海底管道复杂载荷联合加载屈曲试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种深水海底管道复杂载荷联合加载屈曲试验方法，可以实现对全尺寸海底管道施加轴拉，弯矩，扭矩载荷的联合作用。
【背景技术】
[0002]能源安全和世界经济的核心竞争力越来越依赖于对海洋资源的利用的和开发程度上。而我国海洋油气勘探和开发技术与世界先进水平相比仍有较大差距，必须加快深海油气开发技术革新，步入“深海时代”，海洋强国战略已经逐渐上升至国家意志。
[0003]其中深海输油管线的设计建造及相关技术是深海油气资源开发的关键。输油管线的安全运行是深海油气资源得到有效利用的重要保障，然而海底管道在安装过程和服役期间会承受来自环境、设备等多方面载荷的联合作用，海底管道的压溃会对输油管线产生灾难性的破坏，所以建造深水海底管道复杂载荷联合加载的屈曲试验装置，可以对海底管道施加轴拉，弯矩，扭转载荷的联合作用，模拟海底管道在铺设和服役期间的真实作业环境，为海底管道安装作业时承受的载荷进行校核，同时能够对联合载荷作用下深水管道的失效模式进行探索。
[0004]现今国内外在深海压力舱设计方面的存在的不足之处主要有:
[0005]1.国内外深水压力舱能够模拟的外部载荷单一，主要是在水压作用下的轴拉或弯矩对海底管道力学性能的影响，不能够实现全尺寸管道在多种载荷联合作用下的局部稳定性试验。
[0006]2.弯矩加载方式只能在施加水压之前根据弯矩大小进行管件的固定，将固定件放入压力舱内进行试验，不能在试验过程中改变弯矩值的大小。
[0007]3.扭矩载荷在铺管作业和输油管线中是必须考虑的重要因素，国内外鲜有针对全尺寸管件的扭矩试验。
[0008]国内已有试验装置(如专利申请号:CN201110008538)，在国内开创性实现了全尺寸管道的试验，但也只是外在载荷的单一施加，并不能实现多种载荷的联合作用。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于克服现有技术上述不足，重新涉及了一种能够实现对海底管道施加轴拉，弯矩，扭转载荷的联合作用的试验装置，并根据此装置，给出了试验方法。本发明的技术方案如下:
[0010]一种海底管道复杂载荷联合加载屈曲试验方法，所采用包括主舱体(5)、用于对试验管件(12)施加弯矩的侧向液压杆装置d、前端法兰(13)、两套在螺纹上相互匹配的后端法兰(11)和带螺纹的圆环柱体(9)，在主舱体(5)的前端向内凸出部位设有与前端法兰(13)相匹配的螺纹，第一套后端法兰(11)和带螺纹的圆环柱体(9)，螺纹和螺距与前端法兰的螺距相同，称之为类型I，第二套后端法兰(11)和带螺纹的圆环柱体(9)，螺距与前端法兰的螺距不同，螺距的差值根据实验要求确定，称之为类型Π，[0011 ]所述的试验装置实现的试验方法如下:
[0012]①当仅模拟深水水压作用时，采用类型I的后端法兰(11)和圆环柱体(9)，此时后端法兰(11)与前端法兰(13)的螺纹和螺距均完全相同，将试验管件(12)与相应的法兰固定连接后，将其从试验装置前端送入主舱体(5)，完成与主舱体(5)前后螺纹的对接后，准备开始进行接下来的试验过程；
[0013]②当仅施加轴拉载荷时，采用类型为Π的后端法兰(11)与圆环柱体(9)，此时后端法兰(11)螺纹的螺距与前端法兰(13)的螺距不同，根据试验所需轴拉的大小，确定前端法兰和后端法兰的旋转角度后，将前后端法兰与主舱体(5)进行连接，完成与主舱体(5)前后螺纹的对接后，试验管件只承受单一载荷轴拉的作用，准备开始进行接下来的试验过程；
