海底管段循環(huán)加載監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種海底管線在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是一種海底管段循環(huán)加載監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)每年的石油需求已經(jīng)超過(guò)4億噸，然而我們每年能生產(chǎn)的卻只有1.9億噸左右，對(duì)于進(jìn)口原油的依賴十分嚴(yán)重。然而我國(guó)周邊海域富含豐富的油氣資源，卻尚未開發(fā)，為了進(jìn)一步減少對(duì)進(jìn)口原油的依賴程度，需要大力開展海洋油氣資源的開發(fā)。
[0003]管線運(yùn)輸在原油、天然氣的生產(chǎn)、精煉、儲(chǔ)存及使用的全過(guò)程中都起到了重要的作用。為了避免在運(yùn)輸過(guò)程中石蠟分餾產(chǎn)生的固化影響降低運(yùn)輸難度，海底油氣的運(yùn)輸通常需要在溫度和壓力的聯(lián)合作用下進(jìn)行，由于溫差和壓差的作用，管壁中會(huì)產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，由于受到海底地基土體的約束，管線的自由變形受到限制，致使管壁中的附加應(yīng)力不斷累積最終導(dǎo)致整體屈曲的發(fā)生，從而對(duì)管線的穩(wěn)定性造成威脅，為了研宄管線的穩(wěn)定性問(wèn)題，諸多學(xué)者對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了針對(duì)性的研宄，提出具有代表性的管線與土體的相互作用模型，但是這些管-土相互作用模型針對(duì)的只是管線發(fā)生小位移情況，土體抗力與管線水平向位移間的相互關(guān)系，管線的最大水平向位移往往不超過(guò)兩倍管徑。在實(shí)際情況中，管線的水平向位移能夠達(dá)到5到20倍管徑。此時(shí)小位移管-土相互作用模型就不再適用了，與此同時(shí)，在海底管線的服役過(guò)程中需要進(jìn)行數(shù)百次的開關(guān)過(guò)程，由于溫差和壓差的變化，管線會(huì)在水平方向上進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，海底管線的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中必須考慮這些問(wèn)題。因此對(duì)于管線水平向大位移往復(fù)運(yùn)動(dòng)的研宄就具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種海底管段循環(huán)加載監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠模擬海底管線發(fā)生水平向大位移往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，管線運(yùn)動(dòng)軌跡與受到地基土體約束力之間相互關(guān)系。
[0005]本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:一種海底管段循環(huán)加載監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)，包括試驗(yàn)槽、動(dòng)力傳輸裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、豎向變位裝置和實(shí)驗(yàn)配件；所述實(shí)驗(yàn)配件包括多根直徑各不相同的鋼管段和鐵砂，所述鋼管段的長(zhǎng)度小于所述試驗(yàn)槽的內(nèi)腔寬度，在所述鋼管段的兩端設(shè)有堵頭，在所述鋼管段的側(cè)壁上設(shè)有填砂口，在所述填砂口上設(shè)有門扇，所述門扇通過(guò)合頁(yè)與所述鋼管段的外壁連接，在所述鋼管段內(nèi)形成有容納所述鐵砂的腔室；試驗(yàn)時(shí)，一根所述鋼管段作為被測(cè)管段被填土掩埋或直接放置在所述試驗(yàn)槽內(nèi)，所述被測(cè)管段沿所述試驗(yàn)槽的寬度方向設(shè)置；在所述被測(cè)管段上方設(shè)有所述豎向變位裝置，所述豎向變位裝置包括固接在所述被測(cè)管段上方的連接板，在所述連接板的四個(gè)角部各設(shè)有一與其垂直的豎向?qū)к?，在所述豎向?qū)к壣显O(shè)有滑塊I，所述滑塊I與傳力板固接，在所述傳力板的下方左右兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)與其固接的滑塊II，所述滑塊II裝配在水平縱向?qū)к壣?