CN103983414A - 一种用于海底管道夹持构件的加载试验台 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于海底管道夹持构件的加载试验台，包括底座、第一-第四液压缸、四连杆机构、水平力加载压力板，底座两侧分别设置第一-第二底座导轨，四连杆机构包括支座、下连杆、上连杆、压杆，支座安装在底座上，下连杆与上连杆相连，上连杆与压杆相连，压杆中部安装在支座上，滑动导轨设置在底座上，滑动导轨上安装压力板活动支座，第一液压缸的活塞杆连接压力板活动支座，水平力加载压力板安装在压力板活动支座上，第二液压缸的活塞杆连接齿条拉杆，下连杆安装齿轮，齿条拉杆与齿轮相配合，管道试件安装在底座和上梁板之间，第三液压缸和第四液压缸的活塞杆连接上梁板。本发明精度高、结构紧凑、操作简单、加载范围大。

Description

一种用于海底管道夹持构件的加载试验台

技术领域

本发明涉及的是一种试验台，具体地说是模拟海流冲击力管道夹持构件的试验台。

背景技术

海洋油气资源开发对各国发展具有重要的战略意义，但众所周知，海洋内部环境与陆地环境具有极大的不同，海底温度低、压强大、通讯困难，再加上海洋地貌复杂，给海洋设备的设计和施工带来了很大困难。特别目前海洋油气资源开发已逐渐由浅海走向深海，以往设计时考虑的波浪对海底构件稳定性的影响在逐渐减弱，而海流则成为重点考虑的海洋环境载荷之一。在这样的深海环境下，水下作业装备设计成本高、风险大，一旦出现问题，损失非常严重，甚至有时打捞和更换费用要远远超过设计和制造的费用。因此，对于水下作业装备有必要根据不同的作业要求设计一些可靠的试验装置，用于模拟水下特殊的工作环境，从而保证水下装备在设计和工作时的可靠性。

在海洋油气资源开采过程中，用于油气平台护管固定、深水海管铺设管道连接、海管维修和油气平台桩基拆除等作业的装备占有重要地位，例如：固定电缆护管的立管卡子、金刚石串珠绳锯水下切割装备、管道切割机、水下钻孔器等等。这些装备在使用或水下作业时，大多都需要与油气平台的立管或水下铺设的管道进行固定，而夹持构件与管件连接的稳定性则是决定装备能否正常工作的基本保障，因此，合理分析海流作用下海底构件稳定性对海底构件设计与作业具有重要意义。一般对海底装备进行海流模拟有两种方法，第一是水动力模拟实验方法，第二是机械加载实验方法。但是，目前海流模拟实验主要还是针对进行水下移动作业的特种机器人进行的，还没有针对海底管道夹持构件专用的加载试验设备。

发明内容

本发明的目的在于提供利用机械加载的实验方法，模拟海水中夹持构件的受力情况的一种用于海底管道夹持构件的加载试验台。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种用于海底管道夹持构件的加载试验台，其特征是：包括底座、第一-第四液压缸、四连杆机构、水平力加载压力板，底座上设置固定板，底座的左右两侧分别设置第一-第二底座导轨，四连杆机构包括支座、下连杆、上连杆、压杆，可沿第二底座导轨移动的支座安装在底座上，下连杆与上连杆相连，上连杆与压杆相连，压杆中部安装在支座上，第一液压缸固定在滑动导轨上，滑动导轨设置在底座上，滑动导轨上安装压力板活动支座，第一液压缸的活塞杆连接压力板活动支座，水平力加载压力板安装在压力板活动支座上，第二液压缸固定在底座上，第二液压缸的活塞杆连接齿条拉杆，下连杆端部安装齿轮，齿条拉杆的齿条与齿轮相配合，齿条拉杆安装在可沿第二底座导轨移动的拉杆槽里，第二液压缸的缸筒安装在固定板上，管道试件下方通过管道固定下连接件安装在底座上，管道试件上方通过管道固定上连接件连接上梁板，第三液压缸和第四液压缸的缸筒固定在底座上，第三液压缸和第四液压缸的活塞杆连接上梁板，与管道试件相连的夹持构件设置在固定板上方、压杆下方，夹持构件上安装压板。

