一種可移動式海洋工程柔順性管纜扭轉(zhuǎn)測試裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可移動式海洋工程柔順性管纜扭轉(zhuǎn)測試裝置，包括沿直線依次排列的固定端支架、兩個固定支架和多級齒輪，所述多級齒輪通過齒條Ⅰ與支撐臺連接，所述支撐臺上設(shè)有作動器，所述支撐臺上還設(shè)有齒條支架Ⅰ和齒條支架Ⅱ，所述齒條支架Ⅰ包括齒條固定板Ⅰ，所述齒條支架Ⅱ包括齒條固定板Ⅱ，所述齒條固定板Ⅰ與所述齒條固定板Ⅱ之間設(shè)有與所述導(dǎo)軌Ⅰ平行的導(dǎo)軌Ⅱ，所述導(dǎo)軌Ⅱ上設(shè)有將所述多級齒輪壓在所述齒條Ⅰ上的齒條Ⅱ，所述固定支架的下端設(shè)有垂直于所述導(dǎo)軌Ⅰ的導(dǎo)軌Ⅲ。本實用新型通過作動器驅(qū)動齒條來完成齒輪的旋轉(zhuǎn)，更加方便、省力、精確，扭矩加載更加靈活，并且可用于多種管纜的扭轉(zhuǎn)測試。
【專利說明】
一種可移動式海洋工程柔順性管纜扭轉(zhuǎn)測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種測試裝置，具體地說是一種可移動式海洋工程柔順性管纜扭轉(zhuǎn)測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋工程柔順性管纜廣泛地應(yīng)用于海洋油氣開采中。典型的管纜有:1、為海底開發(fā)裝置提供動力電能的海纜;2、連接于水上平臺與海底管匯之間起到控制功能的臍帶纜；
3、用于將開采出來的油氣輸送到儲存裝備的柔性管道。這些柔順性管纜是海洋油氣資源開發(fā)關(guān)鍵裝備的重要組成部分，是保障油氣田正常運(yùn)行的“生命線” ο其在存儲運(yùn)輸、安裝鋪設(shè)和在位運(yùn)行等工況時，由于受到工作荷載、浮體運(yùn)動和復(fù)雜海洋環(huán)境等因素影響，容易造成拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)等多種力學(xué)行為失效。特別地，在實際安裝鋪設(shè)柔順性管纜的過程中，由于管纜線牽引卷盤過渡下水橋?qū)?dǎo)致轉(zhuǎn)角約束，其容易引起管纜截面扭轉(zhuǎn)疊加直至破壞。因此，海洋工程管纜截面扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能是重要的設(shè)計參數(shù)之一，相關(guān)表征參數(shù)有:正向扭轉(zhuǎn)剛度，反向扭轉(zhuǎn)剛度和最大扭轉(zhuǎn)角。為了驗證管纜產(chǎn)品扭轉(zhuǎn)性能參數(shù)是否達(dá)到設(shè)計要求，從而降低使用過程中發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞的概率;管纜服役前在實驗室內(nèi)需要對其扭轉(zhuǎn)剛度及其最大扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行測試認(rèn)證。測量結(jié)果將作為重要的力學(xué)性能指標(biāo)。
[0003]海洋工程柔順性管纜由功能構(gòu)件和力學(xué)性能加強(qiáng)構(gòu)件組成，為典型的多層螺旋纏繞結(jié)構(gòu)，通?？趶?00mm-500mm不等;一般柔性管道口徑要大于海纜或臍帶纜，而且由于其還有若干金屬層抵抗內(nèi)外壓和拉伸荷載，因此其扭轉(zhuǎn)剛度較大。海纜和臍帶纜扭轉(zhuǎn)剛度大致范圍為lO-lOOKNm2，而柔性管道扭轉(zhuǎn)剛度通常范圍為1000-3000KNm2。