，所述水平縱向?qū)к壯厮鲈囼?yàn)槽的長(zhǎng)度方向固定在所述試驗(yàn)槽的頂面上，在所述傳力板和所述連接板之間連接有深度傳感器或千分表，在所述連接板上設(shè)有中部減重長(zhǎng)孔；所述傳力板與所述動(dòng)力傳輸裝置連接，所述動(dòng)力傳輸裝置包括加力板和絲杠，所述絲杠通過(guò)支架支撐在所述試驗(yàn)槽的頂面上，所述加力板上固接有螺母，所述螺母通過(guò)螺紋連接在所述絲杠上，所述絲杠由伺服電機(jī)減速器驅(qū)動(dòng)，所述伺服電機(jī)減速器由控制器控制；所述加力板通過(guò)滑塊III連接在所述水平縱向?qū)к壣?，所述加力板與所述傳力板通過(guò)拉壓力傳感器連接；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括所述拉壓力傳感器、所述深度傳感器或所述千分表、一臺(tái)動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變采集儀、一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一個(gè)攝像頭，所述拉壓力傳感器和所述深度傳感器或所述千分表分別與所述動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變采集儀連接，所述動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變采集儀和所述攝像頭分別與所述計(jì)算機(jī)連接；所述攝像頭固定在支撐桿上并獲取所述被測(cè)管段運(yùn)動(dòng)方向前部土體的影像，所述支撐桿固定在所述傳力板上。
[0006]所述試驗(yàn)槽的四周是密封的，所述試驗(yàn)槽的側(cè)壁是采用鋼化玻璃制成的，在所述試驗(yàn)槽的側(cè)壁上設(shè)有沿高度方向設(shè)置的刻度。
[0007]所述堵頭是由封閉板形成的。
[0008]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:通過(guò)將被測(cè)管段固定在豎向變位裝置下方，并采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)帶動(dòng)豎向變位裝置，使被測(cè)管段能夠模擬海底管線水平向大位移往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而完成該運(yùn)動(dòng)時(shí)管線運(yùn)動(dòng)軌跡與受到地基土體約束力之間相互關(guān)系的測(cè)定。本實(shí)用新型將被測(cè)管段同動(dòng)力傳輸裝置和豎向變位裝置相連接，通過(guò)與數(shù)據(jù)采集裝置以及相關(guān)試驗(yàn)配件的相互配合，能夠有效地模擬管段在土體中的水平向循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。通過(guò)改變?cè)囼?yàn)條件，能夠分析研宄被測(cè)管段外徑、單位長(zhǎng)度管段重量、管段水平方向的移動(dòng)速率、管段的初始埋置深度、管段單向運(yùn)動(dòng)的距離、管段循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)以及土體物理性質(zhì)對(duì)于管段運(yùn)動(dòng)軌跡以及管段所受水平抗力的變化情況。其中豎向變位裝置使得被測(cè)管段在水平向移動(dòng)的過(guò)程中可以上下移動(dòng)，盡可能地模擬了海底管線的真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡。通過(guò)動(dòng)力傳輸裝置不僅可以設(shè)置被測(cè)管段的運(yùn)動(dòng)距離的大小還可確保被測(cè)管段運(yùn)動(dòng)速率按照試驗(yàn)要求變化，可以定速移動(dòng)也可以在試驗(yàn)過(guò)程中分段變速運(yùn)動(dòng)，大大增大了試驗(yàn)的可控性，能夠細(xì)化分析研宄過(guò)程。與此同時(shí)，鋼制連接板、絲杠以及水平縱向?qū)к壞軌虼_保整個(gè)傳力系統(tǒng)沿著水平方向移動(dòng)，能夠保證試驗(yàn)過(guò)程的穩(wěn)定性，增強(qiáng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。
