本實(shí)用新型涉及模型試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種海底管線walking問題測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

對(duì)于海洋的探索，人類從未停下腳步，隨著科學(xué)水平的不斷提高，人類對(duì)于海洋的探索也更為深入，人類已經(jīng)能夠?qū)⑤斢豌@井平臺(tái)建立在數(shù)千米水深的海平面之上了，然而深海環(huán)境是一個(gè)低溫高壓的環(huán)境，為了避免油氣輸送過程中石蠟分餾產(chǎn)生的固化阻礙油氣的正常運(yùn)輸，就需要管線在高溫高壓的環(huán)境下進(jìn)行油氣輸送工作。在管道輸送油氣的整個(gè)過程中要經(jīng)歷多次的開關(guān)過程，伴隨管道的開啟和關(guān)閉，管道會(huì)經(jīng)歷一個(gè)升溫加壓、冷卻降壓的過程。通常，管道服役期間會(huì)經(jīng)歷多次開啟、關(guān)閉。管道在加溫、冷卻時(shí)出現(xiàn)軸向的膨脹或收縮，同時(shí)受到海床反向的抗力，但由于多種原因?qū)е鹿艿姥剌S向受到抗力不均，溫度回歸初始狀態(tài)后管線端部沒有回到初始的位置，出現(xiàn)整體軸向位移。經(jīng)過多次加溫冷卻，這種發(fā)生在管道整體上的軸向運(yùn)動(dòng)會(huì)隨著管線啟閉循環(huán)不斷累積，我們將其形象的稱為walking，walking的發(fā)生極有可能造成管線的斷裂，從而造成極大的環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失。在管線發(fā)生walking的過程中土體軸向抗力起到十分關(guān)鍵的作用，土體所提供的軸向抗力的大小對(duì)于walking的發(fā)生與否和變化情況影響顯著，為了盡可能地了解土體軸向抗力的變化情況和其中的影響土體軸向抗力大小的影響因素，需要一種測(cè)試系統(tǒng)來還原實(shí)際情況下管線往復(fù)軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)管線所受軸向抗力的產(chǎn)生變化情況，為管線安全設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種海底管線walking問題測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠更為真實(shí)地反應(yīng)管線在受到軸向作用力時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，更為真實(shí)地反應(yīng)管線受到的軸力變化情況。

本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種海底管線walking問題測(cè)試系統(tǒng)，包括試驗(yàn)槽、動(dòng)力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和試驗(yàn)管線；

所述試驗(yàn)槽的左右側(cè)壁結(jié)構(gòu)相同，均設(shè)有導(dǎo)軌安裝框和與其沿豎直方向滑動(dòng)連接的管隔板，在所述管隔板上開設(shè)有一過管孔；所述動(dòng)力系統(tǒng)由位于所述試驗(yàn)槽左右兩側(cè)的兩個(gè)對(duì)稱布置的動(dòng)力部分構(gòu)成，每個(gè)所述動(dòng)力部分包括一個(gè)與所述過管孔相對(duì)的推盤，所述推盤由電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)，所述電動(dòng)缸由控制器控制，所述電動(dòng)缸安裝在滑板上，所述滑板設(shè)置在底部框架上，在所述底部框架的上面設(shè)有導(dǎo)軌，在所述滑板的下面設(shè)有與所述導(dǎo)軌配合的滑塊，在所述滑塊上設(shè)有自鎖機(jī)構(gòu)；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、拉壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集儀，所述拉壓力傳感器連接在所述電動(dòng)缸與所述推盤之間，所述拉壓力傳感器與所述動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變采集儀連接，所述動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變采集儀與所述計(jì)算機(jī)連接。

