海底管线walking问题测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种海底管线walking问题测试系统，包括试验槽、动力系统、数据采集系统和试验管线；所述试验槽的左右侧壁结构相同，均设有导轨安装框和与其沿竖直方向滑动连接的管隔板，在所述管隔板上开设有一过管孔；动力系统由位于试验槽左右两侧的两个对称布置的动力部分构成，每个动力部分包括一个与过管孔相对的推盘，推盘由电动缸驱动，电动缸由控制器控制，电动缸安装在滑板上，滑板设置在底部框架上；数据采集系统包括计算机、拉压力传感器和数据采集仪，拉压力传感器连接在电动缸与推盘之间。本发明能够更为真实地反应管线在受到轴向作用力时的运动轨迹，更为真实地反应管线受到的轴力变化情况。
【专利说明】
海底管线wa I k i ng问题测试系统
技术领域
[0001]本发明涉及模型试验技术领域，特别是涉及一种海底管线diking问题测试系统。
【背景技术】
[0002]对于海洋的探索，人类从未停下脚步，随着科学水平的不断提高，人类对于海洋的探索也更为深入，人类已经能够将输油钻井平台建立在数千米水深的海平面之上了，然而深海环境是一个低温高压的环境，为了避免油气输送过程中石蜡分馏产生的固化阻碍油气的正常运输，就需要管线在高温高压的环境下进行油气输送工作。在管道输送油气的整个过程中要经历多次的开关过程，伴随管道的开启和关闭，管道会经历一个升温加压、冷却降压的过程。通常，管道服役期间会经历多次开启、关闭。管道在加温、冷却时出现轴向的膨胀或收缩，同时受到海床反向的抗力，但由于多种原因导致管道沿轴向受到抗力不均，温度回归初始状态后管线端部没有回到初始的位置，出现整体轴向位移。经过多次加温冷却，这种发生在管道整体上的轴向运动会随着管线启闭循环不断累积，我们将其形象的称为walking ,walking的发生极有可能造成管线的断裂，从而造成极大的环境污染和经济损失。在管线发生walking的过程中土体轴向抗力起到十分关键的作用，土体所提供的轴向抗力的大小对于walking的发生与否和变化情况影响显著，为了尽可能地了解土体轴向抗力的变化情况和其中的影响土体轴向抗力大小的影响因素，需要一种测试系统来还原实际情况下管线往复轴向运动时管线所受轴向抗力的产生变化情况，为管线安全设计提供实验依据。
【发明内容】
[0003]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种海底管线walking问题测试系统，该系统能够更为真实地反应管线在受到轴向作用力时的运动轨迹，更为真实地反应管线受到的轴力变化情况。
[0004]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种海底管线walking问题测试系统，包括试验槽、动力系统、数据采集系统和试验管线；
[0005]所述试验槽的左右侧壁结构相同，均设有导轨安装框和与其沿竖直方向滑动连接的管隔板，在所述管隔板上开设有一过管孔;所述动力系统由位于所述试验槽左右两侧的两个对称布置的动力部分构成，每个所述动力部分包括一个与所述过管孔相对的推盘，所述推盘由电动缸驱动，所述电动缸由控制器控制，所述电动缸安装在滑板上，所述滑板设置在底部框架上，在所述底部框架的上面设有导轨，在所述滑板的下面设有与所述导轨配合的滑块，在所述滑块上设有自锁机构;所述数据采集系统包括计算机、拉压力传感器和数据采集仪，所述拉压力传感器连接在所述电动缸与所述推盘之间，所述拉压力传感器与所述动静态应变采集仪连接，所述动静态应变采集仪与所述计算机连接。
[0006]在所述导轨安装框内固接有两根竖向导轨，在所述管隔板的两侧设有与所述竖向导轨配合的滑块。
[0007]所述试验槽的前后侧壁是采用钢化玻璃形成的。
[0008]本发明具有的优点和积极效果是:通过采用在试验槽两侧设置可沿竖直方向移动的开孔管隔板，管隔板可以随着管线的运动沿着竖直方向自由运动，使得管线的竖直方向无约束;采用电动缸驱动推盘输出动力，能够确保动力部分只输出轴向力，且不会产生径向力，从而更为真实地反应管线在受到轴向作用力时的运动轨迹，更为真实地反应管线受到的轴力变化情况。本发明真实地还原了管线由于高温高压作用而产生的轴向运动，试验槽两侧的电动缸提供了管线移动的轴力，试验槽为管线与土体之间的相互作用提供了一个平台，由于管线两侧同时安装了电动缸，使得管线轴向的循环运动的模拟成为可能，管线由于运输工作的要求可能需要在使用过程中进行多次的开关，使得管线的温度和压强周而复始的变化，因此管线就可能在轴向往复运动，本发明能够充分地模拟该循环往复运动，更好地还原管线的walking过程，测定管线在循环荷载下发生轴向位移往复运动时管线所受到的轴向抗力的变化情况，同时测定管线的竖向位移的变化情况，进而分析研究影响管线walking的因素，使得试验结果更为接近实际，为实际工程提供更为可靠的数据支持。
【附图说明】
[0009]图1为本发明的结构示意图；
[0010]图2为本发明的试验槽结构示意图；
[0011]图3为本发明的动力部分结构示意图；
[0012]图4为本发明的试验管线示意图。
[0013]图中:1、试验槽，1-1、过管孔，1-2、管隔板，1-4、导轨安装框，1-5、竖向导轨，1-6、滑块，2-1、推盘，2-2、电动缸，2-3、控制器，2-4、滑板，2-5、底部框架，2-6、导轨，2-7、滑块，