本发明还可以包括：

1、压力板活动支座上设置弧形的滑槽，滑槽里安装移动压力板调节螺栓，通过移动压力板调节螺栓在滑槽中的位置改变水平加载压力板与压力板活动支座的角度。

2、滑动导轨与第一底座导轨相配合，第一底座导轨上设置限制滑动导轨位置的行程开关。

本发明的优势在于：本发明可通过选用适当的管道固定连接件对不同直径管道上的夹持构件进行加载试验，具有精度高、结构紧凑、操作简单、加载范围大等特点，可满足海底管道夹持构件设计和优化的需要。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的立体图；

图3为本发明测试背负式护管卡子的示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，液压缸缸筒2通过液压缸紧固支座3与底座1进行固定，并且液压缸缸筒2轴向方向用螺栓与底座1的固定板进行连接来限制液压缸的轴向移动和转动。液压缸活塞杆4与齿条拉杆5用螺栓连接来传递动力，再通过齿条7和齿条8组成的齿轮齿条机构将动力传递给下连杆10，其中齿条7与支座11上的导轨组成移动副，导轨上有行程开关来限制齿条7在导轨上的移动范围，齿轮8通过齿轮固定铰链销轴9与支座11组成转动副。下连杆10与上连杆13通过连杆活动铰链销轴12连接，上连杆13通过压杆活动铰链销轴14与压杆15连接，压杆15通过压杆固定铰链销轴16固定在支座11上，连杆和压杆共同组成了一个四连杆机构。支座11可在底座导轨6上移动，通过导轨上的行程开关可控制支座的位置。顶升液压缸有两个，顶升液压缸缸筒17和23用螺栓与底座1进行连接，顶升液压缸活塞杆18和22用螺栓与上梁板19进行连接，驱动两液压缸可使上梁板19上下移动。液压缸缸筒27通过液压缸紧固支座26与滑动导轨31进行固定，并通过螺栓连接在滑动导轨31上来限制其轴向移动和转动。压力板活动支座29与滑动导轨31组成移动副，驱动液压缸27可调整压力板活动支座29的位置。水平加载压力板24通过销轴连接在压力板活动支座29上，移动压力板调节螺栓30在滑槽中的位置可以改变水平加载压力板24的角度。滑动导轨31与底座导轨32组成移动副，将滑动导轨31移动到最外侧再进行管道试件和夹持构件的安装，可避免安装时各部件发生干涉，导轨上有行程开关来限制滑动导轨31的位置。

工作原理：用于海底管道夹持构件的加载试验台的操作过程分为放置管道、安装夹持构件、加载试验三个步骤，具体如下：

1)放置管道首先，将上梁板19与两个顶升液压缸拆分，卸下连接螺栓，用吊装设备将上梁板移动到指定位置。然后，将管道固定上连接件20通过螺栓固定在上梁板19上，将管道固定下连接件25用螺栓固定在底座1的凸台上，再用吊装设备将管道试件21吊起，缓慢放置到管道固定下连接件25的圆锥台上。最后，将顶升液压缸活塞杆伸出，并将上梁板19重新与顶升液压缸连接，通过液压系统控制活塞杆缓慢回退，直到与上梁板19连接的管道固定上连接件20能够与管道试件21接触，用焊接设备将管道固定上连接件与管道试件焊接在一起，调整液压缸的压力，使管道试件21能够稳定固定。

2)安放夹持构件将海流水平载荷模拟机构和海流垂直载荷模拟机构通过底座1上的底座导轨6和32移动到两侧的极限位置，再通过吊装设备将夹持构件33吊放到对应位置，用紧固工具将夹持构件33与管道试件21连接上，最后将压板34放置在夹持构件33上面。