在所述導(dǎo)軌安裝框內(nèi)固接有兩根豎向?qū)к?，在所述管隔板的兩?cè)設(shè)有與所述豎向?qū)к壟浜系幕瑝K。

所述試驗(yàn)槽的前后側(cè)壁是采用鋼化玻璃形成的。

本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：通過采用在試驗(yàn)槽兩側(cè)設(shè)置可沿豎直方向移動(dòng)的開孔管隔板，管隔板可以隨著管線的運(yùn)動(dòng)沿著豎直方向自由運(yùn)動(dòng)，使得管線的豎直方向無約束；采用電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)推盤輸出動(dòng)力，能夠確保動(dòng)力部分只輸出軸向力，且不會(huì)產(chǎn)生徑向力，從而更為真實(shí)地反應(yīng)管線在受到軸向作用力時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，更為真實(shí)地反應(yīng)管線受到的軸力變化情況。本實(shí)用新型真實(shí)地還原了管線由于高溫高壓作用而產(chǎn)生的軸向運(yùn)動(dòng)，試驗(yàn)槽兩側(cè)的電動(dòng)缸提供了管線移動(dòng)的軸力，試驗(yàn)槽為管線與土體之間的相互作用提供了一個(gè)平臺(tái)，由于管線兩側(cè)同時(shí)安裝了電動(dòng)缸，使得管線軸向的循環(huán)運(yùn)動(dòng)的模擬成為可能，管線由于運(yùn)輸工作的要求可能需要在使用過程中進(jìn)行多次的開關(guān)，使得管線的溫度和壓強(qiáng)周而復(fù)始的變化，因此管線就可能在軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，本實(shí)用新型能夠充分地模擬該循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，更好地還原管線的walking過程，測(cè)定管線在循環(huán)荷載下發(fā)生軸向位移往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)管線所受到的軸向抗力的變化情況，同時(shí)測(cè)定管線的豎向位移的變化情況，進(jìn)而分析研究影響管線walking的因素，使得試驗(yàn)結(jié)果更為接近實(shí)際，為實(shí)際工程提供更為可靠的數(shù)據(jù)支持。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的試驗(yàn)槽結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型的動(dòng)力部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的試驗(yàn)管線示意圖。

圖中：1、試驗(yàn)槽，1-1、過管孔，1-2、管隔板，1-4、導(dǎo)軌安裝框，1-5、豎向?qū)к墸?-6、滑塊，2-1、推盤，2-2、電動(dòng)缸，2-3、控制器，2-4、滑板，2-5、底部框架，2-6、導(dǎo)軌，2-7、滑塊，3、計(jì)算機(jī)，4、拉壓力傳感器，5、動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變采集儀，6、試驗(yàn)管線。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下：

本實(shí)用新型涉及海底管線在高溫高壓環(huán)境下輸送油氣過程中管道的軸向運(yùn)動(dòng)問題。由于油氣運(yùn)輸過程中管道的多次開關(guān)，使得管道反復(fù)加溫、冷卻。管道從而出現(xiàn)軸向的膨脹或收縮，同時(shí)管道受到海床反向的抗力。但由于多種原因?qū)е鹿艿姥剌S向受到抗力不均，溫度回歸初始狀態(tài)后管線端部沒有回到初始的位置，出現(xiàn)整體軸向位移。經(jīng)過多次加溫冷卻，這種發(fā)生在管道整體上的軸向運(yùn)動(dòng)會(huì)隨著管線啟閉循環(huán)不斷累積，我們將其形象的稱為walking。對(duì)于walking問題的研究是一個(gè)十分棘手的問題，對(duì)于深海高溫高壓輸油管線walking問題十分常見，同時(shí)影響十分巨大，對(duì)于管線設(shè)計(jì)的成敗起到了至關(guān)重要的作用。

請(qǐng)參閱圖1～圖4，一種海底管線walking問題測(cè)試系統(tǒng)，包括試驗(yàn)槽1、動(dòng)力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和試驗(yàn)管線。

所述試驗(yàn)槽1的左右側(cè)壁結(jié)構(gòu)相同，均設(shè)有導(dǎo)軌安裝框1-4和與其沿豎直方向滑動(dòng)連接的管隔板1-2，在所述管隔板1-2上開設(shè)有一過管孔1-1。

所述試驗(yàn)槽1為兩側(cè)開孔的鋼制結(jié)構(gòu)，用于放置試驗(yàn)用土。為了便于觀察實(shí)驗(yàn)過程，所述試驗(yàn)槽的前后側(cè)壁是采用鋼化玻璃形成的。

