海底管段循環(huán)加載監(jiān)控測試系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種海底管線在運營過程中穩(wěn)定性的設計領域，特別是一種海底管段循環(huán)加載監(jiān)控測試系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]我國每年的石油需求已經(jīng)超過4億噸，然而我們每年能生產(chǎn)的卻只有1.9億噸左右，對于進口原油的依賴十分嚴重。然而我國周邊海域富含豐富的油氣資源，卻尚未開發(fā)，為了進一步減少對進口原油的依賴程度，需要大力開展海洋油氣資源的開發(fā)。
[0003]管線運輸在原油、天然氣的生產(chǎn)、精煉、儲存及使用的全過程中都起到了重要的作用。為了避免在運輸過程中石蠟分餾產(chǎn)生的固化影響降低運輸難度，海底油氣的運輸通常需要在溫度和壓力的聯(lián)合作用下進行，由于溫差和壓差的作用，管壁中會產(chǎn)生較大的附加應力，由于受到海底地基土體的約束，管線的自由變形受到限制，致使管壁中的附加應力不斷累積最終導致整體屈曲的發(fā)生，從而對管線的穩(wěn)定性造成威脅，為了研宄管線的穩(wěn)定性問題，諸多學者對相關問題進行了針對性的研宄，提出具有代表性的管線與土體的相互作用模型，但是這些管-土相互作用模型針對的只是管線發(fā)生小位移情況，土體抗力與管線水平向位移間的相互關系，管線的最大水平向位移往往不超過兩倍管徑。在實際情況中，管線的水平向位移能夠達到5到20倍管徑。此時小位移管-土相互作用模型就不再適用了，與此同時，在海底管線的服役過程中需要進行數(shù)百次的開關過程，由于溫差和壓差的變化，管線會在水平方向上進行往復運動，海底管線的穩(wěn)定性設計中必須考慮這些問題。因此對于管線水平向大位移往復運動的研宄就具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種海底管段循環(huán)加載監(jiān)控測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠模擬海底管線發(fā)生水平向大位移往復運動時，管線運動軌跡與受到地基土體約束力之間相互關系。
[0005]本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是:一種海底管段循環(huán)加載監(jiān)控測試系統(tǒng)，包括試驗槽、動力傳輸裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、豎向變位裝置和實驗配件；所述實驗配件包括多根直徑各不相同的鋼管段和鐵砂，所述鋼管段的長度小于所述試驗槽的內(nèi)腔寬度，在所述鋼管段的兩端設有堵頭，在所述鋼管段的側壁上設有填砂口，在所述填砂口上設有門扇，所述門扇通過合頁與所述鋼管段的外壁連接，在所述鋼管段內(nèi)形成有容納所述鐵砂的腔室；試驗時，一根所述鋼管段作為被測管段被填土掩埋或直接放置在所述試驗槽內(nèi)，所述被測管段沿所述試驗槽的寬度方向設置；在所述被測管段上方設有所述豎向變位裝置，所述豎向變位裝置包括固接在所述被測管段上方的連接板，在所述連接板的四個角部各設有一與其垂直的豎向?qū)к墸谒鲐Q向?qū)к壣显O有滑塊I，所述滑塊I與傳力板固接，在所述傳力板的下方左右兩側各設有一個與其固接的滑塊II，所述滑塊II裝配在水平縱向?qū)к壣?，所述水平縱向?qū)к壯厮鲈囼灢鄣拈L度方向固定在所述試驗槽的頂面上，在所述傳力板和所述連接板之間連接有深度傳感器或千分表，在所述連接板上設有中部減重長孔；所述傳力板與所述動力傳輸裝置連接，所述動力傳輸裝置包括加力板和絲杠，所述絲杠通過支架支撐在所述試驗槽的頂面上，所述加力板上固接有螺母，所述螺母通過螺紋連接在所述絲杠上，所述絲杠由伺服電機減速器驅(qū)動，所述伺服電機減速器由控制器控制；所述加力板通過滑塊III連接在所述水平縱向?qū)к壣?，所述加力板與所述傳力板通過拉壓力傳感器連接；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括所述拉壓力傳感器、所述深度傳感器或所述千分表、一臺動靜態(tài)應變采集儀、一臺計算機和一個攝像頭，所述拉壓力傳感器和所述深度傳感器或所述千分表分別與所述動靜態(tài)應變采集儀連接，所述動靜態(tài)應變采集儀和所述攝像頭分別與所述計算機連接；所述攝像頭固定在支撐桿上并獲取所述被測管段運動方向前部土體的影像，所述支撐桿固定在所述傳力板上。
[0006]所述試驗槽的四周是密封的，所述試驗槽的側壁是采用鋼化玻璃制成的，在所述試驗槽的側壁上設有沿高度方向設置的刻度。
[0007]所述堵頭是由封閉板形成的。
