柔性管缆结构拉扭耦合性能测试的装置和方法与流程

本发明涉及实验测试技术领域，尤其涉及海洋柔性管缆螺旋缠绕结构的拉伸与扭转耦合工况的试验测试装置，适用于海洋工程中模拟柔性管缆在位拉扭耦合工况的试验测试。

背景技术：

人类的生存和社会的发展均离不开能源基础，因此能源问题备受关注。石油、天然气资源是人们生活必不可少的能源之一，现如今陆地的油气资源面临着开采难度增大、产量低、资源枯竭的现状。地球上71％的面积被海洋所覆盖，海洋中同样存在丰富的油气资源，因此海洋油气资源已成为世界新增油气储量的主要来源。由于海洋环境的特殊性，海洋油气资源开采需要专用的海洋油气开采装备。具有螺旋缠绕结构形式的柔性管缆是海洋油气开采、运输中必不可少的装备之一。为保证柔性管缆其在水下使用过程中的安全性，因此对柔性管缆的整体力学性能要求非常严格。

在管缆结构应用于实际工程之前，需要对其进行系统的基本性能的测试工作，以保证其在水下工作时具有足够的强度及。从目前的研究成果来看，对于螺旋缠绕柔性管缆结构的力学性能测试包括拉伸、压缩、弯曲、扭转的单一工况以及拉弯组合工况的测试。而针对其他组合加载工况的测试没有系统建立。由于海洋柔性管缆在深海应用中服役期较长的特点，因此需要对海洋螺旋缠绕柔性管缆进行系统性力学性能测试，以便全面掌握其受力特点，精确预测其使用寿命。而针对螺旋缠绕结构形式的柔性管缆，其扭转性能及包含扭转的耦合性能的准确测试对估算其使用寿命非常重要。而现有的方法和设备中，针对拉伸-扭转耦合工况作用下的测试没有理想的试验方案和试验设备。现有设备大多基于单一工况的叠加实现组合工况的耦合，这种叠加试验的方法具有试验操作复杂、测试容易产生误差、测试精度低等缺点。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种柔性管缆结构拉扭耦合性能测试的装置和方法。本发明采用的技术手段如下：

一种柔性管缆结构拉扭耦合性能测试的装置，包括：

扭力限制器，其一端固定，另一端设有用于连接柔性管缆样缆一端的第一管缆接头；

扭转螺旋杆，其外壁具有螺旋凸起，其一端设有用于连接柔性管缆样缆另一端的第二管缆接头；

螺旋挡板，具有所述扭转螺旋杆穿过的通孔，所述通孔设有与所述螺旋凸起咬合的螺旋槽；

以及拉伸作动器，用于驱动所述扭转螺旋杆相对所述通孔螺旋进给。

还包括基座，所述基座的两端分别设有第一三角反力架和第二三角反力架，所述扭力限制器的固定端与所述第一三角反力架固定，所述拉伸作动器与所述第二三角反力架固定连接，所述螺旋挡板的下端具有与位于所述基座上表面上的凸条相匹配的开槽。

本发明还公开了一种使用上述所述的柔性管缆结构拉扭耦合性能测试的装置进行柔性管缆结构拉扭耦合性能测试的方法，具有如下步骤：将柔性管缆样缆的两端分别与所述第一管缆接头和所述第二管缆接头连接；

调节所述扭力限制器的扭力限值；

所述拉伸作动器通过所述扭转螺旋杆对柔性管缆样缆施加拉伸或拉伸、旋转。

当所述扭力限制器的扭力限值设置为柔性管缆设计的最大扭转抗力时，可将与所述第一管缆接头连接的柔性管缆样缆的一端固定且无法随所述扭转螺旋杆旋转，由于所述拉扭螺旋杆与所述螺旋挡板中存在咬合的所述螺旋凸起和所述螺旋槽，所述拉伸作动器拉动所述扭转螺旋杆，进而驱动所述扭转螺旋杆相对所述通孔螺旋进给，使得柔性管缆样缆拉伸的同时发生旋转，从而实现拉扭耦合工况的施加，同时通过所述扭力限制器保证了扭转不会超过柔性管缆设计的最大扭转抗力，一旦超过，所述扭力限制器发生旋转，保证了柔性管缆样缆的安全；当所述扭力限制器的扭力限值设置为零时，与所述第一管缆接头连接的柔性管缆样缆的一端，可随所述扭转螺旋杆旋转，从而可以获得单向拉伸的工况施加。

