一種多功能加載管道整體屈曲實驗系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多功能加載管道整體屈曲實驗系統(tǒng)，包括：自平衡反力架(1)，機械加載裝置(2)；多功能加載塊(3)；管道引導(dǎo)塊(4)；液體循環(huán)裝置(5)和控制器(6)。其中的液體循環(huán)裝置(5)包括原料罐(5a)，進料泵(5b)，預(yù)熱器(5c)和背壓閥(5d)；所述的原料罐(5a)里的液體通過進料泵(5b)和循環(huán)管路被泵入管道(7)，在循環(huán)管路上設(shè)置有預(yù)熱器(5c)和背壓閥(5d)；所述的控制器(6)用于控制進料泵(5b)和預(yù)熱器(5c)；在多功能加載塊(3)及固定塊(9b)與管道(7)后端相連的位置均設(shè)置有排氣閥門(9c)。本發(fā)明可以實現(xiàn)管道溫度、壓力以及力加載，能夠比較各加載方式的異同。
【專利說明】一種多功能加載管道整體屈曲實驗系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，涉及一種管道整體屈曲實驗系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]海底管道是深海石油開采的重要組成部分。為了確保開采原油能夠正常輸送至海岸或儲存設(shè)備，原油必須以很高的溫度和壓力進行運輸。同時，限于深海作業(yè)條件，深海輸油管道往往只能直接鋪設(shè)在海床之上，不易進行掩埋。因此，深海管道整體屈曲問題更加顯著。特別是深海輸油管道多為多層復(fù)合管道，如管中管、集束管道等等，這些管道的整體屈曲特性缺少系統(tǒng)研究，往往是等效為單層管道進行分析，這顯然是不符合實際的。
[0003]已有的海底管道整體屈曲實驗裝置，具有單一加載功能，比如機械加載方式，僅能夠使用某些種類管道，如單層管道。通過在管道一端施加軸向位移模擬軸向壓力，產(chǎn)生屈曲。這顯然與海底管道因高溫高壓產(chǎn)生整體屈曲的機理不相符，因此需要提供一套具有多功能加載功能(溫度、壓力以及力三種加載方式)的，能夠使用各類管道(單層管道、管中管以及集束管道等)的整體屈曲實驗裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種多功能加載管道整體屈曲實驗裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種多功能加載管道整體屈曲實驗系統(tǒng)，用于對管道(7)進行測試，包括:自平衡反力架(I)，機械加載裝置(2);多功能加載塊(3);管道引導(dǎo)塊(4);液體循環(huán)裝置(5)，控制器(6)，其中，
[0006]在自平衡反力架(I)的前端固定有加載端滑軌(Ia);所述的多功能加載塊(3)包括置于加載端滑軌(Ia)可滑動底座(3a)、固定在可滑動底座(3a)的加載塊(3b)，在加載塊(3b)的前部開設(shè)有長螺栓接口(3e)，其后部開設(shè)有管道接口(3f)；
[0007]所述的機械加載裝置(2)包括機械加載底座(2a)、固定在機械加載底座(2a)上的螺母(2b)和長螺栓(2c)，所述的管道引導(dǎo)塊(4)包括引導(dǎo)塊底座(4a)和固定在引導(dǎo)塊底座(4a)上的引導(dǎo)片(4b)，所述的機械加載底座(2a)和引導(dǎo)塊底座(4a)分別在加載端滑軌(Ia)的前端和后端；機械加載裝置(2)的長螺栓(2c) —端固定有轉(zhuǎn)盤(2d)，另一端穿過所述的螺母(2b)后進入所述的長螺栓接口(3e);所述的管道(7)的前端穿過引導(dǎo)片(4b)后連接到所述的管道接口(3f)處；
[0008]在所述的自平衡反力架(I)的后端固定有出口固定端底座(9a)上設(shè)置有固定塊(%)，管道(7)的后端固定在所述的固定塊(9b)上；