目前實驗室現(xiàn)有的扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)多為對材料試件的扭轉(zhuǎn)測試，同時，根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)市場上現(xiàn)有的施加扭矩裝置，不論是電力還是液壓驅(qū)動，其輸出扭矩雖然能夠滿足海纜或臍帶纜要求，但是難以實現(xiàn)柔性管道的有效扭轉(zhuǎn)。特別地，當(dāng)需要測試最大扭轉(zhuǎn)角度時，隨著轉(zhuǎn)角的增大，螺旋纏繞式的管纜將發(fā)生握緊效應(yīng)，為克服其阻力需要施加的扭矩也逐漸增大直到管纜發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。因此，多數(shù)管纜生產(chǎn)廠家或研究機(jī)構(gòu)采用自制的實驗裝置來進(jìn)行扭轉(zhuǎn)測試。
[0004]根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，海洋工程管纜扭轉(zhuǎn)剛度及最大扭轉(zhuǎn)角測試設(shè)備裝置主要包括以下幾部分:測試對象、測試支撐裝置、測量設(shè)備、加載設(shè)備、油源設(shè)備。測試對象一般為所需要測試的管纜結(jié)構(gòu)，如柔性立管、臍帶纜或海纜等。測試支撐裝置一般指試驗架，主要用來支撐或固定測試對象。測量設(shè)備主要指為提取管纜扭轉(zhuǎn)性能指標(biāo)(中間或直接物理量)所需要的監(jiān)測儀器如應(yīng)變片、轉(zhuǎn)角傳感器和扭矩傳感器等。加載設(shè)備一般指可以施加扭矩的裝置及其他輔助構(gòu)件。如果加載方式通過作動器實現(xiàn)，那么需要油源設(shè)備，其為加載設(shè)備提供液壓動力。相關(guān)的設(shè)備包括液壓缸，栗，液壓管道以及冷卻塔等。管纜扭轉(zhuǎn)測試實驗流程通常按如下步驟:取樣、固定、布片、加載、測量和后處理模式展開。實驗開始前要制定相應(yīng)測試方案并對管纜樣品進(jìn)行選取，然后將待測試的管纜固定于試驗架上，根據(jù)實驗要求在測試位置進(jìn)行應(yīng)變片或傳感器布置，并將其連接于數(shù)據(jù)采集設(shè)備。確保上述操作無誤后啟動油源裝置驅(qū)動加載設(shè)備，同時實時采集相應(yīng)數(shù)據(jù)。最后，對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并形成完善的實驗報告。
[0005]目前實驗室內(nèi)通過拉手拉葫蘆的方式進(jìn)行扭矩的加載，實驗裝置如圖1所示。實驗時需用抽拽手拉葫蘆I'的一端，然后通過傳動力臂裝置將扭矩施加到管纜的一端。該扭矩加載方式存在諸多缺點:1、對于扭轉(zhuǎn)剛度較小的管纜結(jié)構(gòu)，采用手拉葫蘆I'相對方便;若其扭轉(zhuǎn)剛度偏大或者要求測試管纜能夠承受的最大扭轉(zhuǎn)角時，則需借助更長的傳動力臂才能實現(xiàn)較大的彎矩，顯然不利于實驗室內(nèi)有限空間的實施。2、同時，在加載過程中隨著轉(zhuǎn)角的不斷增大，手拉葫蘆I'施加力的方向?qū)⒉粩嘌刂K索方向的改變而改變，因而其力矩大小變化不均勻?qū)⒂绊憸y試結(jié)果穩(wěn)定性。3、依靠手拉葫蘆I'的加載方式，人工只能間歇式的施力，因而不能很好的控制加載速度。同時，由于手拉葫蘆I'的結(jié)構(gòu)特點，每次施力后將會產(chǎn)生一定的回彈，其對后期數(shù)據(jù)處理帶來了較大的不便。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，提供一種可移動式海洋工程柔順性管纜扭轉(zhuǎn)測試裝置。
[0007]本實用新型采用的技術(shù)手段如下:
[0008]—種可移動式海洋工程柔順性管纜扭轉(zhuǎn)測試裝置，包括沿直線依次排列的固定端支架、兩個固定支架和多級齒輪，
[0009]所述固定端支架包括固定板I，所述固定板I上設(shè)有管纜固定法蘭I，
