本發(fā)明為一種實(shí)驗(yàn)室海底管道復(fù)雜載荷下的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，利用該裝置可以模擬海底管道拉扭耦合和壓扭耦合的受力情況，其中拉壓載荷又可分別實(shí)現(xiàn)恒載荷加載和恒位移加載，以滿(mǎn)足不同的試驗(yàn)要求。對(duì)于深海管道而言，由于巨大的外壓，管件主要承受壓縮載荷，因此該裝置的壓應(yīng)力加載功能是進(jìn)行深海管道應(yīng)力腐蝕研究的核心。

背景技術(shù)：

腐蝕廣泛存在于金屬材料中，對(duì)于長(zhǎng)期曝露于腐蝕性環(huán)境的鋼制機(jī)械設(shè)備、油氣管道腐蝕無(wú)疑成為結(jié)構(gòu)失效的最主要因素。陸上油氣管道主要承受內(nèi)壓，因此環(huán)向受拉，拉應(yīng)力下的應(yīng)力腐蝕是其主要的破壞模式之一，而對(duì)于深海管道，壓潰破壞是其主要失效模式之一，因此深海管道主要承受壓應(yīng)力，其應(yīng)力腐蝕是壓應(yīng)力下的應(yīng)力腐蝕，這和陸上管道的應(yīng)力腐蝕存在很大差異。此外由于地形，海流和內(nèi)部油溫的影響，管件也會(huì)承受一定的扭轉(zhuǎn)載荷和軸向壓縮載荷油溫導(dǎo)致熱膨脹，因此為探究深海管道的應(yīng)力腐蝕機(jī)理，有必要設(shè)計(jì)一套專(zhuān)門(mén)的應(yīng)力腐蝕加載裝置，以模擬以上的管件受力情況。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力加載裝置主要集中在單一的拉應(yīng)力腐蝕，單一的扭轉(zhuǎn)載荷，僅有極少數(shù)應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置可施加壓應(yīng)力，涉及復(fù)合加載的更少。目前專(zhuān)門(mén)針對(duì)深海管道壓應(yīng)力腐蝕以及壓扭耦合的試驗(yàn)裝置還不曾發(fā)現(xiàn)，也未見(jiàn)可實(shí)現(xiàn)多種載荷組合恒位移和恒載荷加載的相關(guān)裝置。現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外在深海管道應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置方面的研究仍較為匱乏，已有相關(guān)應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置不足之處主要有：

1.結(jié)構(gòu)功能單一，沒(méi)有針對(duì)性如，多數(shù)僅能施加拉應(yīng)力如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201610030544.1、CN201510296350.1的試驗(yàn)裝置，少數(shù)可單獨(dú)施加扭轉(zhuǎn)或壓縮載荷，如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201120019115.7、CN201320212941.2的試驗(yàn)裝置，可實(shí)現(xiàn)復(fù)合加載的裝置更少，目前僅看到申請(qǐng)?zhí)枮镃N201510874287.5的可實(shí)現(xiàn)聯(lián)合加載。

2.加載機(jī)構(gòu)復(fù)雜，涉及較多的電子數(shù)控設(shè)備，設(shè)備昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種可用于實(shí)驗(yàn)室深海管道應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)加載裝置。該裝置可以實(shí)現(xiàn)壓扭、拉扭耦合下的管道受力特點(diǎn)，進(jìn)而探究復(fù)雜載荷下管道的應(yīng)力腐蝕機(jī)理，此外還可根據(jù)需要選擇恒載荷和恒位移載荷施加方式。結(jié)合腐蝕介質(zhì)的共同作用，可實(shí)現(xiàn)深海管道復(fù)雜受力下的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種深海管道應(yīng)力腐蝕復(fù)雜加載試驗(yàn)裝置，用于測(cè)試試驗(yàn)管件3，包括：中部帶有橫檔的固定框架1，腐蝕水箱2，恒位移拉壓加載模塊，恒扭轉(zhuǎn)載荷加載模塊和恒載荷拉壓縮載荷加載模塊，其中，

腐蝕水箱2的箱體兩側(cè)開(kāi)設(shè)有孔洞，試驗(yàn)管件9從孔洞穿過(guò)并通過(guò)橡膠墊圈4與腐蝕水箱2密封連接；

軸向恒位移拉壓加載機(jī)構(gòu)包括可沿固定框架1滑動(dòng)的位移加載橫梁6，拉壓加載螺栓24，第一千斤頂5、第二千斤頂7、第一螺母25和第二螺母26，在固定框架1的橫檔和位移加載橫梁6的相對(duì)位置分別開(kāi)設(shè)有孔洞和孔槽；試驗(yàn)管件9的后端固定連接在固定框架1的尾端，其前端與拉壓加載螺栓24固定連接，在穿過(guò)固定框架1的橫檔上的孔洞后，可伸進(jìn)位移加載橫梁6上的孔槽；第一千斤頂5位于固定框架1中部橫檔和位移加載橫梁6之間，第二千斤頂7位于固定框架1的首端與位移加載橫梁6之間，施加恒位移拉伸載荷時(shí)，第一螺母25固定在拉壓加載螺栓24上，由第一千斤頂5推動(dòng)位移加載橫梁6通過(guò)螺母25給試驗(yàn)管件3施加一個(gè)軸向位移；施加恒位移壓縮載荷時(shí)，第二螺母26固定在拉壓加載螺栓24上，由第二千斤頂7推動(dòng)位移加載橫梁6通過(guò)第二螺母26給試驗(yàn)管件3施加一個(gè)軸向位移；

