一種去除端部土體影響的海底管道側(cè)向屈曲實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種去除端部土體影響的海底管道側(cè)向屈曲實驗裝置，該裝置包括海底管道模型、端土影響消除裝置、滑動小車、試驗土箱、拉力傳感器以及連接所述拉力傳感器的采集儀和連接所述采集儀的計算機。本發(fā)明的優(yōu)點是：以端土影響消除裝置與海底管道模型兩端部的軟連接，實現(xiàn)了去除端部土體對實驗?zāi)Ｐ陀绊懙募夹g(shù)目的，解決了本技術(shù)領(lǐng)域只能截取某一有限段長度的管道進行研究而無法通過模型試驗全面觀測海底管道側(cè)向屈曲變形過程中受力情況及土體情況的一大難題，具有很好的實用性。
【專利說明】
一種去除端部土體影響的海底管道側(cè)向屈曲實驗裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的試驗裝置，更具體地說，本發(fā)明涉及一種去除端部土體影響的海底管道側(cè)向屈曲實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于陸地石油資源日益匱乏，海洋油氣資源的開發(fā)得到了迅猛發(fā)展。海底管道是海洋油氣輸送的主要方式之一，隨著海洋油氣資源的開發(fā)和利用，管道的工作壓力不斷提高，其設(shè)計溫度普遍達到或超過100°c，甚至可能達到150°C的高溫，出現(xiàn)了越來越多在高溫/高壓下工作的海底管道。當(dāng)管道的運行溫度和壓力高于周圍環(huán)境時，管道將膨脹，如果管道的軸向變形受到限制，那么管道將承受軸向載荷。而溫度引起的軸向力很難通過管道的軸向伸長來釋放，當(dāng)管道中的軸向載荷達到一定值時，管道就會發(fā)生整體屈曲。對己有海底管道的調(diào)查表明，管道屈曲變形對管道壽命的影響已不容忽視。海底管道在溫度應(yīng)力下的屈曲變形問題成為管道設(shè)計的關(guān)鍵性問題。
[0003]鑒于此，海底管道的側(cè)向屈曲問題已引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，而研究海底管道側(cè)向屈曲最有效的研究方法之一就是模型實驗。通過模型實驗，可以比較全面的觀測到海底管道的側(cè)向屈曲現(xiàn)象及其主要特征，獲得較為可靠的實驗結(jié)果。實驗結(jié)果可用來效驗理論和數(shù)值模型的精度。如1998年第20期《Applied Ocean Research》雜志中的“On the designof integral buckle arrestors for offshore pipelines”(整體式止屈器在海洋管道上的設(shè)計)采用了長度為管徑直徑20倍左右的實驗管件模型研究雙整體式止屈器性能實驗。2000年第37期《Internat1nal Journal of Solids and Structures》雜志中的 “On thedynamics of propagating buckles in pipelines”(管道屈曲傳播動態(tài))采用了長度為管徑直徑50倍左右的實驗管件模型研究了管道屈曲傳播實驗。目前已有的實驗多是小尺寸屈曲傳播和止屈實驗，因此實驗結(jié)果能否適用于實際還有待進一步研究。
[0004]鑒于空間的限制使全尺度的海底管道側(cè)向屈曲實驗難以實現(xiàn)，只能截取某一有限段長度的管道進行研究，然而應(yīng)用有限長的海底管道模型模擬實際的海底管道模型必然會帶來很多問題，尤其是管道端部對管道的影響，因此，如何去除端部土體對實驗?zāi)Ｐ偷挠绊懀蔀楸绢I(lǐng)域的一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是解決上述技術(shù)問題，并為此提供一種去除端部土體影響的海底管道側(cè)向屈曲實驗裝置。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種去除端部土體影響的海底管道側(cè)向屈曲實驗裝置，包括海底管道模型、端土影響消除裝置、滑動小車、試驗土箱、拉力傳感器以及連接所述拉力傳感器的采集儀和連接所述采集儀的計算機；
[0008]所述的海底管道模型設(shè)置在所述的試驗土箱中，它由密封鐵管以及對稱連接在所述密封鐵管上端的兩個連接桿構(gòu)成，兩個所述的連接桿分別通過拉力傳感器連接土抗力測桿，兩個所述土抗力測桿的頂部分別通過中部固定卡子連接所述的滑動小車；
[0009]所述的端土影響消除裝置包括分別通過不銹鋼扎帶密封固定在所述密封鐵管兩端面的橡皮模，兩個所述橡皮模的外側(cè)設(shè)置有側(cè)向端蓋，兩個所述的側(cè)向端蓋上設(shè)置有支撐桿，兩個所述的支撐桿分別通過端部固定卡子連接所述的滑動小車；
[0010]所述的試驗土箱內(nèi)裝有將所述的海底管道模型埋沒至密封鐵管中心線處的試驗用沙土；
[0011 ]所述的滑動小車設(shè)置在所述試驗土箱頂部的小車滑軌上；
[0012]本發(fā)明的有益效果是:克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，以端土影響消除裝置與海底管道模型兩端部的軟連接，實現(xiàn)了去除端部土體對實驗?zāi)Ｐ陀绊懙募夹g(shù)目的，解決了本技術(shù)領(lǐng)域只能截取某一有限段長度的管道進行研究而無法通過模型試驗全面觀測海底管道側(cè)向屈曲變形過程中受力情況及土體情況的一大難題，具有很好的實用性。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是圖1的側(cè)視圖；