[0010]所述固定支架包括分別位于所述固定支架前后面上的兩個固定板Π，所述固定板Π上設(shè)有管纜穿過的套筒，
[0011]所述多級齒輪通過齒條I與支撐臺連接，所述支撐臺上設(shè)有導(dǎo)軌I，所述齒條I遠(yuǎn)離所述多級齒輪的一端設(shè)有與所述導(dǎo)軌I相配合的導(dǎo)槽I，所述導(dǎo)軌I的延伸方向垂直于所述固定端支架、兩個所述固定支架和所述多級齒輪的排列方向，
[0012]所述多級齒輪的軸線上設(shè)有通孔I，所述多級齒輪靠近所述固定支架的一端設(shè)有固定法蘭Π，
[0013]所述支撐臺上設(shè)有作動器，所述作動器具有推動所述齒條I沿所述導(dǎo)軌I滑動的連桿，
[0014]所述支撐臺上還設(shè)有齒條支架I和齒條支架Π，
[0015]所述齒條支架I包括齒條固定板I，
[0016]所述齒條支架Π包括齒條固定板Π，
[0017]所述齒條固定板I與所述齒條固定板Π之間設(shè)有與所述導(dǎo)軌I平行的導(dǎo)軌Π，所述導(dǎo)軌Π上設(shè)有將所述多級齒輪壓在所述齒條I上的齒條Π，所述齒條Π設(shè)有與所述導(dǎo)軌Π相匹配的導(dǎo)槽Π，
[0018]所述固定支架的下端設(shè)有垂直于所述導(dǎo)軌I的導(dǎo)軌m，所述固定支架可沿所述導(dǎo)軌m移動，方便調(diào)節(jié)所述固定端支架、所述固定支架和所述多級齒輪之間的管纜長度來均勻平衡管纜的自重，提高實驗精度。
[0019]所述固定端支架還包括兩條沿豎直方向延伸的通槽I，所述固定板I通過螺栓螺母分別與兩條所述通槽I連接，
[0020]所述固定支架還包括兩條沿豎直方向延伸的通槽Π，所述固定板Π通過螺栓螺母分別與兩條所述通槽Π連接，
[0021]所述齒條支架I還包括兩條沿豎直方向延伸的通槽m，所述齒條固定板I通過螺栓螺母分別與兩條所述通槽m連接，
[0022]所述齒條支架Π還包括兩條沿豎直方向延伸的通槽IV，所述齒條固定板Π通過螺栓螺母分別與兩條所述通槽IV連接。
[0023]所述齒條I具有連接所述連桿的連接板，所述連接板與所述齒條I的側(cè)壁連接且垂直于所述導(dǎo)軌I的延伸方向。
[0024]所述多級齒輪的各級端面上均設(shè)有多個通孔Π，所述通孔Π在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下節(jié)省材料。
[0025]工作狀態(tài)下，管纜的一端通過接頭法蘭與所述固定法蘭Π固定連接，管纜的另一端穿過所述套筒并通過接頭法蘭與所述固定法蘭I固定連接，調(diào)節(jié)所述固定板I和所述固定板Π的高度，確保管纜在縱向為同一高度后通過螺栓螺母分別將所述固定板I和所述固定板Π固定，所述作動器驅(qū)動所述齒條，通過所述多級齒輪和所述齒條1、所述齒條π之間的傳動實現(xiàn)扭矩的施加，從而對管纜進(jìn)行扭轉(zhuǎn)測試。
[0026]本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0027]1、相比于手拉葫蘆加載，本實用新型通過作動器驅(qū)動齒條來完成齒輪的旋轉(zhuǎn)，這種控制方式更加方便、省力、精確。
[0028]2、本實用新型采用多級齒輪加載，通過不同半徑的齒輪針對不同扭轉(zhuǎn)剛度的海洋工程管纜施加相應(yīng)的扭矩，加載更加靈活。
[0029]3、在多級齒輪的端面上加工多個通孔Π，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下節(jié)省材料。
[0030]4、多級齒輪的軸線上設(shè)有通孔I，一方面方便管纜端部通過接頭法蘭與多級齒輪上的固定法蘭Π連接，另一方面臍帶纜和海纜的內(nèi)部構(gòu)件可從通孔I伸出，外接其他檢測設(shè)備，扭轉(zhuǎn)測試的同時可以檢測功能構(gòu)件(電纜，光纜)的光電性能，如果測試對象為柔性管纜，增壓裝置的輸出端可以穿過通孔I對柔性管纜施加內(nèi)壓，實現(xiàn)保壓下的扭轉(zhuǎn)測試。
