專利名稱：一種深水海底管道屈曲試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于深海石油開發(fā)開采及運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種海底管道屈曲試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
海洋環(huán)境尤其是深海環(huán)境條件復(fù)雜多樣，海底管道不僅承受自重、外部靜水壓力、 內(nèi)部壓力、介質(zhì)溫度、預(yù)應(yīng)力、管線附件作用力、覆蓋物及海床作用力、清管操作引起的作用力等功能性載荷，以及風(fēng)、浪、流、冰(對于立管或登陸管線段)和地震等環(huán)境載荷，還要面臨極端海況、船舶碰撞、落物、沙土液化、操作故障等偶然載荷的挑戰(zhàn)。鋪設(shè)于深水區(qū)域的管線極有可能在外載荷的作用下出現(xiàn)失效，如管線懸跨段的屈服失效、由于深水區(qū)域的高靜水壓力以及軸向力導(dǎo)致的管道屈曲、壓潰、管道的疲勞失效等。海底管線一旦因各種原因而導(dǎo)致破損泄漏、斷裂等事故的發(fā)生，不僅會(huì)對國家經(jīng)濟(jì)造成巨大損失，而且也對海洋環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，需要對深水海底管道的結(jié)構(gòu)特性等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。目前，深水管道的結(jié)構(gòu)屈曲理論的研究尚處于探索階段，需要對深水海底管道屈曲機(jī)理和條件進(jìn)行試驗(yàn)研究，以驗(yàn)證和改進(jìn)屈曲理論。而目前國內(nèi)外開發(fā)了多種用于研究管道屈曲的試驗(yàn)裝置，并完善了管道屈曲試驗(yàn)技術(shù)。如挪威的鐘形壓力艙，立式放置，用于測量板的上下兩面在靜水壓力差作用下的屈曲性能，但該壓力艙室最高承壓只有4Mpa ；而國內(nèi)的915壓力筒工作段尺度直徑1. 5m,工作段長度2. 9m,該壓力筒同樣是立式的，而適用于較長管件并考慮多種載荷組合的管道屈曲試驗(yàn)裝置在國內(nèi)還沒有出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種可以模擬深海高壓環(huán)境，進(jìn)行多種載荷作用下管道屈曲試驗(yàn)的裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種深水海底管道屈曲試驗(yàn)裝置，用于對管道試件進(jìn)行屈曲試驗(yàn)，該裝置包括由主艙體、前端艙蓋、艙體尾端艙蓋構(gòu)成的壓力艙，前端艙蓋和尾端艙蓋分別連接在主艙體的兩端，在前端艙蓋和尾端艙蓋的內(nèi)側(cè)均設(shè)置有密封圈，在前端艙蓋上固定有油壓系統(tǒng)，油壓系統(tǒng)的活塞桿穿過前端艙蓋伸至主艙體內(nèi)，活塞桿的端部設(shè)置有活塞桿法蘭，在主艙體的底部上表面設(shè)置有導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上放置有用于運(yùn)輸管道試件的滑車，管道試件的兩端連接有管道端部法蘭，所述的活塞桿法蘭與管道端部法蘭相匹配，管道試件的另一端上的管道端部法蘭與固定在艙體尾端艙蓋上的頂?shù)追ㄌm相匹配；在壓力艙上設(shè)置有加壓孔、泄壓口、 注水口、排氣口，安全閥、壓力傳感器開口和測試線路導(dǎo)出口。作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述的主艙體由多層鋼板捆扎制成；所述的主艙體選用 Q345R材料，前端艙蓋和尾端艙蓋選用20MnMo材料。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于采用先進(jìn)的捆扎工藝將高強(qiáng)度鋼板層層捆扎，每捆扎一層都要用X射線探傷，每層鋼板厚度1厘米，總計(jì)捆扎M層鋼板，總厚度M厘米，保證了艙體具有極強(qiáng)的抗壓能力和極高的安全性能。