监测导管架平台管节点焊缝应力状态的装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种监测导管架平台管节点焊缝应力状态的装置，包括导管架，包括安装底板(12)、多个传感器卡座(13)、传感器(8)、连接管以及波纹管(23)，其中，所述安装底板(12)连接所述导管架，所述传感器卡座(13)固定在所述安装底板(12)上，传感器(8)设置在于所述传感器卡座(13)内侧，所述波纹管(23)设置在所述传感器卡座(13)之间且连接所述连接管；所述传感器设置在所述波纹管(23)的内侧。本发明可以事先根据测点位置定制装置尺寸，不需要后续调试；本发明模块化设计，结构统一封装，预留焊接点位置，保证一次安装到位，便于水下安装。
【专利说明】监测导管架平台管节点焊缝应力状态的装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及海洋工程【技术领域】的装置，具体地，涉及一种便于水下安装的监测导 管架平台管节点焊缝应力状态的装置。
【背景技术】
[0002] 根据理论知识和实际经验，在船体和海洋平台这类焊接结构中，最危险的地方，即 所谓的热点应力，通常发生在焊缝处应力集中位置。然而由于尺寸等因素的限定，在焊缝处 很难安装传感器进行监测，因此必须寻求其他一些方法间接求出热点应力。
[0003] 现在推广应用的热点应力计算方法是表面外推法，其原理如图1所示。表面外推 法通常利用距离焊趾表面一定距离的两点或三点处的结构应力，进行线性或二次插值计算 来确定焊趾处的热点应力值，其中线性外推法差值公式为：
[0004] 〇 _hs = [x_2 ? 0 _s (x_l) ~x_l ? 0 _s (x_2) ] / ((x_2-x_l))
[0005] 挪威船级社（DNV)规范中DNV-RP-C03推荐的管节点热点应力外推方法如图2所 示。对于垂直于焊趾的支管表面应力的外推：a = 0. 2 V rt，b = 0. 65 V rt。对于垂直于 冠点处焊趾的主管表面应力的外推：a = 0. 2 V rt, b =0. 4事rtRT。对于垂直于鞍点处焊 趾的主管表面应力的外推：a = 0? 2 V rt，b = R/36。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种便于水下安装的监测导管架平 台管节点焊缝应力状态的装置。本发明能够实时监测焊缝处的应力数值，并与安全监测软 件结合，为后续的敏感度分析和疲劳分析提供原始数据，最终实现导管架平台寿命预测。并 且本发明可以长年置于水下进行安全监测，具有良好的稳定性和方便性。
[0007] 根据本发明提供的监测导管架平台管节点焊缝应力状态的装置，包括导管架、安 装底板12、多个传感器卡座13以及传感器8，
[0008] 其中，所述安装底板12连接所述导管架，所述传感器卡座13固定在所述安装底板 12上，传感器8设置在于所述传感器卡座13内侧。
[0009] 优选地，所述安装底板12包括焊接点16、传感器卡座安装点17和栅格18 ;其中， 所述安装底板12通过所述焊接点16焊接连接所述导管架；所述传感器卡座安装点用于安 装所述传感器卡座13 ;所述栅格18设置在相邻的传感器卡座安装点17之间。
[0010] 优选地，所述传感器卡座13包括传感器上卡座19、传感器下卡座20、紧固螺钉15 和紧固螺钉安装孔21 ;
[0011] 其中，所述传感器下卡座20连接所述传感器卡座安装点17 ;所述传感器上卡座19 和所述传感器下卡座20分别设置有相对应的半圆孔，所述传感器8设置在所述半圆孔内；
[0012] 所述传感器上卡座19和所述传感器下卡座20的两端均设置有紧固螺钉安装孔 21，所述传感器上卡座19通过所述紧固螺钉15旋入所述紧固螺钉安装孔21连接所述传感 器下卡座20。
[0013] 优选地，传感器8包括连接管22、波纹管23、光纤传感器和尾缆25 ;
[0014] 所述连接管22设置在所述传感器上卡座19和所述传感器下卡座20的半圆孔内， 波纹管23连接两侧的连接管22 ;
[0015] 所述光纤传感器设置在所述波纹管23的内侧；所述光纤传感器通过所述尾缆25 输出信号。
[0016] 优选地，所述连接管22表面通过滚花处理。
[0017] 优选地，还包括锥形连接管18,所述尾缆25通过所述锥形连接管18连接所述光纤 传感器且所述锥形连接管18连接所述连接管22。
[0018] 优选地，所述尾缆包括设置在外层的聚四氟乙烯防腐层和设置在内层的金属层。