在本實(shí)施例中，所述管隔板1-2與所述導(dǎo)軌安裝框1-4的連接結(jié)構(gòu)為：在所述導(dǎo)軌安裝框1-4內(nèi)固接有兩根豎向?qū)к?-5，在所述管隔板1-2的兩側(cè)設(shè)有與所述豎向?qū)к?-5配合的滑塊1-6。在試驗(yàn)槽1的左右側(cè)壁上安裝可以上下移動(dòng)的管隔板1-2，管隔板1-2可以隨著試驗(yàn)管線的運(yùn)動(dòng)沿著固定在試驗(yàn)槽上的導(dǎo)軌上下自由運(yùn)動(dòng)，從而可以更為真實(shí)地反應(yīng)試驗(yàn)管線的運(yùn)動(dòng)軌跡，以及由于軌跡變化而造成的抗力變化。

所述動(dòng)力系統(tǒng)由位于所述試驗(yàn)槽1左右兩側(cè)的兩個(gè)對(duì)稱布置的動(dòng)力部分構(gòu)成，每個(gè)所述動(dòng)力部分包括一個(gè)與所述過管孔1-1相對(duì)的推盤2-1，所述推盤2-1由電動(dòng)缸2-2驅(qū)動(dòng)，所述電動(dòng)缸2-2由控制器2-3控制，所述電動(dòng)缸2-2安裝在滑板2-4上，所述滑板2-4設(shè)置在底部框架2-5上，在所述底部框架2-5的上面設(shè)有導(dǎo)軌2-6，在所述滑板2-4的下面設(shè)有與所述導(dǎo)軌2-6配合的滑塊2-7，在所述滑塊2-7上設(shè)有自鎖機(jī)構(gòu)。

所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)3、拉壓力傳感器4和數(shù)據(jù)采集儀5，所述拉壓力傳感器4連接在所述電動(dòng)缸2-2與所述推盤2-1之間，用于測(cè)量所述電動(dòng)缸2-2輸出給所述推盤2-1的水平軸向力。所述拉壓力傳感器4與所述動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變采集儀5連接，所述動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變采集儀5與所述計(jì)算機(jī)3連接。

在本實(shí)施例中，試驗(yàn)管線6由長度為2米的不同管徑的空心薄壁鋼管構(gòu)成，試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)管線6安放在所述試驗(yàn)槽1內(nèi)的試驗(yàn)用土上，端部穿裝在所述過管孔1-1內(nèi)。

試驗(yàn)開始前，首先測(cè)定填土的物理力學(xué)特性，當(dāng)填土為無粘性土?xí)r，需測(cè)定的物理力學(xué)指標(biāo)為土體容重、含水率、密實(shí)度及天然坡角。通過控制土體的密實(shí)度將其裝入試驗(yàn)槽內(nèi)，根據(jù)有限元的計(jì)算結(jié)果可知，管線軸向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的土體塑性區(qū)域在深度方向小于0.5倍管徑，因此管線的下部土體厚度應(yīng)大于0.5倍管徑，然后安放試驗(yàn)管段，根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)置電動(dòng)缸的推進(jìn)速度，可以進(jìn)行單向試驗(yàn)，同時(shí)也可以進(jìn)行循環(huán)荷載試驗(yàn)。

試驗(yàn)開始后，依次啟動(dòng)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集儀。首先對(duì)應(yīng)變儀進(jìn)行平衡、清零，隨后打開速度控制箱從而控制電動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng)速度，使得管段在軸向方向以某個(gè)速度移動(dòng)，速度可以在1～20mm/s之間變化，軸向位移的最大值受到電動(dòng)缸的型號(hào)和試驗(yàn)槽的大小所限制，通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)完全可以充分反映管段的移動(dòng)距離。

試驗(yàn)結(jié)束后，依次關(guān)閉速度控制箱、數(shù)據(jù)采集儀、計(jì)算機(jī)，整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。