专利名称：一种立管立式疲劳试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对立管进行疲劳试验的装置，特别是关于一种立式的疲劳试验装置。
背景技术：
对于海洋油气开采中立管装置的疲劳试验，现阶段主要采用的是对光滑的小试件 进行疲劳试验；一般立管实尺度弯曲疲劳试验装置主要采用“卧式”装置，可以给出立管在 弯矩作用下的疲劳寿命，经济成本比较低。但是“卧式”装置不能反映重力作用对立管疲劳 寿命影响，而重力也是立管在真实海况下一个不可忽略的因素。此外，现有的疲劳试验装 置，或者只是针对立管上部进行疲劳试验，或者只是针对立管下部泥面处进行疲劳试验，而 立管触地点附近的疲劳问题也是当代海洋技术中一个不可忽略的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种立管立式疲劳试验装置，它既可以模拟 立管上部受环境载荷作用时的疲劳状况，也可以模拟立管下部在触地点区域附近的疲劳状 况，做到一装置多用。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种立管立式疲劳试验装置，在模拟 立管上部受环境载荷作用的疲劳状况时，它如下设置包括一立式塔架，在立式塔架上横向 固定一刚性上底板，两个顶部作用缸均将作用缸的底座连接到所述刚性上底板的底部，两 个所述顶部作用缸的活塞杆伸出端均铰接到一刚性连接板，所述刚性连接板下端固定连接 试验立管；所述试验立管的下端由一底部作用缸的活塞杆支撑连接，所述底部作用缸的底 座固定在所述立式塔架上；在与试验立管中下部位置对应的所述立式塔架上，固定一水平 作用缸，水平作用缸的活塞杆在伸缩过程中抵触到所述试验立管上。上述刚性连接板下端可通过一立管套头固定连接所述试验立管。在模拟立管下部在触地点区域附近的疲劳状况时，它如下设置包括一立式塔架， 在立式塔架上横向固定一刚性上底板，两个顶部作用缸均将作用缸的底座连接到所述刚性 上底板的底部，两个所述顶部作用缸的活塞杆伸出端均铰接到一刚性连接板，所述刚性连 接板下端铰接试验立管；所述试验立管的另一端伸入到一卧式沙槽中，并由位于卧式沙槽 另一端的固定装置固定；所述卧式沙槽内放有沙，水。上述刚性连接板的下端可通过一连接杆铰接所述试验立管。所述顶部作用缸、底部作用缸、水平作用缸均由伺服机构控制，其中对所述顶部作 用缸加以某概率分布的交变力。所述顶部作用缸、底部作用缸、水平作用缸为液压缸。本发明由于采取以上技术方案，其具有的有益效果是本发明采用一套装置，通过 不同部件的按需动作，可以模拟实现立管上部与平台连接区域的疲劳试验，还可以模拟立 管下部井口区域和泥面接触区域的疲劳试验。在做上部试验时，由顶部作用缸、底部作用缸和水平作用缸共同作用于试验立管，完成立管上部在环境载荷作用下的疲劳试验。在做下 部试验时，顶部作用缸作用于试验立管，顶部作用缸既可模拟立管在触地点附近的升降运 动，又可以模拟立管在触地点附近的水平运动。试验立管铰接在顶部作用缸的下方，并伸入 到沙槽中，从而在模拟立管在触地点附近的循环位移。试验立管内装有水，两端封闭，加内 压，可模拟立管在深海中的真实工作状况。
图1是模拟立管上部与平台连接区域的疲劳装置示意图；图2是模拟立管下部井口区域和泥面接触区域的疲劳装置示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。如图1、2所示，一种立管立式疲劳试验装置，它总体上包括如下关键部件立式塔 架1、顶部作用缸3和4、底部作用缸8、水平作用缸9、卧式沙槽11。当做关于立管上部与平 台连接区域的疲劳模拟试验时，主要应用立式塔架1、顶部作用缸3和4、底部作用缸8、水平 作用缸9完成试验。当做关于立管下部与泥面接触区域的疲劳模拟试验时，主要应用立式 塔架1、顶部作用缸3和4和卧式沙槽11完成试验。图1为模拟立管上部与平台连接区域的立式疲劳试验示意图，它在立式塔架1的 上端固定安装一刚性上底板2。顶部作用缸3、4的底座部分分别连接到刚性上底板2的底 部，并且作用缸3、4并排设置，其活塞杆下端铰接到一刚性连接板5上。刚性连接板5的底 部固连一立管套头6，立管套头6上连接试验立管7。试验立管7竖直设置在装置中，试验 立管7的下端和底部作用缸8连接，具体为底部作用缸8的底座固定在塔架1的底部，底部 作用缸8的活塞杆端连接到试验立管7的下端。在与试验立管7中下部位置对应的塔架1 上，固定一水平作用缸9，水平作用缸9的活塞杆在伸缩过程中能够抵触到试验立管7上，并 对试验立管7能施一横向力。图1所示的试验结构主要由顶部作用缸3和4、底部作用缸8和水平作用缸9共同 作用于试验立管7，完成立管上部在环境载荷作用下的疲劳试验。顶部作用缸3、4用来模 拟平台的横摇和纵摇运动，底部作用缸8用来模拟立管的轴向张力，水平作用缸9用来模拟 该位置立管和平台的相对水平位移。