3、计算机，4、拉压力传感器，5、动静态应变采集仪，6、试验管线。
【具体实施方式】
[0014]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0015]本发明涉及海底管线在高温高压环境下输送油气过程中管道的轴向运动问题。由于油气运输过程中管道的多次开关，使得管道反复加温、冷却。管道从而出现轴向的膨胀或收缩，同时管道受到海床反向的抗力。但由于多种原因导致管道沿轴向受到抗力不均，温度回归初始状态后管线端部没有回到初始的位置，出现整体轴向位移。经过多次加温冷却，这种发生在管道整体上的轴向运动会随着管线启闭循环不断累积，我们将其形象的称为walking。对于walking问题的研究是一个十分棘手的问题，对于深海高温高压输油管线walking问题十分常见，同时影响十分巨大，对于管线设计的成败起到了至关重要的作用。
[0016]请参阅图1?图4，一种海底管线walking问题测试系统，包括试验槽1、动力系统、数据采集系统和试验管线。
[0017]所述试验槽I的左右侧壁结构相同，均设有导轨安装框1-4和与其沿竖直方向滑动连接的管隔板1-2，在所述管隔板1-2上开设有一过管孔1-1。
[0018]所述试验槽I为两侧开孔的钢制结构，用于放置试验用土。为了便于观察实验过程，所述试验槽的前后侧壁是采用钢化玻璃形成的。
[0019]在本实施例中，所述管隔板1-2与所述导轨安装框1-4的连接结构为:在所述导轨安装框1-4内固接有两根竖向导轨1-5，在所述管隔板1-2的两侧设有与所述竖向导轨1-5配合的滑块1-6。在试验槽I的左右侧壁上安装可以上下移动的管隔板1-2，管隔板1-2可以随着试验管线的运动沿着固定在试验槽上的导轨上下自由运动，从而可以更为真实地反应试验管线的运动轨迹，以及由于轨迹变化而造成的抗力变化。
[0020]所述动力系统由位于所述试验槽I左右两侧的两个对称布置的动力部分构成，每个所述动力部分包括一个与所述过管孔1-1相对的推盘2-1，所述推盘2-1由电动缸2-2驱动，所述电动缸2-2由控制器2-3控制，所述电动缸2-2安装在滑板2-4上，所述滑板2-4设置在底部框架2-5上，在所述底部框架2-5的上面设有导轨2-6，在所述滑板2-4的下面设有与所述导轨2-6配合的滑块2-7，在所述滑块2-7上设有自锁机构。
[0021]所述数据采集系统包括计算机3、拉压力传感器4和数据采集仪5，所述拉压力传感器4连接在所述电动缸2-2与所述推盘2-1之间，用于测量所述电动缸2-2输出给所述推盘2-1的水平轴向力。所述拉压力传感器4与所述动静态应变采集仪5连接，所述动静态应变采集仪5与所述计算机3连接。
[0022]在本实施例中，试验管线6由长度为2米的不同管径的空心薄壁钢管构成，试验时，试验管线6安放在所述试验槽I内的试验用土上，端部穿装在所述过管孔1-1内。
[0023]试验开始前，首先测定填土的物理力学特性，当填土为无粘性土时，需测定的物理力学指标为土体容重、含水率、密实度及天然坡角。通过控制土体的密实度将其装入试验槽内，根据有限元的计算结果可知，管线轴向运动产生的土体塑性区域在深度方向小于0.5倍管径，因此管线的下部土体厚度应大于0.5倍管径，然后安放试验管段，根据试验要求设置电动缸的推进速度，可以进行单向试验，同时也可以进行循环荷载试验。
[0024]试验开始后，依次启动计算机、数据采集仪。首先对应变仪进行平衡、清零，随后打开速度控制箱从而控制电动缸的运动速度，使得管段在轴向方向以某个速度移动，速度可以在I?20mm/s之间变化，轴向位移的最大值受到电动缸的型号和试验槽的大小所限制，通过实践发现本设计系统完全可以充分反映管段的移动距离。
[0025]试验结束后，依次关闭速度控制箱、数据采集仪、计算机，整理试验数据。
[0026]尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种海底管线walking问题测试系统，其特征在于，包括试验槽、动力系统、数据采集系统和试验管线； 所述试验槽的左右侧壁结构相同，均设有导轨安装框和与其沿竖直方向滑动连接的管隔板，在所述管隔板上开设有一过管孔； 所述动力系统由位于所述试验槽左右两侧的两个对称布置的动力部分构成，每个所述动力部分包括一个与所述过管孔相对的推盘，所述推盘由电动缸驱动，所述电动缸由控制器控制，所述电动缸安装在滑板上，所述滑板设置在底部框架上，在所述底部框架的上面设有导轨，在所述滑板的下面设有与所述导轨配合的滑块，在所述滑块上设有自锁机构； 所述数据采集系统包括计算机、拉压力传感器和数据采集仪，所述拉压力传感器连接在所述电动缸与所述推盘之间，所述拉压力传感器与所述动静态应变采集仪连接，所述动静态应变采集仪与所述计算机连接。2.根据权利要求1所述的海底管线walking问题测试系统，其特征在于，在所述导轨安装框内固接有两根竖向导轨，在所述管隔板的两侧设有与所述竖向导轨配合的滑块。3.根据权利要求1所述的海底管线walking问题测试系统，其特征在于，所述试验槽的前后侧壁是采用钢化玻璃形成的。
【文档编号】G01N3/00GK105842047SQ201610439959
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】王乐, 刘润, 王宇飞, 彭碧瑶
【申请人】天津大学