[0031]5、通過導(dǎo)軌m的設(shè)置，可以方便調(diào)節(jié)固定端支架、固定支架和多級齒輪三者之間的距離，適當(dāng)?shù)木嚯x將會提高實驗精度。
[0032]6、通過齒條Π的設(shè)置，提高了多級齒輪在管纜扭轉(zhuǎn)測試中的穩(wěn)定性。
[0033]基于上述理由本實用新型可在管纜扭轉(zhuǎn)測試等領(lǐng)域廣泛推廣。
【附圖說明】
[0034]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0035]圖1是本實用新型現(xiàn)有的扭矩測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖2是本實用新型的【具體實施方式】中一種可移動式海洋工程柔順性管纜扭轉(zhuǎn)測試裝置的空間結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖3是本實用新型的【具體實施方式】中一種可移動式海洋工程柔順性管纜扭轉(zhuǎn)測試裝置的側(cè)視圖。
[0038]圖4是本實用新型的【具體實施方式】中一種可移動式海洋工程柔順性管纜扭轉(zhuǎn)測試裝置的俯視圖。
[0039]圖5是本實用新型的【具體實施方式】中多級齒輪的剖視圖。
[0040]圖6是本實用新型的【具體實施方式】中齒條I的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041 ]圖7是圖6的左視圖。
[0042]圖8是本實用新型的【具體實施方式】中齒條Π的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖9是圖8的左視圖。
【具體實施方式】
[0044]如圖2-圖9所示，一種可移動式海洋工程柔順性管纜扭轉(zhuǎn)測試裝置，包括沿直線依次排列的固定端支架1、兩個固定支架2和多級齒輪3，
[0045]所述固定端支架I包括固定板111，所述固定板Ill上設(shè)有管纜固定法蘭112，
[0046]所述固定支架2包括分別位于所述固定支架2前后面上的兩個固定板Π21，所述固定板Π 21上設(shè)有管纜4穿過的套筒22，
[0047]所述多級齒輪3通過齒條15與支撐臺6連接，所述支撐臺6上設(shè)有導(dǎo)軌161，所述齒條15遠(yuǎn)離所述多級齒輪3的一端設(shè)有與所述導(dǎo)軌161相配合的導(dǎo)槽151，所述導(dǎo)軌161的延伸方向垂直于所述固定端支架1、兩個所述固定支架2和所述多級齒輪3的排列方向，
[0048]所述多級齒輪3的軸線上設(shè)有通孔131，所述多級齒輪3靠近所述固定支架2的一端設(shè)有固定法蘭Π32，
[0049]所述支撐臺6上設(shè)有作動器7，所述作動器7具有推動所述齒條15沿所述導(dǎo)軌161滑動的連桿71，
[0050]所述支撐臺6上還設(shè)有齒條支架162和齒條支架Π63，
[0051 ]所述齒條支架162包括齒條固定板164，
[0052]所述齒條支架Π63包括齒條固定板Π 65，
[0053]所述齒條固定板164與所述齒條固定板Π65之間設(shè)有與所述導(dǎo)軌161平行的導(dǎo)軌Π 66，所述導(dǎo)軌Π 66上設(shè)有將所述多級齒輪3壓在所述齒條15上的齒條Π 8，所述齒條Π 8設(shè)有與所述導(dǎo)軌Π 66相匹配的導(dǎo)槽Π 81，
[0054]所述固定支架2的下端設(shè)有垂直于所述導(dǎo)軌161的導(dǎo)軌ΙΠ9。
[0055]所述固定端支架I還包括兩條沿豎直方向延伸的通槽113，所述固定板Ill通過螺栓螺母分別與兩條所述通槽113連接，