本發(fā)明裝置可以模擬4300米水深(43Mpa)的深海壓力環(huán)境，為深水海底管道屈曲試驗(yàn)研究提供了穩(wěn)定的壓力環(huán)境。2、本發(fā)明在其前端艙蓋上安裝有軸向的油壓機(jī)，該油壓機(jī)可通過其活塞桿上的法蘭與內(nèi)部管件法蘭連接，并用油壓推動(dòng)活塞桿對艙體內(nèi)部的管道試件施加軸向作用力，可以對管件同時(shí)加載水壓和軸向力，研究載荷組合工況下管道的屈曲。3、本發(fā)明總長 11. 5米，直徑1.6米，內(nèi)部直徑1.2米，在其內(nèi)部可以容納1 1真實(shí)比例試件進(jìn)行試驗(yàn)。 4、本發(fā)明裝置艙體內(nèi)部裝有小滑車、高強(qiáng)度鋼制導(dǎo)軌，便于管道試件的輸送與安裝。5、本發(fā)明裝置上部設(shè)有比例式減壓安全閥，當(dāng)艙內(nèi)水壓超過設(shè)定的安全壓力時(shí)，比例式減壓安全閥自動(dòng)噴水，達(dá)到迅速卸壓、保障安全的目的。


圖1是本發(fā)明主體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的A向剖視圖，即前端艙蓋結(jié)構(gòu)圖。圖3是圖1的A-A向剖面圖。圖4是本發(fā)明的尾端艙蓋圖。圖5(a)和(b)分別為導(dǎo)軌側(cè)視圖和俯視圖。本發(fā)明裝置的主要結(jié)構(gòu)件用圖中數(shù)字表示，裝置配件用字母表示，含義如下1——艙體前端油壓機(jī)2、3、4——用于油壓機(jī)安裝連接的螺柱、螺母及墊圈5、60-型墊圈7——用于安裝緊固前端艙蓋的雙頭大螺柱，共16個(gè)，每根螺柱直徑120mm，長度 Im8——前端艙蓋大螺柱配備的六角螺母9-球面墊圈10——前端艙蓋11——活塞桿法蘭12——管道試件端部法蘭13——連接管道試件法蘭的螺柱14——管件法蘭連接螺母15——主艙體16——艙內(nèi)滑車17——頂?shù)追ㄌm18——尾端大螺柱19——尾端大螺母20——管道試件21——用于連接固定尾端艙蓋的雙頭螺柱22——尾端艙蓋螺柱配套螺母23——尾端螺母配套墊圈24——艙體尾端艙蓋25——艙內(nèi)導(dǎo)軌
26——導(dǎo)軌軌道27——導(dǎo)軌枕板28——前端艙蓋吊耳a——安全閥門b-排氣口c-注水口d——加壓孔e——泄壓口f——壓力傳感器開口gl、g2、g3、g4、g5——測試線路導(dǎo)出口h——排水閥i 1、i 2——艙體尾端壓力表j——尾端排氣閥
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明內(nèi)部可模擬深海高壓環(huán)境進(jìn)行深海試件試驗(yàn)， 并可用配備的油壓機(jī)對內(nèi)部試件施加軸向作用力，其承壓能力431^ 總長11.5米，直徑 1. 6米，臥式安裝，以水為內(nèi)部壓力介質(zhì)。本發(fā)明包括主艙體15、前端艙蓋10、艙體尾端艙蓋 M、艙體前端油壓系統(tǒng)1幾個(gè)主要部分，用于模擬深海壓力環(huán)境；還包括，可利用艙體前端油壓系統(tǒng)1對放入艙體中的管道試件20施加軸向的拉壓力；為了保證艙體的密閉性，采用 7，8，9，18，19等螺栓螺母零件進(jìn)行連接和密封；由于管道屈曲試驗(yàn)的需要，配備了法蘭11， 17與管道試件端部法蘭12來連接和固定，艙內(nèi)滑車16、艙內(nèi)導(dǎo)軌25用于運(yùn)送和支撐管道試件；管件上各個(gè)測點(diǎn)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)的信號(hào)線通過gl、g2、g3、g4、g5測試線路導(dǎo)出口導(dǎo)出、 艙內(nèi)水壓測試線路由f壓力傳感器開口導(dǎo)導(dǎo)出；由c注水口向艙體內(nèi)部注水、j尾端排氣閥和b排氣口排出艙內(nèi)空氣；d加壓孔向艙內(nèi)加壓進(jìn)行試驗(yàn)；試驗(yàn)結(jié)束后由e泄壓口卸壓、 h排水閥排水；本發(fā)明裝置還包括a安全閥，當(dāng)艙體內(nèi)水壓異常，超過設(shè)定的安全極限時(shí)，該閥自動(dòng)噴水，使本發(fā)明裝置內(nèi)部迅速降壓。