[0009]在試驗(yàn)過(guò)程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄下每一時(shí)刻被測(cè)管段水平向位移、豎直向位移以及受到的水平向抗力的變化情況，并將每一時(shí)刻的數(shù)據(jù)變化情況通過(guò)計(jì)算機(jī)及時(shí)而又直觀地顯示在試驗(yàn)操作人員面前，能夠方便及時(shí)調(diào)整試驗(yàn)過(guò)程。同時(shí)，攝像頭記錄下了被測(cè)管段與地基土體的作用過(guò)程以及被測(cè)管段運(yùn)動(dòng)方向前部土壩的形成過(guò)程，能夠用于研宄不同試驗(yàn)條件下土阻力以及被測(cè)管段的運(yùn)動(dòng)情況。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為圖1的側(cè)視圖；
[0012]圖3為本實(shí)用新型的豎向變位裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4為本實(shí)用新型的鋼管段示意圖；
[0014]圖5采用本實(shí)用新型測(cè)定的不同重量管線在無(wú)初始埋置深度時(shí)的抗力位移曲線圖；
[0015]圖6采用本實(shí)用新型測(cè)定的不同重量管線在無(wú)初始埋置深度時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線圖。
[0016]圖中:1、伺服電機(jī)減速器；2、支架；3、拉壓力傳感器；4、加力板；5、豎向?qū)к墸?、傳力板；7、連接板；8、絲杠；9、水平縱向?qū)к墸?0、控制器；11、攝像頭；12、計(jì)算機(jī)；13、動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變采集儀；14、試驗(yàn)槽；15、被測(cè)管段；16、門扇；17、合頁(yè)；18、滑塊I ;19、滑塊II ;20、滑塊III。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0018]請(qǐng)參閱圖1?圖4，一種海底管段循環(huán)加載監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)，包括試驗(yàn)槽14、動(dòng)力傳輸裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、豎向變位裝置和試驗(yàn)配件。
[0019]所述試驗(yàn)配件包括多根直徑各不相同的鋼管段和鐵砂，所述鋼管段的長(zhǎng)度小于所述試驗(yàn)槽14的內(nèi)腔寬度，在所述鋼管段的兩端設(shè)有堵頭，在所述鋼管段的上部側(cè)壁上設(shè)有填砂口，在所述填砂口上設(shè)有門扇16，所述門扇16通過(guò)合頁(yè)17與所述鋼管段的外壁連接，在所述鋼管段內(nèi)形成有容納所述鐵砂的腔室。
[0020]鐵砂是用來(lái)增加鋼管段重量的。在本實(shí)施例中，鋼管段的長(zhǎng)度均為lm，在鋼管段上部設(shè)置一個(gè)可以自由開關(guān)的門扇，能夠方便試驗(yàn)過(guò)程中鐵砂的添加，從而減小試驗(yàn)操作的難度，減少試驗(yàn)所用時(shí)間，通過(guò)添加鐵砂可以使鋼管段的重量從空心重量到完全實(shí)心重量的較大范圍內(nèi)變化，有利于模擬各種重量的被測(cè)管段運(yùn)動(dòng)情況。被測(cè)管段采用管徑不同且兩側(cè)密封的空心鋼管，被測(cè)管段上部開填砂口便于試驗(yàn)過(guò)程中添加鐵砂，以便研宄不同管徑、不同自重與不同曲率被測(cè)管段所受土體阻力的大小；被測(cè)管段兩端的堵頭與試驗(yàn)槽兩側(cè)內(nèi)壁不接觸，既消除了被測(cè)管段端部對(duì)前方土壩的端部效應(yīng)，也最大化地減少了被測(cè)管段兩端與試驗(yàn)槽內(nèi)壁的摩擦，能夠降低試驗(yàn)誤差。
[0021]試驗(yàn)時(shí)，一根所述鋼管段作為被測(cè)管段15被填土掩埋或直接放置在所述試驗(yàn)槽14內(nèi)，所述被測(cè)管段15沿所述試驗(yàn)槽14的寬度方向設(shè)置。
[0022]在所述被測(cè)管段15上方設(shè)有所述豎向變位裝置，所述豎向變位裝置包括固接在所述被測(cè)管段15上方的連接板7，在所述連接板7的四個(gè)角部各設(shè)有一與其垂直的豎向?qū)к?，在所述豎向?qū)к?上設(shè)有滑塊I 18，所述滑塊I 18與傳力板6固接，在所述傳力板6的下方左右兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)與其固接的滑塊II 19，所述滑塊II 19裝配在水平縱向?qū)к?上，所述水平縱向?qū)к?沿所述試驗(yàn)槽14的長(zhǎng)度方向固定在所述試驗(yàn)槽14的