[0009]所述的管道液體循環(huán)裝置(5)包括原料罐(5a)，進料泵(5b)，預(yù)熱器(5c)和背壓閥(5d);所述的原料罐(5a)里的液體通過進料泵(5b)和循環(huán)管路被泵入管道(7)，在循環(huán)管路上設(shè)置有預(yù)熱器(5c)和背壓閥(5d);所述的控制器(6)用于控制進料泵(5b)和預(yù)熱器(5c);在多功能加載塊(3)上設(shè)置有與所述的管道(7)前端相連的排氣口(3g)，在排氣口(3g)處設(shè)置有排氣閥門(3c);在固定塊(9b)與管道(7)后端相連的位置設(shè)置有排氣閥門(9c)；
[0010]在管道(7)上分布有力傳感器(12a)和溫度傳感器(12b)，分別用于測量管道(7)的軸力和溫度。
[0011]作為優(yōu)選實施方式，在自平衡反力架⑴的兩側(cè)分別固定有側(cè)向支撐滑軌(Ib)，在兩側(cè)的側(cè)向支撐滑軌(Ib)上對稱分布有多對側(cè)向支撐(8)，每個側(cè)向支撐(8)包括通過滑塊和緊固螺栓固定在側(cè)向支撐滑軌(Ib)上的可動底座(8a)，長圓鋼(Sb)，螺母(Sc)和擋板(8d)，長圓鋼(Sb)放置在可動底座(8a)開口中，長圓鋼(Sb)緊固于確保擋板(8d)剛好碰到管道(7)而不至于對管道(7)施加側(cè)向力的位置。
[0012]本發(fā)明提供了一套完整的液體循環(huán)系統(tǒng)以及機械加載系統(tǒng)，可以實現(xiàn)管道溫度、壓力以及力加載，能夠比較各加載方式的異同；還可以適應(yīng)不同類型的管道形式，不僅適用于單層管道，還適用于研究管中管、集束管道等整體屈曲現(xiàn)象。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了更加清楚地說明本發(fā)明專利的實施技術(shù)方案，下面對實施例將要使用的附圖進行說明，顯然，下述附圖僅是本發(fā)明專利的一些實施方案，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖發(fā)展其他實施方案。
[0014]圖1是本發(fā)明專利多功能加載管道整體屈曲實驗裝置的平面組成示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明專利多功能加載管道整體屈曲實驗裝置的自平衡反力架軸測圖；
[0016]圖2a是本發(fā)明專利多功能加載管道整體屈曲實驗裝置的自平衡反力架加載端軸測圖；
[0017]圖2b是本發(fā)明專利多功能加載管道整體屈曲實驗裝置的自平衡反力架固定端軸測圖；
[0018]圖3是本發(fā)明專利多功能加載管道整體屈曲實驗裝置的多功能加載塊分解示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明專利多功能加載管道整體屈曲實驗裝置的側(cè)向支撐軸測圖；
[0020]圖5是本發(fā)明專利多功能加載管道整體屈曲實驗裝置的管道應(yīng)變片及熱電偶布置示意圖。
[0021]其中，
[0022]I是自平衡反力架，Ia是加載端滑軌，Ib是側(cè)向支撐滑軌，Ic是固定端滑軌；
[0023]2是機械加載裝置，2a是底座，2b是螺母，2c是長螺檢，2d是轉(zhuǎn)盤；
[0024]3是多功能加載塊，3a是可滑動底座，3b是加載塊，3c是排氣閥丨I，3d是液體進口，3e是長螺栓接口，3f是管道接口，3g是排氣口 ；
[0025]4是管道引導(dǎo)塊，4a是引導(dǎo)塊底座，4b是引導(dǎo)鋼片；
[0026]5是液體循環(huán)裝置，5a是原料5b是進料泵，5c是預(yù)熱器，5d是背壓閥，5e是流入管道，5f是流出管道；
[0027]6是溫、壓控制器；
[0028]7是管道，7a是管道測試段，7b是管道試驗段；
[0029]8是側(cè)向約束，8a是可動底座，8b是長圓鋼，8c是螺母，8d是擋板；
[0030]9是出口固定端，9a是底座，9b是固定塊，9c是排氣閥門；
[0031]10是滑塊；
[0032]11是緊固螺栓；
[0033]12是監(jiān)測儀器，12a是應(yīng)變片，12b是熱電偶。

【具體實施方式】
[0034]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明專利實施技術(shù)方案進行清晰、完整的描述，顯然，所描述的施例僅是本發(fā)明專利的一部分施例，而非全部施例?；诒景l(fā)明專利中的施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)新性勞動的前提下所獲得的所有其他施例，都屬于本發(fā)明專利保護的范圍。