3)加载试验将海流水平载荷模拟机构沿底座导轨32移动，并通过调整压力板调节螺栓30的位置使水平加载压力板24与夹持构件紧密贴合，驱动海流水平载荷模拟机构的液压缸即可对夹持构件施加一定的水平方向的载荷；将海流垂直载荷模拟机构沿底座导轨6移动到左端的极限位置并固定，驱动海流垂直载荷模拟机构的液压缸将动力传递给齿条拉杆5，再通过齿轮齿条机构和四连杆机构驱动压杆15向下运动，将压力作用到压板34上，此时夹持构件受到来自压板的垂直方向的载荷，通过压板上的压力传感器即可测量夹持构件受到的垂直载荷的大小。同时驱动海流水平载荷模拟机构和海流垂直载荷模拟机构的液压缸可实现不同形式的载荷组合方式；并且可以通过预先给夹持构件施加一定的载荷，然后驱动顶升液压缸向上运动来模拟当水下立管在海流作用下进行上下沉浮运动时夹持构件的受载情况。

首先，驱动顶升液压缸将管道试件固定在试验台基座上，将需要试验的夹持构件连接在管道试件上，分别驱动水平载荷模拟机构和垂直载荷模拟机构的液压缸可对夹持构件施加横向或纵向的载荷，还可根据具体海域的海流情况同时驱动两个载荷模拟机构的液压缸来实现不同形式的载荷组合方式，以更准确地模拟夹持构件在水下的受载情况；其次，通过水平载荷压力板和压杆给夹持构件施加预定的载荷，再通过驱动两个顶升液压缸使管道试件向上运动，可用于模拟当水下立管在海流作用下进行上下沉浮运动时夹持构件的受载情况。

此用于海底管道夹持构件的加载试验台是一种主要对水下背负式卡子或水下作业设备的夹紧构件进行模拟海流冲击力的试验装置，它可同时在水平方向和垂直方向上对夹持构件进行加载试验。它主要应用于直径在φ700～1100mm范围的管道上的夹持构件的加载试验；水平载荷模拟机构压力板活动支座行程500mm，水平加载压力板调整角度范围－40°～+40°，液压缸1规格：φ130mm，行程180mm，额定压力50Mpa；垂直载荷模拟机构支座行程180mm，下连杆长度580mm，上连杆长度640mm，压杆规格：长度1400mm，调整角度范围－10°～+10°，液压缸2规格：φ130mm，行程180mm，额定压力50Mpa；顶升液压缸规格：φ200mm，行程550mm，额定压力63Mpa。

此用于海底管道夹持构件的加载试验台以对背负式立管卡子33进行模拟海流冲击力试验为例，试验时在背负式立管卡子上放置一块压板34，加载时先将压杆15的压力传给压板，再作用到背负式立管卡子上，使作用载荷更加均匀。

Claims (3)

1.一种用于海底管道夹持构件的加载试验台，其特征是：包括底座、第一-第四液压缸、四连杆机构、水平力加载压力板，底座上设置固定板，底座的左右两侧分别设置第一-第二底座导轨，四连杆机构包括支座、下连杆、上连杆、压杆，可沿第二底座导轨移动的支座安装在底座上，下连杆与上连杆相连，上连杆与压杆相连，压杆中部安装在支座上，第一液压缸固定在滑动导轨上，滑动导轨设置在底座上，滑动导轨上安装压力板活动支座，第一液压缸的活塞杆连接压力板活动支座，水平力加载压力板安装在压力板活动支座上，第二液压缸固定在底座上，第二液压缸的活塞杆连接齿条拉杆，下连杆端部安装齿轮，齿条拉杆的齿条与齿轮相配合，齿条拉杆安装在可沿第二底座导轨移动的拉杆槽里，第二液压缸的缸筒安装在固定板上，管道试件下方通过管道固定下连接件安装在底座上，管道试件上方通过管道固定上连接件连接上梁板，第三液压缸和第四液压缸的缸筒固定在底座上，第三液压缸和第四液压缸的活塞杆连接上梁板，与管道试件相连的夹持构件设置在固定板上方、压杆下方，夹持构件上安装压板。

2.根据权利要求1所述的一种用于海底管道夹持构件的加载试验台，其特征是：压力板活动支座上设置弧形的滑槽，滑槽里安装移动压力板调节螺栓，通过移动压力板调节螺栓在滑槽中的位置改变水平加载压力板与压力板活动支座的角度。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于海底管道夹持构件的加载试验台，其特征是：滑动导轨与第一底座导轨相配合，第一底座导轨上设置限制滑动导轨位置的行程开关。