[0015]圖3是圖1中海底管道模型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是圖1中構(gòu)成端土影響消除裝置的部分構(gòu)件連接圖。
[0017]圖中標(biāo)記:
[0018]1-海底管道模型 2-端部固定卡子3-滑動小車
[0019]4-中部固定卡子 5-土抗力測桿6-小車滑軌
[0020]7_支撐桿 8_側(cè)向端蓋9_橡皮膜
[0021]10-不銹鋼扎帶 11-試驗土箱12-連接桿
[0022]13-試驗用沙土 14-拉力傳感器15-密封鐵管
【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的優(yōu)點和特征更容易被清楚理解，下面結(jié)合附圖和實施例對其技術(shù)方案作以詳細說明。
[0024]本發(fā)明的去除端部土體影響的海底管道側(cè)向屈曲實驗裝置，包括海底管道模型1、端土影響消除裝置、滑動小車3、拉力傳感器14、試驗土箱11以及連接所述拉力傳感器14的采集儀和連接所述采集儀的計算機；
[0025]參照圖1并結(jié)合圖2、圖3、圖4:
[0026]所述的海底管道模型I置于所述的試驗土箱11中，它由密封鐵管15以及對稱連接在所述密封鐵管15上端的兩個連接桿12構(gòu)成，兩個所述的連接桿12分別通過拉力傳感器14連接土抗力測桿5，兩個所述土抗力測桿5的頂部分別通過中部固定卡子4連接所述的滑動小車3;
[0027]所述的端土影響消除裝置包括分別通過不銹鋼扎帶10密封固定在所述密封鐵管15兩端面的橡皮模9，兩個所述橡皮模9的外側(cè)安裝側(cè)向端蓋8，兩個所述的側(cè)向端蓋8上連接支撐桿7，兩個所述的支撐桿7分別通過端部固定卡子2連接所述的滑動小車3;
[0028]所述的試驗土箱11內(nèi)裝有將所述的海底管道模型I埋沒至密封鐵管15中心線處的試驗用沙土 13;
[0029]所述的滑動小車3設(shè)置在所述試驗土箱11頂部的小車滑軌上。
[0030]在本發(fā)明的工作過程中，所述的支撐桿7在滑動小車3的移動過程中與所述的海底管道模型I保持相對靜止，且由于所述端土影響消除裝置中的橡皮模9通過不銹鋼扎帶10密封固定在所述海底管道模型I端部與側(cè)向端蓋8之間極小密閉的空隙內(nèi)，可以有效消除端部土體的影響。
[0031 ]本發(fā)明的制作與使用過程是:
[0032](I)試驗前，根據(jù)所述海底管道模型I的尺度和實驗工況，確定所述試驗土箱11的尺寸、滑動小車3的速度以及試驗用沙土 13的材質(zhì)和用量；
[0033](2)制作所述的海底管道模型1、滑動小車3、試驗土箱11以及端土影響消除裝置并完成整個裝置的組裝，使其中的拉力傳感器14連接采集儀，并使所述采集儀連接計算機；
[0034](3)通過變頻器調(diào)節(jié)所述滑動小車3在所述小車滑軌6上的移動速度，然后開始試驗；
[0035](4)啟動所述的滑動小車3，使其拖動所述的海底管道模型I隨之沿所述的小車滑軌6移動，并通過所述的拉力傳感器14對土抗力信號的拾取，由所述的土抗力測桿5測得可消除端土影響的土抗力。
[0036]以上參照附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行了示意性描述，該描述沒有限制性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，在實際應(yīng)用中，本發(fā)明中各個技術(shù)特征均可能發(fā)生某些變化，而其他人員在其啟示下也可能做出相似設(shè)計。特別需要指出的是:只要不脫離本發(fā)明的設(shè)計宗旨，所有顯而易見的細節(jié)變化或相似設(shè)計，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種去除端部土體影響的海底管道側(cè)向屈曲實驗裝置，包括海底管道模型、端土影響消除裝置、滑動小車、試驗土箱、拉力傳感器以及連接所述拉力傳感器的采集儀和連接所述采集儀的計算機，其特征在于:所述的海底管道模型設(shè)置在所述的試驗土箱中，它由密封鐵管以及對稱連接在所述密封鐵管上端的兩個連接桿構(gòu)成，兩個所述的連接桿分別通過拉力傳感器連接土抗力測桿，兩個所述土抗力測桿的頂部分別通過中部固定卡子連接所述的滑動小車;所述的端土影響消除裝置包括分別通過不銹鋼扎帶密封固定在所述密封鐵管兩端面的橡皮模，兩個所述橡皮模的外側(cè)設(shè)置有側(cè)向端蓋，兩個所述的側(cè)向端蓋上設(shè)置有支撐桿，兩個所述的支撐桿分別通過端部固定卡子連接所述的滑動小車;所述的試驗土箱內(nèi)裝有將所述的海底管道模型埋沒至密封鐵管中心線處的試驗用沙土;所述的滑動小車設(shè)置在所述試驗土箱頂部的小車滑軌上。
【文檔編號】G01N3/08GK105823687SQ201610297835
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月7日
【發(fā)明人】韓慶華, 徐萬海, 蘆燕, 馬燁璇
【申請人】天津大學(xué)