与目前的卧式装置一样，试验立管7内装有水，两端封 闭，加内压，以便模拟立管在深海中的真实工作状况。图2为模拟立管下部在泥面接触区域附近的疲劳试验示意图。它是将刚性上底板 2固定在立式塔架1中下部，具体高度根据立管长度及试验需要确定。与立管上部疲劳试验 装置一样，它在刚性上底板2的底部连接顶部作用缸3、4，作用缸3、4并排设置，其活塞杆下 端铰接到刚性连接板5上。所不同的是，刚性连接板5下端不是通过立管套头6固定连接 试验立管7，而是通过一连接杆10铰接试验立管7。当然，也可以是利用立管套头6铰接试 验立管7。在上述两个实施例中，也可以不用立管套头6或连接杆10，而是直接由刚性连接 板5下端固接或铰接试验立管7。如图2所示，模拟立管下部在泥面接触区域的疲劳试验还有一个不同点是，试验立管7的另一端不是由底部作用缸8支撑，而是伸入到卧式沙槽11中，并由位于卧式沙槽 11另一端的固定装置12固定。卧式沙槽11内部放沙，水，以模拟真实海况。
水平作用缸9在模拟立管下部在泥面接触区域的疲劳试验中，也不需要用。图2所示的试验结构主要由顶部作用缸3和4作用于试验立管7，顶部作用缸3和 4既可模拟立管在触地点附近的升降运动，又可以模拟立管在触地点附近的水平运动。试 验立管7内装有水，两端封闭，加内压，以模拟立管在深海中的真实工作状况。试验立管7 铰接在顶部作用缸3和4的下方，并伸入到沙槽中，从而在模拟立管在触地点附近的循环位 移。本发明中的顶部作用缸3、4，底部作用缸8，水平作用缸9均由伺服机构控制，其中 对顶部作用缸3和4加以某概率分布的交变力，从而在立管的上端提供交变循环的弯矩，控 制各个参数，从而得到不同状况下立管的疲劳寿命。顶部作用缸3、4，底部作用缸8，水平作 用缸9均可以为液压缸，用液压伺服机构控制各个作用缸的力。
权利要求
1.一种立管立式疲劳试验装置，其特征在于它包括一立式塔架，在立式塔架上横向 固定一刚性上底板，两个顶部作用缸均将作用缸的底座连接到所述刚性上底板的底部，两 个所述顶部作用缸的活塞杆伸出端均铰接到一刚性连接板，所述刚性连接板下端固定连接 试验立管；所述试验立管的下端由一底部作用缸的活塞杆支撑连接，所述底部作用缸的底 座固定在所述立式塔架上；在与试验立管中下部位置对应的所述立式塔架上，固定一水平 作用缸，水平作用缸的活塞杆在伸缩过程中抵触到所述试验立管上。
2.如权利要求1所述的一种立管立式疲劳试验装置，其特征在于所述顶部作用缸、底 部作用缸、水平作用缸均由伺服机构控制，其中对所述顶部作用缸加以某概率分布的交变 力。
3.如权利要求1或2所述的一种立管立式疲劳试验装置，其特征在于所述顶部作用 缸、底部作用缸、水平作用缸为液压缸。
4.如权利要求1或2所述的一种立管立式疲劳试验装置，其特征在于所述刚性连接 板下端通过一立管套头固定连接所述试验立管。
5.如权利要求3所述的一种立管立式疲劳试验装置，其特征在于所述刚性连接板下 端通过一立管套头固定连接所述试验立管。
6.一种立管立式疲劳试验装置，其特征在于它包括一立式塔架，在立式塔架上横向 固定一刚性上底板，两个顶部作用缸均将作用缸的底座连接到所述刚性上底板的底部，两 个所述顶部作用缸的活塞杆伸出端均铰接到一刚性连接板，所述刚性连接板下端铰接试验 立管；所述试验立管的另一端伸入到一卧式沙槽中，并由位于卧式沙槽另一端的固定装置 固定；所述卧式沙槽内放有沙，水。
7.如权利要求6所述的一种立管立式疲劳试验装置，其特征在于所述顶部作用缸由 伺服机构控制，其中对所述顶部作用缸加以某概率分布的交变力。
8.如权利要求6或7所述的一种立管立式疲劳试验装置，其特征在于所述顶部作用 缸为液压缸。
9.如权利要求6或7所述的一种立管立式疲劳试验装置，其特征在于所述刚性连接 板的下端通过一连接杆铰接所述试验立管。
10.如权利要求8所述的一种立管立式疲劳试验装置，其特征在于所述刚性连接板的 下端通过一连接杆铰接所述试验立管。
全文摘要
本发明涉及一种立管立式疲劳试验装置，它包括立式塔架、顶部作用缸、底部作用缸、水平作用缸、卧式沙槽。当模拟立管上部疲劳试验时，在立式塔架上横向固定一刚性上底板，两个顶部作用缸连接到刚性上底板上，两个顶部作用缸的活塞杆铰接到一刚性连接板，刚性连接板下端固定连接试验立管；试验立管的下端由一底部作用缸支撑连接，在与试验立管中下部位置对应的位置固定一水平作用缸，水平作用缸的活塞杆能抵触到所述试验立管上。当模拟立管下部疲劳试验时，刚性连接板下端铰接试验立管，立管的另一端伸入到卧式沙槽中，并由固定装置固定；沙槽内放有沙，水。本发明既可模拟立管上部疲劳状况，也可模拟立管下部疲劳状况，做到一装置多用。
文档编号G01N3/00GK102095630SQ20101060615
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者付世晓, 宋夏, 张恩勇, 曹静, 杨建民, 沙勇, 王德禹, 陈严飞 申请人:上海交通大学, 中国海洋石油总公司, 中海石油研究中心