[發明專利]一種深水海底管道屈曲試驗裝置

無效

• 申請號: 201110008538.3
• 申請日: 2011-01-14
• 公開（公告）號: CN102175437A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 余建星;卞雪航;余楊;付明煬;王永更;林鎮詩;王保建;馬駿;景海泳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明屬于深海石油開發開采及運輸技術領域，涉及一種海底管道屈曲試驗裝置。

背景技術

海洋環境尤其是深海環境條件復雜多樣，海底管道不僅承受自重、外部靜水壓力、內部壓力、介質溫度、預應力、管線附件作用力、覆蓋物及海床作用力、清管操作引起的作用力等功能性載荷，以及風、浪、流、冰(對于立管或登陸管線段)和地震等環境載荷，還要面臨極端海況、船舶碰撞、落物、沙土液化、操作故障等偶然載荷的挑戰。鋪設于深水區域的管線極有可能在外載荷的作用下出現失效，如管線懸跨段的屈服失效、由于深水區域的高靜水壓力以及軸向力導致的管道屈曲、壓潰、管道的疲勞失效等。海底管線一旦因各種原因而導致破損泄漏、斷裂等事故的發生，不僅會對國家經濟造成巨大損失，而且也對海洋環境造成嚴重污染。因此，需要對深水海底管道的結構特性等關鍵技術進行研究。

目前，深水管道的結構屈曲理論的研究尚處于探索階段，需要對深水海底管道屈曲機理和條件進行試驗研究，以驗證和改進屈曲理論。而目前國內外開發了多種用于研究管道屈曲的試驗裝置，并完善了管道屈曲試驗技術。如挪威的鐘形壓力艙，立式放置，用于測量板的上下兩面在靜水壓力差作用下的屈曲性能，但該壓力艙室最高承壓只有4Mpa；而國內的915壓力筒工作段尺度直徑1.5m，工作段長度2.9m，該壓力筒同樣是立式的，而適用于較長管件并考慮多種載荷組合的管道屈曲試驗裝置在國內還沒有出現。

發明內容

本發明目的是提供一種可以模擬深海高壓環境，進行多種載荷作用下管道屈曲試驗的裝置。本發明的技術方案如下：

一種深水海底管道屈曲試驗裝置，用于對管道試件進行屈曲試驗，該裝置包括由主艙體、前端艙蓋、艙體尾端艙蓋構成的壓力艙，前端艙蓋和尾端艙蓋分別連接在主艙體的兩端，在前端艙蓋和尾端艙蓋的內側均設置有密封圈，在前端艙蓋上固定有油壓系統，油壓系統的活塞桿穿過前端艙蓋伸至主艙體內，活塞桿的端部設置有活塞桿法蘭，在主艙體的底部上表面設置有導軌，在導軌上放置有用于運輸管道試件的滑車，管道試件的兩端連接有管道端部法蘭，所述的活塞桿法蘭與管道端部法蘭相匹配，管道試件的另一端上的管道端部法蘭與固定在艙體尾端艙蓋上的頂底法蘭相匹配；在壓力艙上設置有加壓孔、泄壓口、注水口、排氣口，安全閥、壓力傳感器開口和測試線路導出口。

作為優選實施方式，所述的主艙體由多層鋼板捆扎制成；所述的主艙體選用Q345R材料，前端艙蓋和尾端艙蓋選用20MnMo材料。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明由于采用先進的捆扎工藝將高強度鋼板層層捆扎，每捆扎一層都要用X射線探傷，每層鋼板厚度1厘米，總計捆扎24層鋼板，總厚度24厘米，保證了艙體具有極強的抗壓能力和極高的安全性能。本發明裝置可以模擬4300米水深(43Mpa)的深海壓力環境，為深水海底管道屈曲試驗研究提供了穩定的壓力環境。2、本發明在其前端艙蓋上安裝有軸向的油壓機，該油壓機可通過其活塞桿上的法蘭與內部管件法蘭連接，并用油壓推動活塞桿對艙體內部的管道試件施加軸向作用力，可以對管件同時加載水壓和軸向力，研究載荷組合工況下管道的屈曲。3、本發明總長11.5米，直徑1.6米，內部直徑1.2米，在其內部可以容納1∶1真實比例試件進行試驗。4、本發明裝置艙體內部裝有小滑車、高強度鋼制導軌，便于管道試件的輸送與安裝。5、本發明裝置上部設有比例式減壓安全閥，當艙內水壓超過設定的安全壓力時，比例式減壓安全閥自動噴水，達到迅速卸壓、保障安全的目的。

附圖說明

圖1是本發明主體結構示意圖。

圖2是圖1的A向剖視圖，即前端艙蓋結構圖。

圖3是圖1的A-A向剖面圖。

圖4是本發明的尾端艙蓋圖。

圖5(a)和(b)分別為導軌側視圖和俯視圖。

本發明裝置的主要結構件用圖中數字表示，裝置配件用字母表示，含義如下：

1——艙體前端油壓機

2、3、4——用于油壓機安裝連接的螺柱、螺母及墊圈

5、60——型墊圈

7——用于安裝緊固前端艙蓋的雙頭大螺柱，共16個，每根螺柱直徑120mm，長度1m

8——前端艙蓋大螺柱配備的六角螺母

9——球面墊圈

10——前端艙蓋

11——活塞桿法蘭

12——管道試件端部法蘭

13——連接管道試件法蘭的螺柱

14——管件法蘭連接螺母

15——主艙體

16——艙內滑車

17——頂底法蘭

18——尾端大螺柱