外加軸向載荷的鋼管全尺寸四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種外加軸向載荷的鋼管全尺寸四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置，包括油缸、拉力繩、拉力繩支撐、兩個(gè)壓頭和兩個(gè)在測(cè)試鋼管的軸線(xiàn)方向上設(shè)置的兩個(gè)測(cè)試鋼管支撐；所述油缸的固定端固定設(shè)置，所述油缸的活動(dòng)端的端面均勻的壓在兩個(gè)所述測(cè)試鋼管支撐上，并且所述油缸的加壓中心線(xiàn)也位于兩個(gè)所述測(cè)試鋼管支撐的間距中心上；所述測(cè)試鋼管的一端固定，另一端連接所述拉力繩；所述拉力繩的另一端通過(guò)所述拉力繩支撐后連接到拉力加載裝置。本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可應(yīng)用于海底管道鋪設(shè)過(guò)程的模擬受力分析，方法易于實(shí)現(xiàn)，且易于操作；得到的時(shí)間結(jié)果相對(duì)更為準(zhǔn)確真實(shí)；通過(guò)應(yīng)變片可以測(cè)量出鋼管受載時(shí)的應(yīng)變情況。
【專(zhuān)利說(shuō)明】外加軸向載荷的鋼管全尺寸四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及海底管道測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種外加軸向載荷的鋼管全尺寸四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]海底管道是海洋油氣資源開(kāi)發(fā)的生命線(xiàn)，對(duì)海底石油和天然氣的生產(chǎn)和外輸起著關(guān)鍵性的作用。目前國(guó)際上使用最多的管道鋪設(shè)方法是鋪管船法，這種方法適用于長(zhǎng)距離管段遠(yuǎn)離岸邊的鋪管作業(yè)，而且經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也較好。
[0003]結(jié)合國(guó)內(nèi)外的鋪管實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，鋪管船法主要有三種:S型鋪管法、J型鋪管法和卷管式鋪管法。其中，S型鋪管法由于工程應(yīng)用最早，其技術(shù)相對(duì)成熟，成為目前海底管道鋪設(shè)最為常用的方法，典型S型鋪管如圖1所示。這種管道鋪設(shè)方法一般需要安排一艘或者多艘起拋錨拖輪來(lái)支持鋪管作業(yè)。在開(kāi)始作業(yè)前，需要將一個(gè)錨定位在海床上，然后將錨纜引過(guò)托管架并系到第一根管子的端部，管道在托管架的支撐下，自然地彎曲成S型曲線(xiàn)，一般可分成兩個(gè)區(qū)域:一為拱彎區(qū)，從駁船甲板上的張緊裝置開(kāi)始，沿托管架向下延伸到管道開(kāi)始脫離托管架支撐的抬升點(diǎn)為止的一段區(qū)域(抬升點(diǎn)一般就是管道彎曲狀態(tài)時(shí)的拐點(diǎn))；另一段為垂彎區(qū)，是從拐點(diǎn)到海床著地點(diǎn)的一段區(qū)域，管道在垂彎區(qū)的曲率通過(guò)沿生產(chǎn)線(xiàn)放置的張緊器產(chǎn)生的后拖力來(lái)控制，管道在拱彎區(qū)的曲率和彎曲應(yīng)力則一般依靠合適的滑道支撐和托管架的曲率來(lái)控制。
[0004]綜上所述，海底管道在鋪設(shè)時(shí)同時(shí)受到彎曲、軸向拉力和徑向壓力及海水拖曳力(扭曲)的共同作用，其安全性受到很大的挑戰(zhàn)，因此海底管道鋪管狀態(tài)下力學(xué)特性研究顯得尤為重要。
[0005]從圖1可以看出海底管道受重力和海水浮力的作用，呈S形彎曲，最大變形和最大彎曲應(yīng)力出現(xiàn)在管道與托管架分離處。這樣，我們就可以用四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)復(fù)合鋼管彎曲時(shí)的變化，以確定鋪時(shí)的最大彎曲半徑。
[0006]四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)法是將試樣(鋼管)放在有一定距離的兩個(gè)支撐點(diǎn)上，在離兩個(gè)支撐點(diǎn)的中點(diǎn)相同距離上對(duì)試樣施加向下的載荷，試樣在4個(gè)接觸點(diǎn)的作用下發(fā)生四點(diǎn)彎曲，且在中點(diǎn)處的彎曲半徑最大。四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)主要用來(lái)測(cè)試試樣的彎曲半徑，同時(shí)還可以測(cè)試兩種材料的結(jié)合力(如雙金屬?gòu)?fù)合管襯管與基管的結(jié)合力)，常規(guī)全尺寸鋼管四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置的示意圖如圖2所示。
[0007]對(duì)于雙金屬?gòu)?fù)合管，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康囊笈c四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)法的特點(diǎn)，結(jié)合雙金屬?gòu)?fù)合管特殊的結(jié)構(gòu)，選用四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)法，既可測(cè)試雙金屬?gòu)?fù)合管的最小彈性彎曲半徑，又可以測(cè)試雙金屬?gòu)?fù)合管基襯分離的最小彎曲半徑及雙金屬?gòu)?fù)合管的其它彎曲性能。
