一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置

1.本发明属于柔性管缆实验测试辅助装置领域，涉及一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置，适用于实验室辅助测试8寸-20寸柔性管缆(油气能源开发、浮式风电和深海采矿等)的刚度(拉伸、扭转、弯曲)性能试验。


背景技术：

2.伴随陆上油气传统资源日渐枯竭，海洋油气资源和新能源的开发利用日益受到世界各国重视。深海电缆、脐带缆及低温柔性管道(统称为柔性管缆)是海洋能源开采中至关重要的结构装备，可用于连接水上浮体与水下开采装备，船体与岸站运输。深海电缆是指用于电力、通信及相关传输用途的装备；脐带缆在海洋电缆的基础上可以额外传输液压化学药剂；低温柔性管道是输送油气资源或传输lng的装备。
3.柔性管缆结构包含单层或多层的螺旋缠绕的铠装层，具有非粘结、可滑动及螺旋缠绕等结构特点。柔性管缆在位服役时会受到弯曲、扭转和拉伸荷载的影响，进而影响其使用寿命，现有理论与数值方法难以精确描述柔性管缆在以上载荷作用下的力学性能，因此需要通过实验来进行确定。国内科研机构测试柔性管缆力学性能时通常会忽略重力影响。例如在拉伸和扭转测试时，由于重力作用管道会形成u型导致测量结果不准；弯曲测试时，会使用带滚轮夹具加持管缆，由于重力以及夹具对管缆的摩擦力影响导致测量结果不准；国外相关测试机构使用简易辅助装置进行管缆弯曲性能测试，但只能做到单一尺寸管缆测试，且平面与管缆依旧存在摩擦，轮子设计会使实验过程中出现整体偏移的情况进而影响数据采集。因此国内柔性管缆实验测试辅助装置技术尚待突破，暂无简单通用结构，且不适用于实验室小型测量使用。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种柔性管缆力学性能实验测试辅助装置，其目的是针对管缆结构原型测试辅助装置相关技术领域的落后，解决以往传统测试装置安装不方便、体积过大和重力摩擦力造成测量结果不精准的缺点，方便小型实验室试验测试。
5.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置，包括变尺寸夹持拖板装置1、旋转装置2和移动装置3，其中旋转装置2位于尺寸夹持拖板装置1和移动装置3之间。变尺寸夹持拖板装置1、旋转装置2、移动装置3和柔性管缆轴线共平面，保证实验过程中通过柔性管缆传递到变尺寸夹持拖板装置1和旋转装置2的变形相同。
7.所述的变尺寸夹持拖板装置1包括托板4、球形滚珠9、变尺寸圆形通孔10、可拆卸夹持保护棒17。所述的托板4上表面加工出球形凹槽呈矩阵式分布，用于安装球形滚珠9，球形滚珠9在托板4上表面进行半内嵌式设计，安装后球形滚珠9部分表面凸出于托板4上表面，用于降低实验过程中柔性管缆与托板之间的摩擦，减少实验误差；所述托板4表面的球
形凹槽之间设有用于安装可拆卸夹持保护棒17的圆形通孔10，其中可拆卸夹持保护棒17用于安装不同尺寸的管缆；所述托板4中心位置设有用于与旋转装置2连接的多个贯穿通孔11，与带角度显示转盘6上表面圆孔16位置对应，通过高强度螺栓连接。所述的一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置可根据实验类型放置在柔性管缆的任意位置下部，根据柔性管缆尺寸选择合适圆形通孔10安装可拆卸夹持保护棒17，起固定加持作用。
8.所述的旋转装置2设于变尺寸夹持拖板装置1下方，其包括带角度显示转盘6，带角度显示转盘6上下表面均设有圆孔16，用于与变尺寸夹持拖板装置1和移动装置3连接。所述带角度显示转盘6可实时记录弯曲刚度实验过程中柔性管缆旋转的平面角度。
9.所述的移动装置3设于旋转装置2下方，其包括底部托板5和滑轮装置7。所述底部托板5中心位置设有用于与旋转装置2连接的通孔11，带角度显示转盘6下表面圆孔16与通孔11位置对应，通过高强度螺栓连接。所述底部托板5两侧留有通孔8，安装可装卸把手13(可装卸把手13通过高强度螺栓穿过通孔8固定在底部托板5上)。所述底部托板5底部设有圆孔12，通过高强度螺栓与滑轮装置7固定，保证滑轮装置7可实现平面内360度自由的转动；所述滑轮装置7包括八边形连接装置15、导轮14，八边形连接装置15中心设有用于穿过高强度螺栓的贯穿圆孔12，两侧设有导轮14，滑轮装置7自身可发生圆周旋转。