[0035]實施方式一
[0036]普通機械加載方式。若采用普通機械加載方式，則不需要液體循環(huán)裝置5以及溫、壓控制裝置6參與試驗。如圖1-2所示，本發(fā)明專利實施例提出的普通機械加載管道整體屈曲模擬試驗裝置，其包括自平衡反力架1，機械加載裝置2，多功能加載塊3，管道引導(dǎo)塊4，管道7，側(cè)向約束8，出口固定塊9等。首先，利用滑塊10和緊固螺栓11將底座2a、可滑動底座3a、引導(dǎo)塊底座4a以及底座9a固定。機械加載裝置2的長螺桿2c穿過螺母2b連接于加載塊3b的長螺桿接口 3e。管道7—端穿過管道引導(dǎo)塊4連接加載塊3b (如圖3)的管道接口 3f，將管道另一端插入固定塊％。然后利用緊固螺栓11將引導(dǎo)鋼片4b固定于引導(dǎo)塊底座4a。將排氣閥門3c連接于排氣口 3g。
[0037]將側(cè)向支撐8安裝于側(cè)向支撐滑軌lb，如圖4所示，所述的側(cè)向支撐8包括可動底座8a，長圓鋼8b，螺母8c，擋板8d?？蓜拥鬃?a通過滑塊10和緊固螺栓11等間距的固定于側(cè)向支撐Ib之上，將長圓鋼Sb放置在底座8a開口中，調(diào)整長圓鋼Sb位置保證擋板8d剛好碰到管道7而不至于對管道7施加側(cè)向力。利用螺母Sc緊固長圓鋼Sb。
[0038]管道測試段7a和管道試驗段7b等間距布置應(yīng)變片12a用于監(jiān)測管道軸力，如圖5。
[0039]至此,試驗設(shè)備調(diào)試完成。
[0040]軸向加載前，松開用于固定多功能加載塊3的緊固螺栓11，確保多功能加載塊3能夠沿著加載端滑軌Ia軸向滑動。轉(zhuǎn)動機械加載裝置2的轉(zhuǎn)盤2d，使長螺栓2c通過螺母2b向內(nèi)頂入，對管道7施加軸向力，管道試驗段7b發(fā)生整體屈曲。
[0041]此外，管道試驗段7b長度是可以調(diào)節(jié)的。松開出口固定端9的緊固螺栓11，沿著固定端滑軌Ic滑動，待滑動至設(shè)計位置，通過緊固螺栓11緊固出口固定端9即可。
[0042]對于某些試驗，側(cè)向約束8不是必須的。
[0043]管道試驗段7b下方可以填土，用于模擬實際管土作用，或放置其他形態(tài)剛性板，用于模擬各種地勢的剛性海床面。
[0044]上述管道試驗段7b可以是單層管道、管中管管道、復(fù)合管道以及集束管道等，上述的管道測試段7a可以是單層管道、管中管管道的內(nèi)管、復(fù)合管道的內(nèi)管以及集束管道的內(nèi)管。
[0045]實施方式二
[0046]溫、壓加載方式。如圖1-2所示，本發(fā)明專利實施例提出的溫、壓加載管道整體屈曲模擬試驗裝置，其包括自平衡反力架1，機械加載裝置2，多功能加載塊3，管道引導(dǎo)塊4，液體循環(huán)裝置5，溫、壓控制器6，管道7，側(cè)向約束8，出口固定塊9等。實驗裝置基本組裝過程同實施方式一，只需將液體循環(huán)裝置5和溫壓控制器6接入自平衡反力架I，將流入管道5e接入加載塊3b的液體進口 3d，將流出管道5f接入固定塊％。
[0047]所述的體液循環(huán)裝置5包括:5a是原料罐，5b是進料泵，5c是預(yù)熱器，5d是背壓閥，5e是流入管道，5f是流出管道。如圖1所示，將原料罐5a、進料泵5b、預(yù)熱器5c、溫、壓控制器6、流入管道5e、加載塊3b、管道7、固定塊％、流出管道5f以及背壓閥5d依次連接，形成閉合回路。
[0048]打開排氣閥門3c和9c，通過溫、壓控制器6啟動進料泵5b和預(yù)熱器5c，此時原料泵5b中液體開始在閉合回路中流動，回路中氣體會從排氣閥門3c和9c中排出。然后關(guān)閉排氣閥門3c和9c，此時回路中被液體充滿，無氣體。通過滑塊10和緊固螺栓11固定多功能加載塊2。
[0049]管道測試段7a和管道試驗段7b等間距布置應(yīng)變片12a和熱電偶12b用于監(jiān)測管道軸力以及溫度，如圖5。
[0050]至此，試驗設(shè)備調(diào)試完成。
