一种深水压力舱混合实验装置

摘要

一种深水压力舱混合实验装置，属于海洋石油工程领域。这种深水压力舱混合实验装置的舱体外设有多个有孔与舱体内相通的连接组件，舱体内设有导轨装置和支架，支架的下部设有在导轨装置上滚动的滚轮，支架内侧的一端依次固定连接一个作动器与第一夹具，另一端固定连接一个第二夹具。该实验装置在实验室内构建一个通用的水下试验平台，可根据不同的水深环境和水下装备类型及水下工作情况设定试验内容和方案，做到在原形结构上实现传感器的标定测试内容，大大地缩短传感器研发周期，提高传感器的稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种深水压力舱混合实验装置，特别是一种用于室内模拟水下标定系统的实验装置，属于海洋石油工程领域。

背景技术

随着海洋开发愈来愈向深海推进，油气资源的开发也不断向深海进军。由于深海海域的自然环境十分恶劣，环境载荷比较复杂，因此对海洋工程设施的理论分析、设计安装等要求就更加严格和精确。

浮式平台是海洋石油工程领域应用最广的深海采油模式。但是由于深海环境的复杂性以及浮式平台系泊系统的非线性，导致了浮式平台的设计仍有诸多问题。为了保障浮式平台在深海中的正常工作，对其进行长期的监测十分重要。而监测过程中带来的核心问题之一是所用传感器的精度和长期稳定性问题。为了保证水下锚链、立管等海洋装备专用传感器开发的可靠性、稳定性，对于传感器需要进行一系列水下标定测试工作，诸如自容式传感器耐压性测试、锚链监测传感器的精度测试和稳定性测试、立管姿态传感器的精度测试和稳定性测试。现在很多国家对于研发的传感器的测试在真实海洋环境中进行，在真实平台装备上雇佣潜水员或ROV布放水下传感器进行标定测试，浪费大量实验时间和经费。 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可同时进行室内锚链、立管试验和水下传感器标定系统的深水压力舱混合实验装置。

本发明采取以下技术方案：一种深水压力舱混合实验装置包括一个压力舱主体，所述压力舱主体包括由筒体封头、筒体与筒体端部依次固定连接构成的舱体和法兰盖，舱体与法兰盖之间采用密封连接，所述舱体外设有多个有孔与舱体内相通的连接组件，舱体内设有导轨装置和支架，支架的下部设有在导轨装置上滚动的滚轮，支架内侧的一端依次固定连接一个作动器与第一夹具，另一端固定连接一个第二夹具。

所述舱体与法兰盖之间设有密封垫和双锥环，并用螺柱和螺母固定连接，双锥环采用螺栓固定的托环定位。

所述连接组件包括进排气连接组件、进出水连接组件、进出油连接组件、仪表连接组件和通信电缆连接组件。

所述第一夹具与第二夹具之间连接直管试件。

所述第一夹具与第二夹具之间连接锚链试件。

所述第一夹具与第二夹具之间连接弯曲试件时，弯曲试件的下面设有一个拱形梁。

上述技术方案利用水下作动器为主的加载装置实现压力罐内的构件的模拟真实情况运动行为，从而实现真实结构在真实工况下传感器工作的实验测试效果。支架系统和作动器加载系统独立于舱体，从而可以通过更新支架和作动器进行试验系统更新，而保证压力舱主体结构不变。

本发明的有益效果是：这种深水压力舱混合实验装置采用舱壁上开设(多个)连接孔方式实现舱外与舱体内的连通和组件连接，舱体内设有导轨装置和支架，支架的下部设有在导轨装置上滚动的滚轮，支架内侧的一端依次固定连接一个作动器与第一夹具，另一端固定连接一个第二夹具。该实验装置在实验室内构建一个通用的水下试验平台，可根据不同的水深环境和水下装备类型及水下工作情况设定试验内容和方案，可在舱外空间实现构件和作动器的安装，可在舱外实现测试传感器的连接和初步调试，做到在原形结构上实现大水深高压拉伸、弯曲等耦合工况试验，并可实现多种类型传感器的标定测试内容，缩短了传感器研发周期，提高传感器的稳定性。