[0019] 优选地，所述连接管采用不锈钢管，所述连接管与波纹管23采用焊接连接；所述 安装底板12通过焊接连接所述导管架。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0021] 1、本发明可以事先根据测点位置定制装置尺寸，不需要后续调试；
[0022] 2、本发明模块化设计，结构统一封装，预留焊接点位置，保证一次安装到位，便于 水下安装；
[0023] 3、本发明采用较高的安全系数设计，采用较好的防腐措施，寿命长，可靠性好；
[0024] 4、本发明采用较高的空间利用效率，即使对于夹角较小、杆系复杂的导管架平台， 仍然可以实现安装并进行有效监测；
[0025] 5、本发明传感器采用高精度的光纤传感器，信号便于采集和处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0027] 图1为本发明中表面外推法示意图；
[0028] 图2为本发明中DNV规范说明示意图；
[0029] 图3为本发明中装置整体安装示意图图；
[0030] 图4为本发明结构示意图；
[0031] 图5为本发明中安装底板结构示意图；
[0032] 图6为本发明中传感器卡座结构示意图；
[0033] 图7为本发明中传感器的结构示意图。
[0034] 图中：
[0035] 1为峰值应力；
[0036] 2为热点应力；
[0037] 3为第一外推点；
[0038] 4为第二外推点；
[0039] 5为冠点；
[0040] 6为鞍点；
[0041] 7为支管；
[0042] 8为主管；
[0043] 9为焊缝；
[0044] 10为监测导管架平台管节点焊缝处应力状态装置；
[0045] 11为外推点路径；
[0046] 12为安装底板；
[0047] 13为传感器卡座；
[0048] 14为传感器；
[0049] 15为紧固螺钉；
[0050] 16为焊接点；
[0051] 17为传感器卡座安装点；
[0052] 18为栅格；
[0053] 19为传感器上卡座；
[0054] 20为传感器下卡座；
[0055] 21为紧固螺钉安装孔；
[0056] 22为不锈钢管；
[0057] 23为波纹管；
[0058] 24为锥形连接管；
[0059] 25为尾缆。
【具体实施方式】
[0060] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0061] 在本实施例中，如图3所示，所述导管架平台管节点结构包括支管7、主管8和焊缝 9,所述水下监测导管架平台管节点焊缝处应力状态的装置10,通过焊接的方式固定在管壁 上，路径11为所监测的外推点路径。
[0062] 如图4所示，在本实施例中，所述水下监测导管架平台管节点焊缝处应力状态的 装置包括安装底板12、传感器卡座13、传感器14和紧固螺钉15。其中，所述安装底板12通 过焊接固定于要监测的管壁上，所述传感器卡座7包括传感器上卡座19、传感器下卡座20。 传感器下卡座20固定于所述安装底板12上，所述传感器14放置于所述传感器下卡座7的 弧形中央，盖上所述传感器上卡座19后，用所述紧固螺钉15锁紧。
[0063] 如图5所示，所述安装底板12包括：焊接点16、传感器卡座安装点17和栅格18。 其中，所述焊接点16直接焊接在所监测的管壁处，通过在管壁处标记焊接位置，可以将整 个装置整体封装后，一次性安装到位。所述传感器卡座安装点17是所述传感器卡座7在所 述安装底板12上的安装位置，具体尺寸根据DNV规范和所监测处结构尺寸计算得出。所述 栅格18的作用是将所述安装底板12连接成一个整体，便于整体安装，同时栅格状结构可以 降低结构刚度，避免由于所述安装底板12的存在对原本的管壁结构产生附加刚度，从而保 证传感器读数的准确性。
[0064] 如图6所示，所述传感器卡座13包括传感器上卡座19、传感器下卡座20和紧固螺 钉安装孔21其中，所述传感器下卡座20根据所述传感器卡座安装点17的位置，固定于所 述安装底板12上。待传感器放入弧形半圆中后，所述传感器上卡座19盖在所述传感器下 卡座20上，并用所述紧固螺钉15通过所述紧固螺钉安装孔21进行固定，该固定方式是通 过摩擦力固定。