本發(fā)明裝置制作及組裝方法本發(fā)明裝置的主艙體15部分采用多層捆扎工藝制造，即在大型卷板機(jī)上將1厘米厚的鋼板卷成圓柱殼狀，再將鋼板一層層焊接起來，每焊接一層都要用X射線探傷，確認(rèn)沒有傷痕、沙眼等再進(jìn)行下一層焊接。共捆扎M層，主艙體總厚度達(dá)到M厘米，主艙體前端敞口，要由單獨(dú)制作的前端艙蓋封閉；尾端開一 160mm直徑的孔，以便試驗(yàn)時(shí)管件尾端固定、 安裝，尾端開孔由尾端螺柱18、尾端螺母19和艙體尾端艙蓋對密封。主艙體選用Q345R材料。前端艙蓋10采用鍛造工藝制作，保證其強(qiáng)度如圖2所示，前端艙蓋上開了 16個(gè)大螺栓開孔。前端艙蓋要經(jīng)常開啟與閉合，選用20MnMo材料。艙體尾端艙蓋M同樣采用鍛造工藝，上開16個(gè)小螺栓孔。由于艙體內(nèi)部充滿水再加壓，因此要保證前后端蓋在高壓下的水密性，因此在前后端蓋上各緊固了一層鋁制密封圈。在艙體內(nèi)底部沿艙體軸向焊接艙內(nèi)導(dǎo)軌25，如圖5所示，該導(dǎo)軌包括兩根長8m的平行軌道、在軌道軸向每間隔700mm焊接一個(gè)矩形枕板。軌道由直徑68mm，厚度IOmm的鋼管制成，枕板厚度16mm。導(dǎo)軌有足夠的長度運(yùn)送管道試件，同時(shí)導(dǎo)軌本身也有足夠的強(qiáng)度來抵抗高水壓和支撐管件。當(dāng)本發(fā)明裝置各個(gè)零部件制作并焊接好后，進(jìn)行油壓機(jī)、前后端蓋、各個(gè)閥門和配套設(shè)備與主艙體的組裝，具體方法如下使用油壓機(jī)連接螺柱2、螺母3、墊圈4將油壓機(jī)1與前端艙蓋10緊固連接；主艙體前端延圓周均勻開有16個(gè)內(nèi)螺紋開孔，是與前端大螺柱7的尺寸、間距對應(yīng)的，再將16根前端艙蓋雙頭大螺柱的一頭擰進(jìn)主艙體前端；將a安全閥用連接法蘭裝在主艙體上部，將配套的排氣閥與本發(fā)明裝置上的b排氣口連接，注水泵與c注水口連接，加壓泵與本發(fā)明裝置的d加壓孔連接，泄壓閥與e連接，在艙體尾端安裝好j尾端排氣閥；在艙體尾端安裝好 il，i壓力表2 ；并將壓力傳感器測試線、應(yīng)變數(shù)據(jù)傳輸線分別穿過f壓力傳感器開口、gl-5 測試線路導(dǎo)出口 ；將艙體尾端大螺柱18、尾端大螺母19置于艙體外部，最后將前后端蓋閉合，緊固前后端蓋螺母，完成本發(fā)明裝置的組裝。本發(fā)明裝置使用方法如下本發(fā)明裝置主要用于模擬深海高壓環(huán)境，并可對內(nèi)部試件施加軸向力載荷進(jìn)行深水海底管道屈曲試驗(yàn)?？煞殖扇缦聨撞?、將已經(jīng)處理好的管道試件20用天車等輔助工具吊起，管件兩端此時(shí)已經(jīng)焊接好端部法蘭12，管件尾端法蘭與尾端大螺柱上的頂?shù)追ㄌm17連接并使用配套螺柱、螺母緊固。將艙內(nèi)滑車16滑到艙體前端口，再借助天車等工具將管件尾端和大螺柱連接處搭在艙內(nèi)滑車上。2、管道試件端部法蘭12與油壓機(jī)活塞桿上的法蘭11連接并使用配套螺柱、螺母緊固，為保證兩個(gè)法蘭面對齊，將法蘭上的螺母用對角法依次緊固。3、管件上的數(shù)據(jù)采集線由gl-5測試線路導(dǎo)出口導(dǎo)出。4、借助天車或者拖車等輔助工具將連接好的前端艙蓋10、管道試件20、尾端大螺柱18整體送往艙內(nèi)，此時(shí)，托著管件的艙內(nèi)滑車沿著艙內(nèi)導(dǎo)軌25緩緩滑向艙體尾部。5、要確保尾端大螺柱18穿出艙體尾端開口，已預(yù)先安裝在艙體前端的16個(gè)大螺栓也能穿過前艙蓋的螺栓孔，當(dāng)尾端大螺柱穿出后，將尾端大螺母19裝在尾端大螺柱上并擰緊，再扣上艙體尾端艙蓋對，用配套的螺柱21、22、23，螺母及墊圈將艙體尾端密封。6、球面墊圈9、大螺母8 一次套在前端艙蓋大螺柱上，并借助液壓拉伸器或液壓扳手等工具將大螺母擰緊，完成前端艙蓋的緊固。