[0051]加載時，通過溫、壓控制器6控制管道7內(nèi)液體溫度和內(nèi)壓，通過應(yīng)變片12a和熱電偶12b實時監(jiān)測管道7內(nèi)力和溫度。
[0052]實施方式三
[0053]溫、壓、機械混合加載方式。如圖1-2所示，本發(fā)明專利實施例提出的溫、壓、機械加載管道整體屈曲模擬試驗裝置，其包括自平衡反力架1，機械加載裝置2，多功能加載塊3，管道引導(dǎo)塊4，液體循環(huán)裝置5，溫、壓控制器6，管道7，側(cè)向約束8，出口固定塊9等。實驗裝置基本組裝過程同實施方式二。
[0054]在通過溫壓控制器6進行溫壓加載之前，首先松開用于固定多功能加載塊3的緊固螺栓11，確保多功能加載塊3能夠沿著加載端滑軌Ia軸向滑動。轉(zhuǎn)動機械加載裝置2的轉(zhuǎn)盤2d，使長螺栓2c通過螺母2b向內(nèi)頂入，對管道7施加預(yù)軸力。機械加載完成后，通過滑塊10和緊固螺栓11固定多功能加載塊3。通過溫壓控制器6啟動管道7內(nèi)液體循環(huán)，對管道施加溫壓荷載。
【權(quán)利要求】
1.一種多功能加載管道整體屈曲實驗系統(tǒng)，用于對管道(7)進行測試，包括:自平衡反力架(I)，機械加載裝置(2)，多功能加載塊(3)，管道引導(dǎo)塊(4)，液體循環(huán)裝置(5)，控制器(6)，其中， 在自平衡反力架(I)的前端固定有加載端滑軌(Ia);所述的多功能加載塊(3)包括置于加載端滑軌(Ia)可滑動底座(3a)、固定在可滑動底座(3a)的加載塊(3b)，在加載塊(3b)的前部開設(shè)有長螺栓接口(3e)，其后部開設(shè)有管道接口(3f)； 所述的機械加載裝置(2)包括機械加載底座(2a)、固定在機械加載底座(2a)上的螺母(2b)和長螺栓(2c)，所述的管道引導(dǎo)塊(4)包括引導(dǎo)塊底座(4a)和固定在引導(dǎo)塊底座(4a)上的引導(dǎo)片(4b)，所述的機械加載底座(2a)和引導(dǎo)塊底座(4a)分別在加載端滑軌(Ia)的前端和后端；機械加載裝置(2)的長螺栓(2c) —端固定有轉(zhuǎn)盤(2d)，另一端穿過所述的螺母(2b)后進入所述的長螺栓接口(3e);所述的管道(7)的前端穿過引導(dǎo)片(4b)后連接到所述的管道接口(3f)處； 在所述的自平衡反力架(I)的后端固定有出口固定端底座(9a)上設(shè)置有固定塊(9b)，管道(7)的后端固定在所述的固定塊(9b)上； 所述的管道液體循環(huán)裝置(5)包括原料罐(5a)，進料泵(5b)，預(yù)熱器(5c)和背壓閥(5d);所述的原料罐(5a)里的液體通過進料泵(5b)和循環(huán)管路被泵入管道(7)，在循環(huán)管路上設(shè)置有預(yù)熱器(5c)和背壓閥(5d);所述的控制器(6)用于控制進料泵(5b)和預(yù)熱器(5c);在多功能加載塊(3)上設(shè)置有與所述的管道(7)前端相連的排氣口(3g)，在排氣口(3g)處設(shè)置有排氣閥門(3c);在固定塊(9b)與管道(7)后端相連的位置設(shè)置有排氣閥門(9c)； 在管道(7)上分布有力傳感器(12a)和溫度傳感器(12b)，分別用于測量管道(7)的軸力和溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的種多功能加載管道整體屈曲實驗系統(tǒng)，其特征在于，在自平衡反力架(I)的兩側(cè)分別固定有側(cè)向支撐滑軌(Ib)，在兩側(cè)的側(cè)向支撐滑軌(Ib)上對稱分布有多對側(cè)向支撐(8)，每個側(cè)向支撐(8)包括通過滑塊和緊固螺栓固定在側(cè)向支撐滑軌(Ib)上的可動底座(8a)，長圓鋼(Sb)，螺母(Sc)和擋板(8d)，長圓鋼(Sb)放置在可動底座(8a)開口中，長圓鋼(Sb)緊固于確保擋板(8d)剛好碰到管道(7)而不至于對管道(7)施加側(cè)向力的位置。
【文檔編號】G01N3/00GK104316412SQ201410484069
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】王哲, 陳志華, 劉紅波, 趙思玥, 何永禹, 馬克儉 申請人:天津大學(xué)