軸向恒載荷拉壓加載機(jī)構(gòu)包括拉壓加載圓盤(pán)9，支撐拉壓加載圓盤(pán)9的槽型支座10、固定支座13，砝碼18，第一滑輪16，第一吊繩12、加壓支柱11、和壓縮載荷轉(zhuǎn)換盤(pán)14，拉壓加載圓盤(pán)9的一側(cè)通過(guò)加載軸與拉壓加載螺栓24固定連接，另一側(cè)通過(guò)加壓支柱11與壓縮載荷轉(zhuǎn)換盤(pán)14固定連接；施加恒載荷軸向拉力時(shí)，砝碼18通過(guò)第一吊繩12給拉壓加載圓盤(pán)9施加拉力，吊繩12通過(guò)固定支架15上的第一滑輪16改變力的方向，使砝碼18的重力變?yōu)槭┘釉诶瓑杭虞d圓盤(pán)9上的拉力；施加恒載荷軸向壓力時(shí)，砝碼18通過(guò)第一吊繩12拖動(dòng)壓縮載荷轉(zhuǎn)換盤(pán)14，壓縮載荷轉(zhuǎn)換盤(pán)14沿著固定支座13滑動(dòng)，在拉力作用下壓縮載荷轉(zhuǎn)換盤(pán)14通過(guò)加壓支柱11擠壓拉壓加載圓盤(pán)9，從而給試驗(yàn)管件3施加一個(gè)恒定的壓縮載荷；

恒載荷扭矩加載機(jī)構(gòu)包括第二滑輪23，第二吊繩22、滑輪固定支架20和用于傳遞扭矩的第三滑輪8；第二滑輪23通過(guò)滾針19置于固定支架20上，第三滑輪8固定連接在加載軸上，施加扭矩時(shí)，砝碼21的重量通過(guò)第二吊繩22傳遞到第三滑輪8上，砝碼21的重力乘以第三滑輪8的半徑即為施加的扭矩，砝碼21的重力通過(guò)第二滑輪23改變方向。

本發(fā)明可用于實(shí)驗(yàn)室深海管道復(fù)雜載荷下的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)設(shè)備簡(jiǎn)易，原理簡(jiǎn)單，制作成本低；

(2)本裝置采用機(jī)械加載，加載機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，根據(jù)需要可通過(guò)改變砝碼數(shù)量改變載荷的大小，能實(shí)現(xiàn)多種載荷類(lèi)型，包括拉、壓、扭；實(shí)現(xiàn)多種載荷施加方式恒位移、恒載荷以及載荷之間的耦合，如拉扭，壓扭；

(3)本裝置可模擬深海管道由于外部水壓引起的受壓應(yīng)力狀態(tài)，以及油溫引起的熱膨脹導(dǎo)致的軸向壓縮載荷，此外還能模擬由于地形等因素引起的扭轉(zhuǎn)載荷。

附圖說(shuō)明

圖1整體布置圖

圖2恒位移拉伸扭轉(zhuǎn)耦合加載示意圖

圖3恒載荷拉伸扭轉(zhuǎn)耦合加載示意圖

圖4恒位移壓縮扭轉(zhuǎn)耦合加載示意圖

圖5恒載荷壓縮扭轉(zhuǎn)耦合加載示意圖

圖6恒載荷壓縮加載模塊示意圖

圖7恒載荷扭轉(zhuǎn)加載模塊示意圖

圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1—固定框架；2—PVC腐蝕水箱；3—試驗(yàn)管件；4—密封橡膠墊圈；5—千斤頂；6—位移加載橫梁；7—千斤頂；8—滑輪；9—拉壓加載圓盤(pán)；10—槽型支座；11—加壓支柱；12—吊繩；13—固定支座；14—壓縮載荷轉(zhuǎn)換盤(pán)；15—固定支架；16—滑輪；17—滾針；18—砝碼；19—滾針；20—固定支架；21—砝碼；22—吊繩；23—滑輪；24—拉壓加載螺栓；25—螺母；26—螺母；27—螺母；28—螺母。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步描述：

