一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置

摘要

本发明公开了一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置，该装置包括海底管道模型、端土影响消除装置、滑动小车、试验土箱、拉力传感器以及连接所述拉力传感器的采集仪和连接所述采集仪的计算机。本发明的优点是：以端土影响消除装置与海底管道模型两端部的软连接，实现了去除端部土体对实验模型影响的技术目的，解决了本技术领域只能截取某一有限段长度的管道进行研究而无法通过模型试验全面观测海底管道侧向屈曲变形过程中受力情况及土体情况的一大难题，具有很好的实用性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋工程技术领域的试验装置，更具体地说，本发明涉及一 种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置。

背景技术

由于陆地石油资源日益匮乏，海洋油气资源的开发得到了迅猛发展。海底管 道是海洋油气输送的主要方式之一，随着海洋油气资源的开发和利用，管道的工 作压力不断提高，其设计温度普遍达到或超过100℃，甚至可能达到150℃的高 温，出现了越来越多在高温/高压下工作的海底管道。当管道的运行温度和压力高 于周围环境时，管道将膨胀，如果管道的轴向变形受到限制，那么管道将承受轴 向载荷。而温度引起的轴向力很难通过管道的轴向伸长来释放，当管道中的轴向 载荷达到一定值时，管道就会发生整体屈曲。对己有海底管道的调查表明，管道 屈曲变形对管道寿命的影响已不容忽视。海底管道在温度应力下的屈曲变形问题 成为管道设计的关键性问题。

鉴于此，海底管道的侧向屈曲问题已引起国内外的广泛关注，而研究海底管 道侧向屈曲最有效的研究方法之一就是模型实验。通过模型实验，可以比较全面 的观测到海底管道的侧向屈曲现象及其主要特征，获得较为可靠的实验结果。实 验结果可用来效验理论和数值模型的精度。如1998年第20期《AppliedOcean Research》杂志中的“Onthedesignofintegralbucklearrestorsforoffshore pipelines”(整体式止屈器在海洋管道上的设计)采用了长度为管径直径20倍左 右的实验管件模型研究双整体式止屈器性能实验。2000年第37期《International JournalofSolidsandStructures》杂志中的“Onthedynamicsofpropagatingbuckles inpipelines”(管道屈曲传播动态)采用了长度为管径直径50倍左右的实验管件 模型研究了管道屈曲传播实验。目前已有的实验多是小尺寸屈曲传播和止屈实 验，因此实验结果能否适用于实际还有待进一步研究。

鉴于空间的限制使全尺度的海底管道侧向屈曲实验难以实现，只能截取某一 有限段长度的管道进行研究，然而应用有限长的海底管道模型模拟实际的海底管 道模型必然会带来很多问题，尤其是管道端部对管道的影响，因此，如何去除端部 土体对实验模型的影响，成为本领域的一大难题。

发明内容

本发明的目的就是解决上述技术问题，并为此提供一种去除端部土体影响的 海底管道侧向屈曲实验装置。

本发明的技术方案是：

一种去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置，包括海底管道模型、端 土影响消除装置、滑动小车、试验土箱、拉力传感器以及连接所述拉力传感器的 采集仪和连接所述采集仪的计算机；

所述的海底管道模型设置在所述的试验土箱中，它由密封铁管以及对称连 接在所述密封铁管上端的两个连接杆构成，两个所述的连接杆分别通过拉力传 感器连接土抗力测杆，两个所述土抗力测杆的顶部分别通过中部固定卡子连接 所述的滑动小车；

所述的端土影响消除装置包括分别通过不锈钢扎带密封固定在所述密封铁管 两端面的橡皮模，两个所述橡皮模的外侧设置有侧向端盖，两个所述的侧向端盖上 设置有支撑杆，两个所述的支撑杆分别通过端部固定卡子连接所述的滑动小车；

所述的试验土箱内装有将所述的海底管道模型埋没至密封铁管中心线处的 试验用沙土；

所述的滑动小车设置在所述试验土箱顶部的小车滑轨上；

本发明的有益效果是：克服了现有技术的缺陷，以端土影响消除装置与海底 管道模型两端部的软连接，实现了去除端部土体对实验模型影响的技术目的，解 决了本技术领域只能截取某一有限段长度的管道进行研究而无法通过模型试验 全面观测海底管道侧向屈曲变形过程中受力情况及土体情况的一大难题，具有 很好的实用性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1中海底管道模型的结构示意图；

图4是图1中构成端土影响消除装置的部分构件连接图。

图中标记：

1-海底管道模型2-端部固定卡子3-滑动小车

4-中部固定卡子5-土抗力测杆6-小车滑轨

7-支撑杆8-侧向端盖9-橡皮膜

10-不锈钢扎带11-试验土箱12-连接杆

13-试验用沙土14-拉力传感器15-密封铁管

具体实施方式

为了使本发明的优点和特征更容易被清楚理解，下面结合附图和实施例对其 技术方案作以详细说明。

本发明的去除端部土体影响的海底管道侧向屈曲实验装置，包括海底管道模 型1、端土影响消除装置、滑动小车3、拉力传感器14、试验土箱11以及连接所 述拉力传感器14的采集仪和连接所述采集仪的计算机；

参照图1并结合图2、图3、图4：

所述的海底管道模型1置于所述的试验土箱11中，它由密封铁管15以及对 称连接在所述密封铁管15上端的两个连接杆12构成，两个所述的连接杆12分别 通过拉力传感器14连接土抗力测杆5，两个所述土抗力测杆5的顶部分别通过中 部固定卡子4连接所述的滑动小车3；

所述的端土影响消除装置包括分别通过不锈钢扎带10密封固定在所述密封铁 管15两端面的橡皮模9，两个所述橡皮模9的外侧安装侧向端盖8，两个所述的侧 向端盖8上连接支撑杆7，两个所述的支撑杆7分别通过端部固定卡子2连接所述 的滑动小车3；

所述的试验土箱11内装有将所述的海底管道模型1埋没至密封铁管15中 心线处的试验用沙土13；

所述的滑动小车3设置在所述试验土箱11顶部的小车滑轨上。

在本发明的工作过程中，所述的支撑杆7在滑动小车3的移动过程中与所述 的海底管道模型1保持相对静止，且由于所述端土影响消除装置中的橡皮模9通 过不锈钢扎带10密封固定在所述海底管道模型1端部与侧向端盖8之间极小密闭 的空隙内，可以有效消除端部土体的影响。

本发明的制作与使用过程是：

(1)试验前，根据所述海底管道模型1的尺度和实验工况，确定所述试验土 箱11的尺寸、滑动小车3的速度以及试验用沙土13的材质和用量；

(2)制作所述的海底管道模型1、滑动小车3、试验土箱11以及端土影响消 除装置并完成整个装置的组装，使其中的拉力传感器14连接采集仪，并使所述采 集仪连接计算机；

(3)通过变频器调节所述滑动小车3在所述小车滑轨6上的移动速度，然 后开始试验；

(4)启动所述的滑动小车3，使其拖动所述的海底管道模型1随之沿所述的 小车滑轨6移动，并通过所述的拉力传感器14对土抗力信号的拾取，由所述的土 抗力测杆5测得可消除端土影响的土抗力。

以上参照附图和实施例对本发明的技术方案进行了示意性描述，该描述没有 限制性。本领域的技术人员应能理解，在实际应用中，本发明中各个技术特征均 可能发生某些变化，而其他人员在其启示下也可能做出相似设计。特别需要指出 的是：只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的细节变化或相似设计，均 包含在本发明的保护范围之内。