專利名稱：一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對立管進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的裝置，特別是關(guān)于一種立式的疲勞試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
對于海洋油氣開采中立管裝置的疲勞試驗(yàn)，現(xiàn)階段主要采用的是對光滑的小試件 進(jìn)行疲勞試驗(yàn)；一般立管實(shí)尺度彎曲疲勞試驗(yàn)裝置主要采用“臥式”裝置，可以給出立管在 彎矩作用下的疲勞壽命，經(jīng)濟(jì)成本比較低。但是“臥式”裝置不能反映重力作用對立管疲勞 壽命影響，而重力也是立管在真實(shí)海況下一個不可忽略的因素。此外，現(xiàn)有的疲勞試驗(yàn)裝 置，或者只是針對立管上部進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，或者只是針對立管下部泥面處進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，而 立管觸地點(diǎn)附近的疲勞問題也是當(dāng)代海洋技術(shù)中一個不可忽略的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置，它既可以模擬 立管上部受環(huán)境載荷作用時的疲勞狀況，也可以模擬立管下部在觸地點(diǎn)區(qū)域附近的疲勞狀 況，做到一裝置多用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置，在模擬 立管上部受環(huán)境載荷作用的疲勞狀況時，它如下設(shè)置包括一立式塔架，在立式塔架上橫向 固定一剛性上底板，兩個頂部作用缸均將作用缸的底座連接到所述剛性上底板的底部，兩 個所述頂部作用缸的活塞桿伸出端均鉸接到一剛性連接板，所述剛性連接板下端固定連接 試驗(yàn)立管；所述試驗(yàn)立管的下端由一底部作用缸的活塞桿支撐連接，所述底部作用缸的底 座固定在所述立式塔架上；在與試驗(yàn)立管中下部位置對應(yīng)的所述立式塔架上，固定一水平 作用缸，水平作用缸的活塞桿在伸縮過程中抵觸到所述試驗(yàn)立管上。上述剛性連接板下端可通過一立管套頭固定連接所述試驗(yàn)立管。在模擬立管下部在觸地點(diǎn)區(qū)域附近的疲勞狀況時，它如下設(shè)置包括一立式塔架， 在立式塔架上橫向固定一剛性上底板，兩個頂部作用缸均將作用缸的底座連接到所述剛性 上底板的底部，兩個所述頂部作用缸的活塞桿伸出端均鉸接到一剛性連接板，所述剛性連 接板下端鉸接試驗(yàn)立管；所述試驗(yàn)立管的另一端伸入到一臥式沙槽中，并由位于臥式沙槽 另一端的固定裝置固定；所述臥式沙槽內(nèi)放有沙，水。上述剛性連接板的下端可通過一連接桿鉸接所述試驗(yàn)立管。所述頂部作用缸、底部作用缸、水平作用缸均由伺服機(jī)構(gòu)控制，其中對所述頂部作 用缸加以某概率分布的交變力。所述頂部作用缸、底部作用缸、水平作用缸為液壓缸。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有的有益效果是本發(fā)明采用一套裝置，通過 不同部件的按需動作，可以模擬實(shí)現(xiàn)立管上部與平臺連接區(qū)域的疲勞試驗(yàn)，還可以模擬立 管下部井口區(qū)域和泥面接觸區(qū)域的疲勞試驗(yàn)。在做上部試驗(yàn)時，由頂部作用缸、底部作用缸和水平作用缸共同作用于試驗(yàn)立管，完成立管上部在環(huán)境載荷作用下的疲勞試驗(yàn)。在做下 部試驗(yàn)時，頂部作用缸作用于試驗(yàn)立管，頂部作用缸既可模擬立管在觸地點(diǎn)附近的升降運(yùn) 動，又可以模擬立管在觸地點(diǎn)附近的水平運(yùn)動。試驗(yàn)立管鉸接在頂部作用缸的下方，并伸入 到沙槽中，從而在模擬立管在觸地點(diǎn)附近的循環(huán)位移。試驗(yàn)立管內(nèi)裝有水，兩端封閉，加內(nèi) 壓，可模擬立管在深海中的真實(shí)工作狀況。


