盖(9)滑动连接，其中多个外齿轮(12)与中心外齿轮(14)啮合链接，所述中心外齿轮(14)与手轮(15)相连接，其中内齿轮(11)与连杆(16)铰接，连杆(16)与滑块(17)铰接，所述滑块(17)置于底盖(9)的楔形滑槽内，工作状态时：人手转动手轮(15)、带动外齿轮(14)、外齿轮(13)和内齿轮(11)进行转动，带动连杆(16)运动和滑块(17)的滑动，将滑块推动到楔形滑槽内从而实现罐体(4)和罐盖(8)的楔紧、进而压紧密封圈实现密封。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述测试装置(3)包括第一液压马达(22)，所述第一液压马达(22)与滚珠丝杠(23)相连接，滚珠丝杠(23)与丝杠螺母(24)相连接，丝杠螺母(24)与第二液压马达安装座(25)固定连接，第二液压马达安装座(25)分别与测试支撑板(26)和第二液压马达(27)...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱鹏程，杨志勋，曹鹏，阎军，史冬岩，张晓旭，卢青针，吴尚华，陈金龙，胡海涛，英玺蓬，苏琦，王立夫，殷旭，毛彦东，邢程程，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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