如圖1所示，深海管道應(yīng)力腐蝕復(fù)雜加載試驗(yàn)裝置主要包括：整體框架及固定支座1，10，PVC腐蝕水箱2，試驗(yàn)管件3，橡膠墊圈4，恒位移拉壓加載模塊5-7,24-28，恒扭轉(zhuǎn)載荷加載模塊8,19-23，恒壓縮載荷加載模塊9,11-18。

如圖1所示，PVC腐蝕水箱2用于存放腐蝕性液體，采用PVC塑料箱是為了避免引入其他離子的影響。箱壁上的開(kāi)孔通過(guò)橡膠墊圈4進(jìn)行密封。根據(jù)試驗(yàn)需要可分別采用圖2-5的復(fù)合加載機(jī)構(gòu)。

當(dāng)進(jìn)行恒位移拉伸扭轉(zhuǎn)耦合加載應(yīng)力腐蝕模擬時(shí)，可采用圖2所示的加載機(jī)構(gòu)。管件一端通過(guò)螺母28進(jìn)行固定，加載時(shí)，先通過(guò)圖7所示的扭轉(zhuǎn)載荷加載機(jī)構(gòu)在管件上施加扭矩，扭矩的大小用砝碼21進(jìn)行控制，通過(guò)滑輪23改變吊繩的受力方向，吊繩22上的力通過(guò)滑輪8將在管件上產(chǎn)生扭矩。施加完扭矩后，再通過(guò)千斤頂5和位移加載橫梁6以及螺母25實(shí)現(xiàn)恒位移加載，將加載完成后的試驗(yàn)管件3浸泡于腐蝕液體即可進(jìn)行恒位移拉伸和恒載荷扭矩耦合下的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。

當(dāng)進(jìn)行恒載荷拉伸扭轉(zhuǎn)耦合加載應(yīng)力腐蝕模擬時(shí)，可采用圖3所示的加載機(jī)構(gòu)。管件一端通過(guò)螺母28進(jìn)行固定，加載時(shí)，先通過(guò)圖7所示的扭轉(zhuǎn)載荷加載機(jī)構(gòu)在管件上施加扭矩，扭矩的大小用砝碼21進(jìn)行控制，通過(guò)滑輪23改變吊繩的受力方向，吊繩22上的力通過(guò)滑輪8將在管件上產(chǎn)生扭矩。施加完扭矩后，在通過(guò)砝碼18和滑輪16以及拉壓加載圓盤(pán)9在管件上施加恒定拉伸載荷，將加載完成后的試驗(yàn)管件3浸泡于腐蝕液體即可進(jìn)行恒載荷拉伸和恒載荷扭矩耦合下的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。

當(dāng)進(jìn)行恒位移壓縮扭轉(zhuǎn)耦合加載應(yīng)力腐蝕模擬時(shí)，可采用圖4所示的加載機(jī)構(gòu)。管件一端通過(guò)螺母27進(jìn)行固定，加載時(shí)，先通過(guò)圖7所示的扭轉(zhuǎn)載荷加載機(jī)構(gòu)在管件上施加扭矩，扭矩的大小用砝碼21進(jìn)行控制，通過(guò)滑輪23改變吊繩的受力方向，吊繩22上的力通過(guò)滑輪8將在管件上產(chǎn)生扭矩。施加完扭矩后，再通過(guò)千斤頂7和位移加載橫梁6以及螺母26實(shí)現(xiàn)恒位移壓縮加載，將加載完成后的試驗(yàn)管件3浸泡于腐蝕液體即可進(jìn)行恒位移壓縮和恒載荷扭矩耦合下的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。

當(dāng)進(jìn)行恒載荷壓縮扭轉(zhuǎn)耦合加載應(yīng)力腐蝕模擬時(shí)，可采用圖5所示的加載機(jī)構(gòu)。管件一端通過(guò)螺母27進(jìn)行固定，加載時(shí)，先通過(guò)圖7所示的扭轉(zhuǎn)載荷加載機(jī)構(gòu)在管件上施加扭矩，扭矩的大小用砝碼21進(jìn)行控制，通過(guò)滑輪23改變吊繩的受力方向，吊繩22上的力通過(guò)滑輪8將在管件上產(chǎn)生扭矩。施加完扭矩后，再通過(guò)圖6所示的恒載荷加載模塊在管件軸向施加恒定的壓縮載荷，載荷的大小通過(guò)砝碼18的數(shù)量進(jìn)行控制。位于固定支座13上的壓縮載荷轉(zhuǎn)換盤(pán)14在吊繩12的拖動(dòng)下將發(fā)生滑動(dòng)，吊繩12上的拉力將通過(guò)壓縮載荷轉(zhuǎn)換盤(pán)14轉(zhuǎn)化為施加于拉壓加載圓盤(pán)9上的軸向壓力，使管件處于軸向受壓狀態(tài)，將加載完成后的試驗(yàn)管件3浸泡于腐蝕液體即可進(jìn)行恒載荷壓縮和恒載荷扭矩耦合下的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。