10.所述的变尺寸夹持拖板装置1、旋转装置2和移动装置3为分体装置，变尺寸夹持拖板装置1和移动装置3通过高强度螺栓穿过自身中心圆孔连接旋转装置2，进而完成整个辅助装置的装配；装配后三个装置的轴线在同一竖直平面上，保证弯曲实验过程中辅助装置旋转简易性且降低实验结果误差。依据实验类型和柔性管缆尺寸选择可拆卸夹持保护棒17的安装位置，实验时应根据管道长度以及重量选择滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置的数量，依据实验类型选择滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置的放置位置：例如弯曲实验时，滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置放置在柔性管缆样品端部时，此时可拆卸夹持保护棒17应安装在变尺寸夹持拖板装置1靠近一侧边缘的两竖排对应管缆尺寸的圆形通孔10中；当拉伸和扭转实验时，一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置放置在柔性管缆样品下方任意位置时，可拆卸夹持保护棒17应安装夹持拖板装置1两端的两竖排圆形通孔10中。
11.进一步的，变尺寸夹持拖板装置1和移动装置3长宽一致，变尺寸夹持拖板装置1通过高强度螺栓17穿过圆孔11、16从上部固定旋转装置2，移动装置3通过高强度螺栓穿过圆孔11、16从下部固定旋转装置2，使变尺寸夹持拖板装置1、旋转装置2和移动装置3轴线重合。
12.进一步的，所述的滑轮装置7主体为八边形连接装置15，其为八边形设计，导轮14固定在八边形连接装置15下部分两侧边，保证导轮14安装后形成一个锐角，保证可移动辅助装置移动的稳定性。
13.进一步的，所述的托板4下表面中心加工出与带角度显示转盘6上表面相同尺寸的圆柱形凹陷，在托板4上表面加工贯穿式圆孔11与圆孔16对齐，便于高强度螺栓穿过圆孔11、16从上部固定旋转装置2，保证托板4和带角度显示转盘6中心对齐。
14.进一步的，所述的底部托板5上表面中心加工出与带角度显示转盘6下表面相同尺寸的圆柱形凹陷，在托板5下表面加工贯穿式圆孔11与圆孔16对齐，方便高强度螺栓穿过圆
孔11、16从下部固定旋转装置2，保证底部托板5和带角度显示转盘6中心对齐。
15.进一步的，所述的旋转装置2在变尺寸夹持拖板装置1和移动装置3的圆柱形凹陷处，通过高强度螺栓上下挤压旋转装置进而连接固定变尺寸夹持拖板装置1和移动装置3，通过旋转装置2为变尺寸夹持拖板装置1提供平面旋转运动。
16.进一步的，所述的托板4上表面两端和距其中一端1/4处分别以托板4长轴线对称加工六处圆孔10，以长轴线对称的圆孔10分别对应8寸、10寸、12寸、14寸、16寸、20寸的柔性管缆直径，依据柔性管缆样品直径尺寸将可拆卸夹持保护棒17固定进对应的圆孔10，从而根据实验类型实现变尺寸和变位置夹持柔性管缆作用。
17.进一步的，所述的带角度显示转盘6为可旋转转盘，在下半部分制作一处初始位置0度标准线，上半部分环周制作标记0-360度角度线，以1度为单位刻度线，用于实现实验过程中柔性管缆端部角度变化的记录。带角度显示转盘6上半部分的高度高于托板4下表面凹陷处高度，足以漏出角度标记线；带角度显示转盘6下半部分高度高于和托板5的凹陷处高度，足以漏出标准线，方便漏出转盘上角度标记线以及变尺寸夹持拖板装置1旋转。
18.进一步的，所述的托板5两端分别以托板5长轴线对称加工4处通孔8，可装卸把手13通过高强度螺栓由通孔8固定在底部托板5，实验前可安装可装卸把手13，实验时可移除可装卸把手13，方便实验前后移动一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置到指定位置。
19.本发明适用于实验室辅助测试8寸-20寸柔性管缆的刚度性能试验，刚度包括拉伸、扭转、弯曲，具体如下：
