一種多功能加載管道整體屈曲實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種多功能加載管道整體屈曲實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括：自平衡反力架(1)，機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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)。本實(shí)用新型可以實(shí)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，涉及一種管道整體屈曲實(shí)驗(yàn)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(chǔ)存設(shè)備，原油必須以很高的溫度和壓力進(jìn)行運(yùn)輸。同時(shí)，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(jìn)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(jìn)行分析，這顯然是不符合實(shí)際的。
[0003]已有的海底管道整體屈曲實(shí)驗(yàn)裝置，具有單一加載功能，比如機(jī)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(jī)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(shí)驗(yàn)裝置。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是克服現(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(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0005]一種多功能加載管道整體屈曲實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用于對(duì)管道(7)進(jìn)行測試，包括:自平衡反力架(1)，機(jī)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，
[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(dòng)底座(3a)、固定在可滑動(dòng)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(jī)械加載裝置(2)包括機(jī)械加載底座(2a)、固定在機(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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)的后端設(shè)置有固定端滑軌(Ic)，在固定端滑軌(Ic)上通過滑塊固定有出口固定端底座(9a)，在出口固定端底座(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；
[0009]所述的管道液體循環(huán)裝置(5)包括原料罐(5a)，進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)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(duì)稱分布有多對(duì)側(cè)向支撐(8)，每個(gè)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(dòng)底座(8a)，長圓鋼(Sb)，螺母(Sc)和擋板(8d)，長圓鋼(Sb)放置在可動(dòng)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(duì)管道(7)施加側(cè)向力的位置。
[0012]本實(shí)用新型提供了一套完整的液體循環(huán)系統(tǒng)以及機(jī)械加載系統(tǒng)，可以實(shí)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實(shí)用新型專利的實(shí)施技術(shù)方案，下面對(duì)實(shí)施例將要使用的附圖進(jìn)行說明，顯然，下述附圖僅是本實(shí)用新型專利的一些實(shí)施方案，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖發(fā)展其他實(shí)施方案。
[0014]圖1是本實(shí)用新型專利多功能加載管道整體屈曲實(shí)驗(yàn)裝置的平面組成示意圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型專利多功能加載管道整體屈曲實(shí)驗(yàn)裝置的自平衡反力架軸測圖；
[0016]圖2a是本實(shí)用新型專利多功能加載管道整體屈曲實(shí)驗(yàn)裝置的自平衡反力架加載端軸測圖；
[0017]圖2b是本實(shí)用新型專利多功能加載管道整體屈曲實(shí)驗(yàn)裝置的自平衡反力架固定端軸測圖；
[0018]圖3是本實(shí)用新型專利多功能加載管道整體屈曲實(shí)驗(yàn)裝置的多功能加載塊分解示意圖；
[0019]圖4是本實(shí)用新型專利多功能加載管道整體屈曲實(shí)驗(yàn)裝置的側(cè)向支撐軸測圖；
[0020]圖5是本實(shí)用新型專利多功能加載管道整體屈曲實(shí)驗(yàn)裝置的管道應(yīng)變片及熱電偶布置不意圖。
[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(jī)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(dòng)底座，3b是加載塊，3c是排氣閥丨I，3d是液體進(jìn)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(jìn)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(yàn)段；
[0029]8是側(cè)向約束，8a是可動(dòng)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(shí)施方式】
[0034]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型專利實(shí)施技術(shù)方案進(jìn)行清晰、完整的描述，顯然，所描述的施例僅是本實(shí)用新型專利的一部分施例，而非全部施例。基于本實(shí)用新型專利中的施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)新性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他施例，都屬于本實(shí)用新型專利保護(hù)的范圍。
[0035]實(shí)施方式一
[0036]普通機(jī)械加載方式。若采用普通機(jī)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(yàn)。如圖1-2所示，本實(shí)用新型專利實(shí)施例提出的普通機(jī)械加載管道整體屈曲模擬試驗(yàn)裝置，其包括自平衡反力架1，機(jī)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(dòng)底座3a、引導(dǎo)塊底座4a以及底座9a固定。機(jī)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(dòng)底座8a，長圓鋼8b，螺母8c，擋板8d?？蓜?dòng)底座8a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(duì)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(yàn)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(yàn)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(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)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(duì)管道7施加軸向力，管道試驗(yàn)段7b發(fā)生整體屈曲。
[0041]此外，管道試驗(yàn)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(dòng)，待滑動(dòng)至設(shè)計(jì)位置，通過緊固螺栓11緊固出口固定端9即可。
[0042]對(duì)于某些試驗(yàn)，側(cè)向約束8不是必須的。
[0043]管道試驗(yàn)段7b下方可以填土，用于模擬實(shí)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(yàn)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(shí)施方式二
[0046]溫、壓加載方式。如圖1-2所示，本實(shí)用新型專利實(shí)施例提出的溫、壓加載管道整體屈曲模擬試驗(yàn)裝置，其包括自平衡反力架1，機(jī)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(shí)驗(yàn)裝置基本組裝過程同實(shí)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1，將流入管道5e接入加載塊3b的液體進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dòng)進(jìn)料泵5b和預(yù)熱器5c，此時(shí)原料泵5b中液體開始在閉合回路中流動(dòng)，回路中氣體會(huì)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(shí)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(yàn)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(yàn)設(shè)備調(diào)試完成。
[0051]加載時(shí)，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(shí)時(shí)監(jiān)測管道7內(nèi)力和溫度。
[0052]實(shí)施方式三
[0053]溫、壓、機(jī)械混合加載方式。如圖1-2所示，本實(shí)用新型專利實(shí)施例提出的溫、壓、機(jī)械加載管道整體屈曲模擬試驗(yàn)裝置，其包括自平衡反力架1，機(jī)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(shí)驗(yàn)裝置基本組裝過程同實(shí)施方式二。
[0054]在通過溫壓控制器6進(jìn)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(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)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(duì)管道7施加預(yù)軸力。機(jī)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(dòng)管道7內(nèi)液體循環(huán)，對(duì)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用于對(duì)管道(7)進(jìn)行測試，包括:自平衡反力架(1)，機(jī)械加載裝置(2)，多功能加載塊(3)和管道引導(dǎo)塊(4)，其特征在于，所述的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還包括液體循環(huán)裝置(5)和控制器￠)，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(dòng)底座(3a)、固定在可滑動(dòng)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(jī)械加載裝置(2)包括機(jī)械加載底座(2a)、固定在機(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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)的后端設(shè)置有固定端滑軌(Ic)，在固定端滑軌(Ic)上通過滑塊固定有出口固定端底座(9a)，在出口固定端底座(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(％)上； 所述的管道液體循環(huán)裝置(5)包括原料罐(5a)，進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(duì)稱分布有多對(duì)側(cè)向支撐(8)，每個(gè)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(dòng)底座(8a)，長圓鋼(Sb)，螺母(Sc)和擋板(8d)，長圓鋼(Sb)放置在可動(dòng)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(duì)管道(7)施加側(cè)向力的位置。
【文檔編號(hào)】G01N3/02GK204086036SQ201420542160
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)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(qǐng)人:天津大學(xué)