圖1是模擬立管上部與平臺連接區(qū)域的疲勞裝置示意圖；圖2是模擬立管下部井口區(qū)域和泥面接觸區(qū)域的疲勞裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1、2所示，一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置，它總體上包括如下關(guān)鍵部件立式塔 架1、頂部作用缸3和4、底部作用缸8、水平作用缸9、臥式沙槽11。當(dāng)做關(guān)于立管上部與平 臺連接區(qū)域的疲勞模擬試驗(yàn)時，主要應(yīng)用立式塔架1、頂部作用缸3和4、底部作用缸8、水平 作用缸9完成試驗(yàn)。當(dāng)做關(guān)于立管下部與泥面接觸區(qū)域的疲勞模擬試驗(yàn)時，主要應(yīng)用立式 塔架1、頂部作用缸3和4和臥式沙槽11完成試驗(yàn)。圖1為模擬立管上部與平臺連接區(qū)域的立式疲勞試驗(yàn)示意圖，它在立式塔架1的 上端固定安裝一剛性上底板2。頂部作用缸3、4的底座部分分別連接到剛性上底板2的底 部，并且作用缸3、4并排設(shè)置，其活塞桿下端鉸接到一剛性連接板5上。剛性連接板5的底 部固連一立管套頭6，立管套頭6上連接試驗(yàn)立管7。試驗(yàn)立管7豎直設(shè)置在裝置中，試驗(yàn) 立管7的下端和底部作用缸8連接，具體為底部作用缸8的底座固定在塔架1的底部，底部 作用缸8的活塞桿端連接到試驗(yàn)立管7的下端。在與試驗(yàn)立管7中下部位置對應(yīng)的塔架1 上，固定一水平作用缸9，水平作用缸9的活塞桿在伸縮過程中能夠抵觸到試驗(yàn)立管7上，并 對試驗(yàn)立管7能施一橫向力。圖1所示的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)主要由頂部作用缸3和4、底部作用缸8和水平作用缸9共同 作用于試驗(yàn)立管7，完成立管上部在環(huán)境載荷作用下的疲勞試驗(yàn)。頂部作用缸3、4用來模 擬平臺的橫搖和縱搖運(yùn)動，底部作用缸8用來模擬立管的軸向張力，水平作用缸9用來模擬 該位置立管和平臺的相對水平位移。與目前的臥式裝置一樣，試驗(yàn)立管7內(nèi)裝有水，兩端封 閉，加內(nèi)壓，以便模擬立管在深海中的真實(shí)工作狀況。圖2為模擬立管下部在泥面接觸區(qū)域附近的疲勞試驗(yàn)示意圖。它是將剛性上底板 2固定在立式塔架1中下部，具體高度根據(jù)立管長度及試驗(yàn)需要確定。與立管上部疲勞試驗(yàn) 裝置一樣，它在剛性上底板2的底部連接頂部作用缸3、4，作用缸3、4并排設(shè)置，其活塞桿下 端鉸接到剛性連接板5上。所不同的是，剛性連接板5下端不是通過立管套頭6固定連接 試驗(yàn)立管7，而是通過一連接桿10鉸接試驗(yàn)立管7。當(dāng)然，也可以是利用立管套頭6鉸接試 驗(yàn)立管7。在上述兩個實(shí)施例中，也可以不用立管套頭6或連接桿10，而是直接由剛性連接 板5下端固接或鉸接試驗(yàn)立管7。如圖2所示，模擬立管下部在泥面接觸區(qū)域的疲勞試驗(yàn)還有一個不同點(diǎn)是，試驗(yàn)立管7的另一端不是由底部作用缸8支撐，而是伸入到臥式沙槽11中，并由位于臥式沙槽 11另一端的固定裝置12固定。臥式沙槽11內(nèi)部放沙，水，以模擬真實(shí)海況。
水平作用缸9在模擬立管下部在泥面接觸區(qū)域的疲勞試驗(yàn)中，也不需要用。圖2所示的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)主要由頂部作用缸3和4作用于試驗(yàn)立管7，頂部作用缸3和 4既可模擬立管在觸地點(diǎn)附近的升降運(yùn)動，又可以模擬立管在觸地點(diǎn)附近的水平運(yùn)動。試 驗(yàn)立管7內(nèi)裝有水，兩端封閉，加內(nèi)壓，以模擬立管在深海中的真實(shí)工作狀況。試驗(yàn)立管7 鉸接在頂部作用缸3和4的下方，并伸入到沙槽中，從而在模擬立管在觸地點(diǎn)附近的循環(huán)位 移。本發(fā)明中的頂部作用缸3、4，底部作用缸8，水平作用缸9均由伺服機(jī)構(gòu)控制，其中 對頂部作用缸3和4加以某概率分布的交變力，從而在立管的上端提供交變循環(huán)的彎矩，控 制各個參數(shù)，從而得到不同狀況下立管的疲勞壽命。頂部作用缸3、4，底部作用缸8，水平作 用缸9均可以為液壓缸，用液壓伺服機(jī)構(gòu)控制各個作用缸的力。
權(quán)利要求