7、檢查各個(gè)閥門是否關(guān)閉，然后打開j尾端排氣閥、b排氣口，隨后通過c注水口向艙體內(nèi)注水，觀察到j(luò)尾端排氣閥有水流出時(shí)，尾端艙蓋內(nèi)部氣體排出，關(guān)閉該排氣閥。當(dāng)觀察到b上部排氣口有水流出時(shí)，整個(gè)艙體空氣已經(jīng)排盡，關(guān)閉該排氣口，再關(guān)閉注水口。 艙內(nèi)注水完成。8、打開d加壓口，向艙體內(nèi)部加壓，由于艙內(nèi)是密封的，通過加壓泵向艙內(nèi)打水就使艙內(nèi)水壓持續(xù)上升，通過外部系統(tǒng)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，直到試驗(yàn)結(jié)束。9、試驗(yàn)結(jié)束后，打開e泄壓口將艙內(nèi)水壓降為0，再打開艙體下部的h排水閥排水，依次打開艙體尾端艙蓋和前端艙蓋，拆卸管道試件，完成一次試驗(yàn)。
權(quán)利要求
1.一種深水海底管道屈曲試驗(yàn)裝置，用于對管道試件進(jìn)行屈曲試驗(yàn)，該裝置包括由主艙體、前端艙蓋、艙體尾端艙蓋構(gòu)成的壓力艙，前端艙蓋和尾端艙蓋分別連接在主艙體的兩端，在前端艙蓋和尾端艙蓋的內(nèi)側(cè)均設(shè)置有密封圈，在前端艙蓋上固定有油壓機(jī)，油壓機(jī)的活塞桿穿過前端艙蓋伸至主艙體內(nèi)，活塞桿的端部設(shè)置有活塞桿法蘭，在主艙體的底部上表面設(shè)置有導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上放置有用于運(yùn)輸管道試件的滑車，管道試件的兩端連接有管道端部法蘭，所述的活塞桿法蘭與管道端部法蘭相匹配，管道試件的另一端上的管道端部法蘭與固定在艙體尾端艙蓋上的頂?shù)追ㄌm相匹配；在壓力艙上設(shè)置有加壓孔、泄壓口、注水口、排氣口，安全閥、壓力傳感器開口和測試線路導(dǎo)出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水海底管道屈曲試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的主艙體由多層鋼板捆扎制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水海底管道屈曲試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的主艙體選用Q345R材料，前端艙蓋和尾端艙蓋選用20MnMo材料。
全文摘要
本發(fā)明屬于深海石油開發(fā)開采及運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種深水海底管道屈曲試驗(yàn)裝置，包括由主艙體、前端艙蓋、艙體尾端艙蓋構(gòu)成的壓力艙，前端艙蓋和尾端艙蓋分別連接在主艙體的兩端，在前端艙蓋和尾端艙蓋的內(nèi)側(cè)均設(shè)置有密封圈，在前端艙蓋上固定有油壓機(jī)，油壓機(jī)的活塞桿穿過前端艙蓋伸至主艙體內(nèi)，活塞桿的端部設(shè)置有活塞桿法蘭，在主艙體的底部上表面設(shè)置有導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上放置有用于運(yùn)輸管道試件的滑車，管道試件的兩端連接有管道端部法蘭，所述的活塞桿法蘭與管道端部法蘭相匹配，管道試件的另一端上的管道端部法蘭與固定在艙體尾端艙蓋上的頂?shù)追ㄌm相匹配。本發(fā)明可以模擬深海高壓環(huán)境，進(jìn)行多種載荷作用下管道屈曲試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01M13/00GK102175437SQ201110008538
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者付明煬, 余建星, 余楊, 卞雪航, 景海泳, 林鎮(zhèn)詩, 王保建, 王永更, 馬駿 申請人:天津大學(xué)