20.柔性管缆的拉伸实验和扭转实验通常会选择柔性管缆自身10倍直径的长度作为实验样品，当柔性管缆两端分别固定在试验机上时由于其自身重力作用整体线型会变成u型，此时柔性管缆轴线与试验机施力端轴线会发生偏移，一部分试验机的拉力与扭矩会去抵抗重力，进而影响试验结果；但柔性管缆为避免重力影响放置在相同高度平板上进行拉伸、扭转时，柔性管缆与平板之间会产生较大摩擦，进而影响试验结果。那么针对柔性管缆的拉伸和扭转实验，本发明的优势在于：1)装置可以放在柔性管缆下方任意位置，消除重力对实验结果的影响；2)装置配有导轮可自由地移动，导轮成锐角布置保证装置可按照预定轨迹移动；3)装置表面布置球形滚珠，可降低柔性管缆与装置之间的摩擦，进而降低实验误差；4)装置内部凹陷可通过添加垫片进一步实现装置的升高与降低，兼容性更强。
21.柔性管缆的弯曲实验通常会选择柔性管缆自身10倍直径的长度作为实验样品，当柔性管缆两端分别固定在试验机上时由于其自身重力作用整体线型会变成u型，会导致测量点不精准，并且不易观测柔性管缆端部角度变化，进而影响试验结果。本发明的优势在于：1)可将柔性管缆水平放置在多个装置上，消除初始重力影响，满足实验规范要求；2)装置分体设计，与柔性管缆接触的变尺寸夹持拖板装置可实现平面内自由转动，旋转装置可实时记录柔性管缆端部角度变化，方便后续实验数据的处理；3)装置表面布置球形滚珠，可降低柔性管缆与装置之间的摩擦，进而降低实验误差。
22.本发明的有益效果为：
23.(1)本发明中变尺寸夹持拖板装置采用矩形设计，方便最大面积的承接柔性管缆，有利于降低柔性管缆自重影响带来的结果误差。
24.(2)本发明中变尺寸夹持拖板装置上表面采用矩阵式钢珠排布设计，有利于降低
柔性管缆与托板之间的摩擦。
25.(3)本发明中变尺寸夹持拖板装置上表面以长轴线对称设置多个圆孔，有利于根据不同实验类型(弯曲、拉伸和扭转)和柔性管缆尺寸选择对应圆孔安装可拆卸夹持保护棒，实现变尺寸变位置夹持功能，兼容性较强。
26.(4)本发明中移动装置在两端布置以长轴线对称设置贯穿圆孔，可装卸把手可通过此圆孔根据实验要求实现自由装卸，有利于一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置自由移动到指定位置。
27.(5)本发明中移动装置下端安装滑轮装置，导轮采用锐角布置，有利于一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置拥有较强的稳定性。
28.(6)本发明中旋转装置采用带角度标记设计，有利于实验过程中记录角度的变化，方便后续实验数据的统计。
29.(7)本发明中采用分体式设计，使用旋转装置连接固定变尺寸夹持拖板装置和移动装置，保证了在弯曲实验时移动装置不转动而变尺寸夹持拖板装置平面旋转运动。
30.(8)本发明中变尺寸夹持拖板装置和移动装置带有凹槽设计，有利于根据实验要求向凹陷处进行填充提高变尺寸夹持拖板装置离地距离，进一步为实验类型提供更强的兼容性。
31.(9)本发明中所设计的可移动升降装置结构简单、性能可靠、体积较小、操作方便，适用于实验室原型测量。
附图说明
32.图1为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置整体结构正视图。
33.图2为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置整体结构俯视图。
34.图3为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置整体结构侧视图。
35.图4为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置一侧夹持整体结构三维示意图。
36.图5为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置两端夹持整体结构三维示意图。
37.图6为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置变尺寸夹持拖板装置结构正视图。
38.图7为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置变尺寸夹持拖板装置结构俯视图。
39.图8为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置变尺寸夹持拖板装置结构侧视图。
40.图9为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置变尺寸夹持拖板装置结构端部夹持三维示意图。