1.一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于它包括一立式塔架，在立式塔架上橫向 固定一剛性上底板，兩個頂部作用缸均將作用缸的底座連接到所述剛性上底板的底部，兩 個所述頂部作用缸的活塞桿伸出端均鉸接到一剛性連接板，所述剛性連接板下端固定連接 試驗(yàn)立管；所述試驗(yàn)立管的下端由一底部作用缸的活塞桿支撐連接，所述底部作用缸的底 座固定在所述立式塔架上；在與試驗(yàn)立管中下部位置對應(yīng)的所述立式塔架上，固定一水平 作用缸，水平作用缸的活塞桿在伸縮過程中抵觸到所述試驗(yàn)立管上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于所述頂部作用缸、底 部作用缸、水平作用缸均由伺服機(jī)構(gòu)控制，其中對所述頂部作用缸加以某概率分布的交變 力。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于所述頂部作用 缸、底部作用缸、水平作用缸為液壓缸。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于所述剛性連接 板下端通過一立管套頭固定連接所述試驗(yàn)立管。
5.如權(quán)利要求3所述的一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于所述剛性連接板下 端通過一立管套頭固定連接所述試驗(yàn)立管。
6.一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于它包括一立式塔架，在立式塔架上橫向 固定一剛性上底板，兩個頂部作用缸均將作用缸的底座連接到所述剛性上底板的底部，兩 個所述頂部作用缸的活塞桿伸出端均鉸接到一剛性連接板，所述剛性連接板下端鉸接試驗(yàn) 立管；所述試驗(yàn)立管的另一端伸入到一臥式沙槽中，并由位于臥式沙槽另一端的固定裝置 固定；所述臥式沙槽內(nèi)放有沙，水。
7.如權(quán)利要求6所述的一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于所述頂部作用缸由 伺服機(jī)構(gòu)控制，其中對所述頂部作用缸加以某概率分布的交變力。
8.如權(quán)利要求6或7所述的一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于所述頂部作用 缸為液壓缸。
9.如權(quán)利要求6或7所述的一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于所述剛性連接 板的下端通過一連接桿鉸接所述試驗(yàn)立管。
10.如權(quán)利要求8所述的一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于所述剛性連接板的 下端通過一連接桿鉸接所述試驗(yàn)立管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種立管立式疲勞試驗(yàn)裝置，它包括立式塔架、頂部作用缸、底部作用缸、水平作用缸、臥式沙槽。當(dāng)模擬立管上部疲勞試驗(yàn)時，在立式塔架上橫向固定一剛性上底板，兩個頂部作用缸連接到剛性上底板上，兩個頂部作用缸的活塞桿鉸接到一剛性連接板，剛性連接板下端固定連接試驗(yàn)立管；試驗(yàn)立管的下端由一底部作用缸支撐連接，在與試驗(yàn)立管中下部位置對應(yīng)的位置固定一水平作用缸，水平作用缸的活塞桿能抵觸到所述試驗(yàn)立管上。當(dāng)模擬立管下部疲勞試驗(yàn)時，剛性連接板下端鉸接試驗(yàn)立管，立管的另一端伸入到臥式沙槽中，并由固定裝置固定；沙槽內(nèi)放有沙，水。本發(fā)明既可模擬立管上部疲勞狀況，也可模擬立管下部疲勞狀況，做到一裝置多用。
文檔編號G01N3/00GK102095630SQ20101060615
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者付世曉, 宋夏, 張恩勇, 曹靜, 楊建民, 沙勇, 王德禹, 陳嚴(yán)飛 申請人:上海交通大學(xué), 中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心