[0008]由圖1可知，在海管鋪設(shè)時(shí)管道在托管架處或觸底點(diǎn)附近不僅僅是彎曲，同時(shí)還受到軸向拉力和徑向壓力及海水拖曳力(扭曲)的共同作用，由圖2可知，常規(guī)的全尺寸鋼管四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)僅僅是測(cè)試鋼管鋪設(shè)彎曲變化時(shí)的最大彎曲半徑，而忽略了鋼管軸向拉力因素，且不能測(cè)試鋼管彎曲半徑最大處的應(yīng)力變化情況。實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種新型的外加軸向載荷的鋼管全尺寸四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置，解決上述問(wèn)題。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0011]一種外加軸向載荷的鋼管全尺寸四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置，包括油缸、拉力繩、拉力繩支撐、兩個(gè)壓頭和兩個(gè)在測(cè)試鋼管的軸線(xiàn)方向上設(shè)置的兩個(gè)測(cè)試鋼管支撐；
[0012]所述測(cè)試鋼管放置于測(cè)試鋼管支撐上，并且所述測(cè)試鋼管的長(zhǎng)度中心在兩個(gè)所述測(cè)試鋼管支撐的間距中心上；
[0013]兩個(gè)所述壓頭放置于所述測(cè)試鋼管上，并且兩個(gè)所述壓頭的間距中心也在兩個(gè)所述測(cè)試鋼管支撐的間距中心上；
[0014]所述油缸的固定端固定設(shè)置，所述油缸的活動(dòng)端的端面均勻的壓在兩個(gè)所述測(cè)試鋼管支撐上，并且所述油缸的加壓中心線(xiàn)也位于兩個(gè)所述測(cè)試鋼管支撐的間距中心上；
[0015]所述測(cè)試鋼管的一端固定，另一端連接所述拉力繩；所述拉力繩的另一端通過(guò)所述拉力繩支撐后連接到拉力加載裝置。
[0016]所述拉力繩支撐高度要保證鋼管達(dá)到預(yù)期變形程度時(shí)軸向載荷與鋼管同軸。
[0017]設(shè):
[0018]h為測(cè)試鋼管的彎曲壓下量，由測(cè)試鋼管在托管處的彎曲受力程度確定；
[0019]H1為所述測(cè)試鋼管支撐的高度；
[0020]H2為所述拉力繩支撐高度；
[0021]L1為所述油缸的中心距所述測(cè)試鋼管支撐的中心的距離；
[0022]L2為所述測(cè)試鋼管支撐的中心與拉力繩支撐的中心的距離；
[0023]則:

【權(quán)利要求】
1.一種外加軸向載荷的鋼管全尺寸四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括油缸、拉力繩、拉力繩支撐、兩個(gè)壓頭和兩個(gè)在測(cè)試鋼管的軸線(xiàn)方向上設(shè)置的兩個(gè)測(cè)試鋼管支撐； 所述測(cè)試鋼管放置于測(cè)試鋼管支撐上，并且所述測(cè)試鋼管的長(zhǎng)度中心在兩個(gè)所述測(cè)試鋼管支撐的間距中心上； 兩個(gè)所述壓頭放置于所述測(cè)試鋼管上，并且兩個(gè)所述壓頭的間距中心也在兩個(gè)所述測(cè)試鋼管支撐的間距中心上； 所述油缸的固定端固定設(shè)置，所述油缸的活動(dòng)端的端面均勻的壓在兩個(gè)所述測(cè)試鋼管支撐上，并且所述油缸的加壓中心線(xiàn)也位于兩個(gè)所述測(cè)試鋼管支撐的間距中心上； 所述測(cè)試鋼管的一端固定，另一端連接所述拉力繩；所述拉力繩的另一端通過(guò)所述拉力繩支撐后連接到拉力加載裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外加軸向載荷的鋼管全尺寸四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述拉力繩支撐高度要保證鋼管達(dá)到預(yù)期變形程度時(shí)軸向載荷與鋼管同軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外加軸向載荷的鋼管全尺寸四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置，其特征在于，設(shè): h為測(cè)試鋼管的彎曲壓下量，由測(cè)試鋼管在托管處的彎曲受力程度確定； H1為所述測(cè)試鋼管支撐的高度； H2為所述拉力繩支撐高度； L1為所述油缸的中心距所述測(cè)試鋼管支撐的中心的距離； L2為所述測(cè)試鋼管支撐的中心與拉力繩支撐的中心的距離； 則:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外加軸向載荷的鋼管全尺寸四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置，其特征在于:位于兩個(gè)所述測(cè)試鋼管支撐的間距中心上的所述測(cè)試鋼管上設(shè)有與應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)相連接的應(yīng)變片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外加軸向載荷的鋼管全尺寸四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述拉力繩為鋼絲繩。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外加軸向載荷的鋼管全尺寸四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述拉力加載裝置為外在油缸或卷?yè)P(yáng)機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01N3/20GK203858162SQ201420286780
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】聶向暉, 王高峰, 王耀光, 趙金蘭, 劉迎來(lái), 李記科, 王長(zhǎng)安 申請(qǐng)人:北京隆盛泰科石油管科技有限公司