[0008]本實用新型具有的優(yōu)點和積極效果是:通過將被測管段固定在豎向變位裝置下方，并采用絲杠螺母機構帶動豎向變位裝置，使被測管段能夠模擬海底管線水平向大位移往復運動，進而完成該運動時管線運動軌跡與受到地基土體約束力之間相互關系的測定。本實用新型將被測管段同動力傳輸裝置和豎向變位裝置相連接，通過與數(shù)據(jù)采集裝置以及相關試驗配件的相互配合，能夠有效地模擬管段在土體中的水平向循環(huán)往復運動過程。通過改變試驗條件，能夠分析研宄被測管段外徑、單位長度管段重量、管段水平方向的移動速率、管段的初始埋置深度、管段單向運動的距離、管段循環(huán)往復運動的次數(shù)以及土體物理性質(zhì)對于管段運動軌跡以及管段所受水平抗力的變化情況。其中豎向變位裝置使得被測管段在水平向移動的過程中可以上下移動，盡可能地模擬了海底管線的真實運動軌跡。通過動力傳輸裝置不僅可以設置被測管段的運動距離的大小還可確保被測管段運動速率按照試驗要求變化，可以定速移動也可以在試驗過程中分段變速運動，大大增大了試驗的可控性，能夠細化分析研宄過程。與此同時，鋼制連接板、絲杠以及水平縱向?qū)к壞軌虼_保整個傳力系統(tǒng)沿著水平方向移動，能夠保證試驗過程的穩(wěn)定性，增強試驗數(shù)據(jù)的可靠性。
[0009]在試驗過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄下每一時刻被測管段水平向位移、豎直向位移以及受到的水平向抗力的變化情況，并將每一時刻的數(shù)據(jù)變化情況通過計算機及時而又直觀地顯示在試驗操作人員面前，能夠方便及時調(diào)整試驗過程。同時，攝像頭記錄下了被測管段與地基土體的作用過程以及被測管段運動方向前部土壩的形成過程，能夠用于研宄不同試驗條件下土阻力以及被測管段的運動情況。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0011]圖2為圖1的側視圖；
[0012]圖3為本實用新型的豎向變位裝置結構示意圖；
[0013]圖4為本實用新型的鋼管段示意圖；
[0014]圖5采用本實用新型測定的不同重量管線在無初始埋置深度時的抗力位移曲線圖；
[0015]圖6采用本實用新型測定的不同重量管線在無初始埋置深度時的運動軌跡曲線圖。
[0016]圖中:1、伺服電機減速器；2、支架；3、拉壓力傳感器；4、加力板；5、豎向?qū)к墸?、傳力板；7、連接板；8、絲杠；9、水平縱向?qū)к墸?0、控制器；11、攝像頭；12、計算機；13、動靜態(tài)應變采集儀；14、試驗槽；15、被測管段；16、門扇；17、合頁；18、滑塊I ;19、滑塊II ;20、滑塊III。
【具體實施方式】
[0017]為能進一步了解本實用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0018]請參閱圖1?圖4，一種海底管段循環(huán)加載監(jiān)控測試系統(tǒng)，包括試驗槽14、動力傳輸裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、豎向變位裝置和試驗配件。
[0019]所述試驗配件包括多根直徑各不相同的鋼管段和鐵砂，所述鋼管段的長度小于所述試驗槽14的內(nèi)腔寬度，在所述鋼管段的兩端設有堵頭，在所述鋼管段的上部側壁上設有填砂口，在所述填砂口上設有門扇16，所述門扇16通過合頁17與所述鋼管段的外壁連接，在所述鋼管段內(nèi)形成有容納所述鐵砂的腔室。
[0020]鐵砂是用來增加鋼管段重量的。在本實施例中，鋼管段的長度均為lm，在鋼管段上部設置一個可以自由開關的門扇，能夠方便試驗過程中鐵砂的添加，從而減小試驗操作的難度，減少試驗所用時間，通過添加鐵砂可以使鋼管段的重量從空心重量到完全實心重量的較大范圍內(nèi)變化，有利于模擬各種重量的被測管段運動情況。被測管段采用管徑不同且兩側密封的空心鋼管，被測管段上部開填砂口便于試驗過程中添加鐵砂，以便研宄不同管徑、不同自重與不同曲率被測管段所受土體阻力的大?。槐粶y管段兩端的堵頭與試驗槽兩側內(nèi)壁不接觸，既消除了被測管段端部對前方土壩的端部效應，也最大化地減少了被測管段兩端與試驗槽內(nèi)壁的摩擦，能夠降低試驗誤差。
[0021]試驗時，一根所述鋼管段作為被測管段15被填土掩埋或直接放置在所述試驗槽14內(nèi)，所述被測管段15沿所述試驗槽14的寬度方向設置。
[0022]在所述被測管段15上方設有所述豎向變位裝置，所述豎向變位裝置包括固接在所述被測管段15上方的連接板7，在所述連接板7的四個角部各設有一與其垂直的豎向?qū)к?，在所述豎向?qū)к?上設有滑塊I 18，所述滑塊I 18與傳力板6固接，在所述傳力板6的下方左右兩側各設有一個與其固接的滑塊II 19，所述滑塊II 19裝配在水平縱向?qū)к?上，所述水平縱向?qū)к?沿所述試驗槽14的長度方向固定在所述試驗槽14的