41.图10为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置变尺寸夹持
拖板装置结构一侧夹持三维示意图。
42.图11为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置变尺寸夹持拖板装置结构下表面凹陷设计三维示意图。
43.图12为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置变尺寸夹持拖板装置结构上表面球形滚珠矩阵式设计三维示意图。
44.图13为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置旋转装置结构俯视图。
45.图14为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置旋转装置结构侧视图。
46.图15为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置移动装置结构正视图。
47.图16为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置移动装置结构俯视图。
48.图17为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置移动装置结构侧视图。
49.图18为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置移动装置结构三维示意图。
50.图19为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置弯曲实验时旋转状态下三维示意图。
51.图20为一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置拉伸、扭转实验时辅助三维示意图。
52.图中：1变尺寸夹持拖板装置；2旋转装置；3移动装置；4托板；5底部托板；6带角度显示转盘；7滑轮装置；8圆形通孔；9球形滚珠；10变尺寸圆孔；11圆形通孔；12贯穿圆孔；13可装卸把手；14导轮；15八边形连接装置；16圆孔17可拆卸夹持保护棒。
具体实施方式
53.以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
54.一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置，包括变尺寸夹持拖板装置1、旋转装置2和移动装置3，其中旋转装置2位于变尺寸夹持拖板装置1和移动装置3之间。变尺寸夹持拖板装置1、旋转装置2和移动装置3为分体装置，变尺寸夹持拖板装置1和移动装置3通过高强度螺栓穿过自身中心圆孔连接旋转装置2，进而完成整个辅助装置的装配；装配后三个装置的中心在同一条竖直轴线上，保证实验过程中辅助装置旋转简易性且降低实验结果误差。且变尺寸夹持拖板装置1、旋转装置2、移动装置3和柔性管缆轴线共平面。
55.所述的变尺寸夹持拖板装置1包括托板4、球形滚珠9、变尺寸夹持棒10、可拆卸夹持保护棒17。所述的托板4上表面加工出球形凹槽呈矩阵式分布，用于安装球形滚珠9，安装后球形滚珠9部分表面凸出于托板4上表面；所述托板4上表面设有用于安装可拆卸夹持保护棒17的圆形通孔10；所述托板4中心位置设有用于与旋转装置2连接的贯穿通孔11。所述的变尺寸夹持拖板装置1可根据柔性管缆尺寸和实验类型(弯曲、拉伸和扭转)选择合适位
置圆形通孔10安装可拆卸夹持保护棒17，起初步固定作用。
56.所述的旋转装置2设于变尺寸夹持拖板装置1下方，其包括带角度显示转盘6，带角度显示转盘6上设有用于与尺寸夹持拖板装置1和移动装置3连接的圆形通孔16。所述带角度显示转盘可实时记录实验过程中柔性管缆旋转角度。
57.所述的移动装置3设于旋转装置2下方，其包括底部托板5和滑轮装置7。所述底部托板5中心位置设有用于与与旋转装置2连接的通孔11。所述底部托板5任意一侧可安装可装卸把手13(可装卸把手13通过高强度螺栓通过圆孔8固定在底部托板5上)。所述底部托板5底部设有圆孔12，通过高强度螺栓与滑轮装置7固定，保证滑轮装置7可自由的实现平面360度转动；所述滑轮装置7包括八边形连接装置15、导轮14，八边形连接装置15中心设有用于穿过贯穿高强度螺栓的圆孔12，两侧设有导轮14，进一步实现滑轮装置7根据需求自身发生圆周旋转。