[0065] 如图7所示，所述传感器14包括不锈钢管22、波纹管23、锥形连接管24和尾缆25。 所述不锈钢管22表面做滚花处理，增大与所述传感器卡座13间的摩擦力，有利于提高装置 的牢固性。所述波纹管23内部为光纤传感器，该结构有两层，外层是不锈钢波纹状管，内部 为普通钢管，光纤传感器置于钢管内，因此所述波纹管23即为监测应力点位置。所述锥形 连接管24起连接所述尾缆25与传感器主体的作用，同时保证连接处的密封和防腐。所述 尾缆25作为信号输出端，8根尾缆信号汇集到一个通道，该结构也为两层，外层为聚四氟乙 烯（特氟龙）防腐层，内层为金属层。所述传感器14在各个连接处，例如不锈钢管22与波 纹管23的连接处、不锈钢管22与锥形连接管24的连接处以及锥形连接管24与尾缆25的 连接处，都采用焊接方法，具有良好的防水性。另外在易腐蚀处都用聚四氟乙烯覆盖，抗腐 蚀能力强。
[0066] 根据本发明提供的所述测试装置通过以下方式进行测试：先根据海洋工程深水池 的尺寸、导管架结构的实际尺寸、测试工况的具体情况和测试的经济性，选择合适的模型缩 尺比和测试工况。具体的安装和测试过程如下。
[0067] 首先进行装置尺寸的计算，根据缩尺比计算出试验用导管架被监测处管子的尺 寸，如直径、壁厚；然后利用DNV规范，得出监测点距离焊趾的尺寸；根据所得尺寸，制作所 述安装底板12和所述传感器14,其中所述安装底板12的传感器卡座安装点17和栅格18 的尺寸，要和传感器14的各个部分配合精确，保证所述波纹管17据焊趾的距离为所求监测 点距离；最后进行装置各个部件的安装。
[0068] 装置安装完毕后，将所述尾缆25的输出端接入解调器，连通电源，对导管架模型 施加一个外力，观察解调器的读数进行调试。调试完成后就可以根据具体工况和测试技术 要求启动测试装置进行测试。
[0069] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影 响本发明的实质内容。
【权利要求】
1. 一种监测导管架平台管节点焊缝应力状态的装置，包括导管架，其特征在于，还包括 安装底板（12)、多个传感器卡座（13)以及传感器（8)， 其中，所述安装底板（12)连接所述导管架，所述传感器卡座（13)固定在所述安装底板 (12)上，传感器（8)设置在于所述传感器卡座（13)内侧。
2. 根据权利要求1所述的监测导管架平台管节点焊缝应力状态的装置，其特征在于， 所述安装底板（12)包括焊接点（16)、传感器卡座安装点（17)和栅格（18);其中，所述安装 底板（12)通过所述焊接点（16)焊接连接所述导管架；所述传感器卡座安装点用于安装所 述传感器卡座（13);所述栅格（18)设置在相邻的传感器卡座安装点（17)之间。
3. 根据权利要求2所述的监测导管架平台管节点焊缝应力状态的装置，其特征在于， 所述传感器卡座（13)包括传感器上卡座（19)、传感器下卡座（20)、紧固螺钉（15)和紧固 螺钉安装孔（21); 其中，所述传感器下卡座（20)连接所述传感器卡座安装点（17);所述传感器上卡座 (19)和所述传感器下卡座（20)分别设置有相对应的半圆孔，所述传感器（8)设置在所述半 圆孔内； 所述传感器上卡座（19)和所述传感器下卡座（20)的两端均设置有紧固螺钉安装孔 (21)，所述传感器上卡座（19)通过所述紧固螺钉（15)旋入所述紧固螺钉安装孔（21)连接 所述传感器下卡座（20)。
4. 根据权利要求2所述的监测导管架平台管节点焊缝应力状态的装置，其特征在于， 传感器（8)包括连接管（22)、波纹管（23)、光纤传感器和尾缆（25); 所述连接管（22)设置在所述传感器上卡座（19)和所述传感器下卡座（20)的半圆孔 内，波纹管（23)连接两侧的连接管（22); 所述光纤传感器设置在所述波纹管（23)的内侧；所述光纤传感器通过所述尾缆（25) 输出信号。
5. 根据权利要求4所述的监测导管架平台管节点焊缝应力状态的装置，其特征在于， 所述连接管（22)表面通过滚花处理。
6. 根据权利要求4所述的监测导管架平台管节点焊缝应力状态的装置，其特征在于， 还包括锥形连接管（18)，所述尾缆（25)通过所述锥形连接管（18)连接所述光纤传感器且 所述锥形连接管（18)连接所述连接管（22)。
7. 根据权利要求4所述的监测导管架平台管节点焊缝应力状态的装置，其特征在于， 所述尾缆包括设置在外层的聚四氟乙烯防腐层和设置在内层的金属层。
8. 根据权利要求4所述的监测导管架平台管节点焊缝应力状态的装置，其特征在于， 所述连接管采用不锈钢管，所述连接管与波纹管（23)采用焊接连接；所述安装底板（12)通 过焊接连接所述导管架。
【文档编号】G01L1/24GK104374502SQ201410628999
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月10日 优先权日:2014年11月10日
【发明者】朱一飞, 陈曦, 吴剑桥, 付世晓, 宋磊建 申请人:上海交通大学