[發明專利]堆石保護層下海底管道抗拋錨實驗裝置

在審

• 申請號: 201610086493.4
• 申請日: 2016-02-16
• 公開（公告）號: CN105738227A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 李林安;王世斌;王志勇;張萌萌;郭志明;王金麒;雷震名;閆澍旺
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/303
• 分類號: G01N3/303
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗英

技術領域

本發明涉及模擬實驗方法和一種拋錨裝置的研發，特別是一種適用于堆石保護層下海底管道抗拋錨的實驗裝置。

背景技術

伴隨著人類社會的發展，人類對資源的需求逐漸增大，大量的開采和挖掘已經使陸地資源瀕臨枯竭，于是人類開始向資源豐富的海洋進軍。在沿海地區，海上油氣運輸的管道鋪設范圍越來越大，在航道運輸作業頻繁的區域，海底管道的安全性將面臨該區域通航船舶拋錨或拖錨等第三方活動的嚴峻考驗。一旦造成管道泄露，不僅會影響正常開采，引發嚴重的經濟損失，而且油氣管道的泄露還會對自然環境造成嚴重的破壞。

在以往的跨越航道設計中，通常采用路由避讓海底、管道深埋或堆石保護的方法來確保管道的安全運營，但路由避讓海底的方法使管道路由失去了最佳路線，并增加了管道長度和工程成本。而管道深埋增加了施工的工作量和施工難度。相對于前兩種方法，堆石保護較為經濟合理，但目前對這種方法的研究相對較少，還不夠規范準確。

在拋錨撞擊管道的研究方面，Ellinas等最早提出了一個撞擊荷載與凹痕深度的半經驗公式。Pal對帶損傷的海底管道進行了數值分析，證明管道的應力可用于強度評估。Wierbicki等給出了在軸向荷載條件下凹痕深度與吸收能量的經驗公式。Andrew等在CUED實驗室進行了海底管道撞擊實驗，測出了不同墜落物速度、質量與管道凹痕之間的關系。王風云等通過對國內外相關規范文獻的研究，總結了各國海底管道的挖埋深度。劉歡等用能量法分析了拋錨撞擊海底管道對管道造成的損傷程度。余艷華等通過分析管道-土的相互作用，研究了撞擊荷載作用下管道的動力響應。但以上研究主要集中于撞擊作用與管道響應之間的關系，未能充分描述保護結構對管道的保護作用，不能為管道埋深設計做出實質性指導。

隨著海洋工程裝備的不斷發展，大型的船舶、錨體重量不斷增加。現有的DNV規范對海底管道的安全評估已不能充分滿足現行船舶作業發展的需求。

發明內容

本發明的目的在于克服已有技術的缺點，提供一種可用于模擬沖擊荷載作用下不同拋錨高度、落錨位置、管道埋深、堆石材料、錨重對海底管道應變響應的影響，了解了不同因素對管道響應的敏感性的堆石保護層下海底管道抗拋錨實驗裝置。

為了解決上述技術問題，本發明采以下技術方案用予以實現：

本發明的堆石保護層下海底管道抗拋錨實驗裝置,它包括海底管道裝置和動態應變采集系統，所述的動態應變采集系統包括高頻動態應變儀,所述的海底管道裝置包括模型槽，在所述的模型槽中間設置有裝填有碎石的倒梯形溝槽以形成堆石保護結構，在所述的堆石保護結構四周的模型槽內鋪設有用來模擬海床的海砂，所述的海砂頂面以上的模型槽的材料采用鋼化玻璃，在所述的堆石保護結構中埋置有第一海底管道,所述的第一海底管道作為測量拋錨對海底管道應變響應的影響的測試管道,在所述的堆石保護結構頂面放置有另一根與第一海底管道相同的第二海底管道,所述的第二海底管道作為溫度補償管道,在所述的第一海底管道和第二海底管道外壁面上各自粘貼有雙向電阻式應變片傳感器，在所述的第一海底管道和第二海底管道外壁面上的雙向電阻式應變片傳感器粘貼位置相同，所述的雙向電阻式應變片傳感器通過導線與高頻動態應變儀相連,所述的高頻動態應變儀與計算機相連,所述的高頻動態應變儀用于讀取雙向電阻式應變片傳感器輸出的電信號并將該信號轉換成應變信號輸出給計算機,所述的計算機用于讀取、顯示和存儲高頻動態應變儀輸出的應變信號數據并導出計算機存儲的測量數據用來分析研究海底管道的力學特性,在每一個雙向電阻式應變片傳感器上涂有防水材料,一個拋錨架通過導軌滑塊結構滑動連接在模型槽的頂面滑槽上，所述拋錨架可在滑槽內移動用于調節拋錨的位置,在所述拋錨架上固定有橫梁，在所述的橫梁上開有一排螺紋孔，在所選下落方向的一個螺紋孔內螺紋連接有沿豎直方向設置的絲杠，在所述的絲杠下端固定有電磁式開關，在所述的電磁式開關打開時吸附有實驗錨，所述的絲杠和實驗錨設置在左右導向桿之間，所述的左右導向桿與拋錨架螺紋相連。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

應用本發明裝置，可測量不同拋錨位置、拋錨高度、管道埋深、錨重對海底管道應變響應的影響。

本發明裝置的模型槽由不銹鋼材質制成，其槽壁為鋼化玻璃制成，便于觀察拋錨過程中錨的下落姿態。同時，模型槽可模擬不同水深的拋錨工況。

附圖說明

圖1是本發明拋錨實驗裝置示意圖；

圖2是圖1所示拋錨實驗裝置側視圖；

圖中：

1拋錨架2導向桿3絲杠4滑槽5模型槽6實驗錨