所述扭转螺旋杆和所述螺旋挡板设置为可拆卸的，可以通过设置不同角度的所述螺旋凸起和所述螺旋槽，从而获得不同的拉扭组合规格。在做测试的过程中，可以通过更换不同规格的拉扭组合，从而可以获得针对不同管径的柔性管缆结构的拉扭耦合工况施加。

本发明具有以下优点：

1、本发明采用单个作动器完成两种工况的施加，且两种工况的耦合效果比采用两个作动器施加不同工况更精确，对于进行拉扭疲劳测试(尤其疲劳加速测试)具有较高的速度和便捷性。

2、本发明不仅能进行拉扭耦合工况的施加，还可进行单拉伸工况的施加。

3、本发明采用了扭力限制器，能够有效的保证柔性管缆样缆不因参数设置不准确或操作失误导致柔性管缆样缆的破坏，并且对整个柔性管缆结构拉扭耦合性能测试的装置起到保护作用。同时能够通过调节扭力限制器的扭力限值，实现拉扭耦合或单拉伸工况的切换。

基于上述理由本发明可在实验测试技术等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的具体实施方式中柔性管缆结构拉扭耦合性能测试的装置的结构示意图。

图2是本发明的具体实施方式中基座、第一三角反力架和第二三角反力架装配示意图的俯视图。

图3是本发明的具体实施方式中螺旋挡板的左视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-图3所示，一种柔性管缆结构拉扭耦合性能测试的装置，包括：

扭力限制器1，其一端固定，另一端设有用于连接柔性管缆样缆2一端的第一管缆接头3；

扭转螺旋杆4，其外壁具有螺旋凸起5，其一端设有用于连接柔性管缆样缆2另一端的第二管缆接头6；

螺旋挡板7，具有所述扭转螺旋杆4穿过的通孔8，所述通孔8设有与所述螺旋凸起5咬合的螺旋槽9；

以及拉伸作动器10，用于驱动所述扭转螺旋杆4相对所述通孔8螺旋进给。

还包括基座11，所述基座11的两端分别设有第一三角反力架12和第二三角反力架13，所述扭力限制器1的固定端与所述第一三角反力架12固定，所述拉伸作动器10与所述第二三角反力架13固定连接，所述螺旋挡板7的下端具有与位于所述基座11上表面上的凸条14相匹配的开槽15。

实施例2

一种使用实施例1所述的柔性管缆结构拉扭耦合性能测试的装置进行柔性管缆结构拉扭耦合性能测试的方法，将柔性管缆样缆2的两端分别与所述第一管缆接头3和所述第二管缆接头6连接；

所述柔性管缆样缆2为典型钢管复合脐带缆样缆，长度为2m，外径为8英寸；

调节所述扭力限制器1的扭力限值，所述扭力限制器1的扭力限值设置为典型钢管复合脐带缆的设计最大扭力值；

所述拉伸作动器10通过所述扭转螺旋杆4对柔性管缆样缆2施加拉伸、旋转。

实施例3

一种使用实施例1所述的柔性管缆结构拉扭耦合性能测试的装置进行柔性管缆结构拉扭耦合性能测试的方法，将柔性管缆样缆2的两端分别与所述第一管缆接头3和所述第二管缆接头6连接；

所述柔性管缆样缆2为海洋柔性立管样管，长度为2m，外径为12英寸；

调节所述扭力限制器1的扭力限值，所述扭力限制器1的扭力限值设置为海洋柔性立管样管的设计最大扭力值；

所述拉伸作动器10通过所述扭转螺旋杆4对柔性管缆样缆2施加拉伸、旋转。

实施例4

一种使用实施例1所述的柔性管缆结构拉扭耦合性能测试的装置进行柔性管缆结构拉扭耦合性能测试的方法，将柔性管缆样缆2的两端分别与所述第一管缆接头3和所述第二管缆接头6连接；

所述柔性管缆样缆2为海洋柔性立管样管，长度为2m，外径为12英寸；

调节所述扭力限制器1的扭力限值，所述扭力限制器1的扭力限值设置为0；

所述拉伸作动器10通过所述扭转螺旋杆4对柔性管缆样缆2施加拉伸。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。