附图说明

图1是一种深水压力舱混合实验装置的结构图。

图2是一种深水压力舱混合实验装置的结构右视图。

图3是支架系统和加载装置的结构图。

图4是图1中的A图。

图5是舱内模拟立管所用传感器拉伸测试实验示意图。

图6是舱内模拟锚链所用传感器拉伸测试实验示意图。

图7是舱内弯曲试件所用传感器拉伸测试实验示意图。

图中：1、筒体，1a、筒体封头，1b、筒体端部，2、法兰盖，3、连接组件，4、支座，5、导轨装置，6、托环，7、螺栓，8、密封垫，9、双锥环，10、螺母，11、螺柱，12、支架，13、作动器，14、第一夹具，15、第二夹具，16、滚轮，17、直管试件，18、锚链试件，19、拱形梁。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

图1、2、3、4示出了一种深水压力舱混合实验装置的结构图。图中，深水压力舱混合实验装置包括一个压力舱主体，压力舱主体包括由筒体封头1a、筒体1与筒体端部1b依次固定连接构成的舱体和法兰盖2，舱体与法兰盖2之间设有密封垫8和双锥环9，并用螺柱11和螺母10固定连接，双锥环9采用螺栓7固定的托环6定位。舱体外设有多个有孔与舱体内相通的连接组件3，连接组件3包括进排气连接组件A、进水连接组件F、出水连接组件E、进油连接组件G1、出油连接组件G2、仪表连接组件B、D,备用连接组件和通信电缆连接组件C1-C11,如图2示出了各连接组件的开孔方位。舱体内设有导轨装置5和支架12，支架12的下部设有在导轨装置5上滚动的滚轮16，支架12内侧的一端依次固定连接一个作动器13与第一夹具14，另一端固定连接一个第二夹具15。

图5示出了舱内模拟立管所用传感器拉伸测试实验示意图。第一夹具14与第二夹具15之间连接直管试件17。

图6示出了舱内模拟锚链所用传感器拉伸测试实验示意图。第一夹具14与第二夹具15之间连接锚链试件18。

图7示出了舱内弯曲试件所用传感器拉伸测试实验示意图。第一夹具14与第二夹具15之间连接弯曲试件时，弯曲试件的下面设有一个拱形梁19。

采用上述的技术方案，深水压力舱混合实验装置包括压力舱主体、支架加载系统、加压系统等。

压力舱主体包括一筒形舱体，舱体一端设置有一舱盖，舱体的舱壁上开孔。设置有进水孔、出水孔、排气口孔、电信号孔和油源开孔。通过进水口、排气口对压力舱内进行注水，电信号孔用来实现电路的内外连接和信号线路的内外连接，油源开孔用来实现加载系统中电液伺服作动器与油源的内外连接。舱体内的底部水平设置有两条导轨。

支架加载系统包括支架主体底部设置有两排与舱体内导轨相配合的滚轮。支架的一端连接第二夹具，另一端连接第一夹具和电液伺服作动器以实现与锚链、立管等海洋工程装备连接。为了实现构建在水中的弯曲实验，支架中部设计一拱形梁，使构建产生弯曲变形。

加压装置主要为对于压力舱注水，施加模拟深海环境的水压力。包括压力表，电动阀门，泵、水箱等装置。控制阀门和泵的开启和关闭，对实现压力舱内加压、泄压和保压。

通过电信号孔可实现压力舱内部电子仪器和舱外计算机、电源等的连接。为舱内传感器提供电力，同时可使舱内传感器信号等通过舱壁开孔和外界相连，显示数据。

该实验装置在使用时采用以下实验步骤：

第一步， 压力舱外实现支架主体上结构构件，如锚链、立管在夹具上的安装工作。构件一端和支架上夹具(第二夹具)相连，另一端和作动器的夹具(第一夹具)相连接。

第二步，结构构件上安装传感器，电源线、信号线；通过舱壁电信号孔实现连接，连接作动器的油路。

第三步，支架加载系统推入压力舱内。封闭舱盖，通过舱壁进水口进行注水打压，排气口进行排气等，实现舱内指定高压环境。

第四步，供电，调试试验传感器信号。

第五步，控制作动器实现水下构件的加载过程，可实现拉伸、弯曲、扭转和三项荷载耦合效果。

第六步，在加载到指定荷载的情况下，通过舱外计算机采集实验过程中传感器产生的各种信号数据。