[0056]所述固定支架2還包括兩條沿豎直方向延伸的通槽Π 23，所述固定板Π 21通過螺栓螺母分別與兩條所述通槽Π 23連接，
[0057]所述齒條支架162還包括兩條沿豎直方向延伸的通槽ΙΠ67，所述齒條固定板162通過螺栓螺母分別與兩條所述通槽ΙΠ67連接，
[0058]所述齒條支架Π 63還包括兩條沿豎直方向延伸的通槽IV68，所述齒條固定板Π63通過螺栓螺母分別與兩條所述通槽IV68連接。
[0059]所述齒條15具有連接所述連桿71的連接板52，所述連接板52與所述齒條15的側(cè)壁連接且垂直于所述導(dǎo)軌161的延伸方向。
[0060]所述多級齒輪3的各級端面上均設(shè)有多個通孔Π33。
[0061]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其實用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種可移動式海洋工程柔順性管纜扭轉(zhuǎn)測試裝置，其特征在于:包括沿直線依次排列的固定端支架、兩個固定支架和多級齒輪， 所述固定端支架包括固定板I，所述固定板I上設(shè)有管纜固定法蘭I， 所述固定支架包括分別位于所述固定支架前后面上的兩個固定板Π，所述固定板Π上設(shè)有管纜穿過的套筒， 所述多級齒輪通過齒條I與支撐臺連接，所述支撐臺上設(shè)有導(dǎo)軌I，所述齒條I遠(yuǎn)離所述多級齒輪的一端設(shè)有與所述導(dǎo)軌I相配合的導(dǎo)槽I，所述導(dǎo)軌I的延伸方向垂直于所述固定端支架、兩個所述固定支架和所述多級齒輪的排列方向， 所述多級齒輪的軸線上設(shè)有通孔I，所述多級齒輪靠近所述固定支架的一端設(shè)有固定法蘭π， 所述支撐臺上設(shè)有作動器，所述作動器具有推動所述齒條I沿所述導(dǎo)軌I滑動的連桿， 所述支撐臺上還設(shè)有齒條支架I和齒條支架Π， 所述齒條支架I包括齒條固定板I， 所述齒條支架Π包括齒條固定板Π， 所述齒條固定板I與所述齒條固定板Π之間設(shè)有與所述導(dǎo)軌I平行的導(dǎo)軌Π，所述導(dǎo)軌Π上設(shè)有將所述多級齒輪壓在所述齒條I上的齒條Π，所述齒條Π設(shè)有與所述導(dǎo)軌Π相匹配的導(dǎo)槽π， 所述固定支架的下端設(shè)有垂直于所述導(dǎo)軌I的導(dǎo)軌m。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可移動式海洋工程柔順性管纜扭轉(zhuǎn)測試裝置，其特征在于:所述固定端支架還包括兩條沿豎直方向延伸的通槽I，所述固定板I通過螺栓螺母分別與兩條所述通槽I連接， 所述固定支架還包括兩條沿豎直方向延伸的通槽Π，所述固定板Π通過螺栓螺母分別與兩條所述通槽Π連接， 所述齒條支架I還包括兩條沿豎直方向延伸的通槽m，所述齒條固定板I通過螺栓螺母分別與兩條所述通槽m連接， 所述齒條支架π還包括兩條沿豎直方向延伸的通槽IV，所述齒條固定板π通過螺栓螺母分別與兩條所述通槽IV連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可移動式海洋工程柔順性管纜扭轉(zhuǎn)測試裝置，其特征在于:所述齒條I具有連接所述連桿的連接板，所述連接板與所述齒條I的側(cè)壁連接且垂直于所述導(dǎo)軌I的延伸方向。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可移動式海洋工程柔順性管纜扭轉(zhuǎn)測試裝置，其特征在于:所述多級齒輪的各級端面上均設(shè)有多個通孔Π。
【文檔編號】G01N3/02GK205483852SQ201620078317
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月26日
【發(fā)明人】楊志勛, 楊鈺城, 閻軍, 盧青針, 岳前進(jìn), 陳金龍, 吳尚華, 尹原超
【申請人】大連理工大學(xué)