58.依据实验类型(弯曲、拉伸和扭转)和柔性管缆尺寸(8-20寸)选择可拆卸夹持保护棒17的安装位置，例如当一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置放置在柔性管缆端部时，需起到初步固定加持柔性管缆的作用，此时可拆卸夹持保护棒17应安装在变尺寸夹持拖板装置1靠近左侧边缘的两竖排对应管缆尺寸的圆形通孔10中；当一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置放置在柔性管缆端部以外的位置时，需起到承托柔性管缆的作用，避免柔性管缆重力对实验结果产生影响，此时可拆卸夹持保护棒17应安装夹持拖板装置1两端的两竖排圆形通孔10中。
59.实验时应根据管道长度以及重量选择一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置的数量，并依据实验测试需求选择一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置的放置位置：例如弯曲实验时，一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置应放置在柔性管缆样品两端部和中心位置各一个；当拉伸实验和扭转实验时，一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置应根据柔性管缆重量放置在柔性管缆样品下方任意位置。
60.本实施例中，变尺寸夹持拖板装置1和移动装置3长宽一致，变尺寸夹持拖板装置1通过高强度螺栓17穿过圆孔11、16从上部固定旋转装置2，移动装置3通过高强度螺栓穿过圆孔11、16从下部固定旋转装置2，使变尺寸夹持拖板装置1、旋转装置2和移动装置3轴线重合。
61.本实施例中，所述的滑轮装置7主体为八边形连接装置15，其为八边形设计，滑轮装置7由高强度螺栓通过圆孔12固定在托板5下表面，每个八边形连接装置15装配4个导轮14，两侧导轮之间形成夹角固定在八边形连接装置15侧边，增强整体装置稳定性以及方便后续通过轨道预设轨迹移动。
62.本实施例中，所述的托板4下表面中心加工出与带角度显示转盘6上表面相同尺寸的圆柱形凹陷，在托板4上表面加工贯穿式圆孔11与圆孔16对齐，便于高强度螺栓17穿过圆孔11、16从上部固定旋转装置2，保证中心对齐。
63.本实施例中，所述的底部托板5上表面中心加工出与带角度显示转盘6下表面相同尺寸的圆柱形凹陷，在托板5下表面加工贯穿式圆孔11与圆孔16对齐，方便高强度螺栓穿过圆孔11、16从下部固定旋转装置2，保证中心对齐。
64.本实施例中，所述的旋转装置2在变尺寸夹持拖板装置1和移动装置2的圆柱形凹
陷处，通过高强度螺栓上下挤压旋转装置进而连接固定变尺寸夹持拖板装置1和移动装置3，为变尺寸夹持拖板装置1提供平面旋转运动。
65.本实施例中，所述的托板4上表面两端和距其中一端1/4处分别以托板4长轴线对称加工六处圆孔10，以长轴线对称的圆孔10分别对应8寸、10寸、12寸、14寸、16寸、寸、寸的柔性管缆直径，再将可拆卸夹持保护棒17固定进对应尺寸和位置的圆孔10，从而根据实验类型实现变尺寸和变位置夹持柔性管缆作用。
66.本实施例中，所述的带角度显示转盘6为可旋转转盘，在下半部分制作标准线，上半部分环周制作标记0-360度角度线，以1度为单位刻度线，用于实现实验过程中柔性管缆端部角度变化的记录。带角度显示转盘6上半部分的高度高于托板4下表面凹陷处高度，足以漏出角度标记线；带角度显示转盘6下半部分高度高于和托板5的凹陷处高度，足以漏出标准线，方便漏出转盘上角度标记线以及托板4旋转。
67.本实施例中，所述的托板5两端分别以托板5长轴线对称加工4处通孔8，可装卸把手13通过高强度螺栓由通孔8固定在底部托板5，实验前可安装可装卸把手13，实验时可移除可装卸把手13，方便实验前后移动一种滚动降阻式变尺寸的柔性管缆实验可移动升降辅助装置到指定位置。
68.以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，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，这些均属于本发明的保护范围。