[0014]③当仅施加扭矩载荷时，采用类型为Π的后端法兰(11)与圆环柱体(9)，此时后端法兰(11)螺纹的螺距与前端法兰(13)的螺距不同，这样当前端法兰和后端法兰前进相同的距离时，前端法兰(13)与后端法兰(11)旋转角度角度不同，根据试验所需扭矩的大小，确定前后端法兰前进的相同距离后，将前后端法兰与主舱体(5)进行连接，完成与主舱体(5)前后螺纹的对接后，试验管件只承受单一载荷扭矩的作用，准备开始进行接下来的试验过程；
[0015]④当施加轴拉和弯矩的联合作用时，采用类型为Π的后端法兰(11)与圆环柱体
(9)，此时后端法兰(11)螺纹的螺距与前端法兰(13)的螺距不同，这样根据试验所需的轴拉和弯矩载荷大小，确定前端法兰和后端法兰各自的旋转角度后，将前后端法兰与主舱体(5)进行连接，完成与主舱体(5)前后螺纹的对接后，试验管件承受轴拉和扭矩的联合作用，准备开始进行接下来的试验过程；
[0016]⑤弯矩载荷的施加装置是通过主舱体(5)的侧向开口位置安装液压杆实现的，根据试验的目的性，可以单独施加，也可以与其他载荷联合施加，施加弯矩载荷的时间和大小可以自由控制。
[0017]1.根据权利要求1所述的复杂载荷联合加载屈曲试验方法，其特征在于，带螺纹的圆环柱体的螺距是后端法兰的螺距的两倍。
[0018]本发明针对全尺寸海底管道，提供了上述深水海底管道复杂载荷联合加载屈曲试验方法，与国内外现有技术相比具有以下优点:
[0019](1)本发明的深水海底管道复杂载荷联合加载屈曲试验方法，可以实现对全尺寸海底管道在其铺设和服役期间真实作业环境的模拟，试验结果更加接近实际工况，为工程实际实现有效的试验积累。
[0020](2)本发明考虑到了扭矩载荷对海底管道失效模式的影响，实现了对深水管道更加全面的受力分析，为解决工程实际提供了更加全面的分析视角，为失效模式探索提供了更多的解答途径。
[0021](3)本发明实现了对全尺寸海底管道施加轴拉，弯矩，扭转载荷的联合作用模式，其中弯矩载荷的施加依靠侧向开孔的油压机推动杆件进行，可以在试验过程中根据试验目的便捷灵活的选择弯矩大小，模拟海底管道在铺设和服役期间的真实作业环境，为海底管道安装作业承受的载荷进行校核，同时能够对联合载荷作用下深水管道的失效模式进行探索。
【附图说明】
[0022]图1本发明所采用的试验方法的整体布置图
[0023]图2侧向液压装置放大示意图
[0024]图3前后端法兰装配过程示意图
[0025]图4管道前端法兰
[0026]图5管道后端法兰I
[0027]图6管道后端法兰Π
[0028]图7后端带螺纹圆环I
[0029]图8后端带螺纹圆环Π
[0030]图9法兰与舱体限位销示意图
[0031 ]图中标号说明:1 一螺母;2—双头螺柱;3—球面塾圈;4一前端舱盖;5—主舱体；
[0032]6 一螺纹;7—流水孔;8—后端舱盖;9 一带螺纹的圆环柱体；10 一小车；11 一后端法---，
[0033]12 一试验管件；13 一前端法兰；14 一前端法兰处螺纹;7—流水孔；15 一主舱体前端螺纹；
[0034]16 一后端法兰处螺纹;17 一圆环柱体内螺纹;18 一流水孔;19 一法兰上的限位孔；
[0035]20—舱体上的限位孔；
[0036]a一安全阀；b—排气口 ；c一排水口； d一液压杆;e一压力传感器口 ；f一测试线路开孔;g—注水口 ；h—加压孔；
[0037]也一液压杆;d2—活塞;d3—注油口 ； d4—液压缸；
[0038]注:d为主舱体侧向开孔的液压杆装置，为图示清楚标注在图1下方，其实际位置为主舱体侧面。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步描述:
[0040]如图1所示，本发明设计的深水海底管道复杂载荷联合加载屈曲试验装置主要包括:双头螺柱2，舱体前端舱盖4，主舱体5，后端舱盖8，带螺纹圆环柱体9，后端法兰11，试验管件12，前端法兰13，安全阀a，排水口 b，加压孔h，注水口 g，测试线路开孔f，侧向液压杆装置d等。舱体前端舱