一種用於海底管道夾持構件的加載試驗臺的製作方法
2024-01-26 14:09:15
一種用於海底管道夾持構件的加載試驗臺的製作方法
【專利摘要】本發明的目的在於提供一種用於海底管道夾持構件的加載試驗臺，包括底座、第一-第四液壓缸、四連杆機構、水平力加載壓力板，底座兩側分別設置第一-第二底座導軌，四連杆機構包括支座、下連杆、上連杆、壓杆，支座安裝在底座上，下連杆與上連杆相連，上連杆與壓杆相連，壓杆中部安裝在支座上，滑動導軌設置在底座上，滑動導軌上安裝壓力板活動支座，第一液壓缸的活塞杆連接壓力板活動支座，水平力加載壓力板安裝在壓力板活動支座上，第二液壓缸的活塞杆連接齒條拉杆，下連杆安裝齒輪，齒條拉杆與齒輪相配合，管道試件安裝在底座和上梁板之間，第三液壓缸和第四液壓缸的活塞杆連接上梁板。本發明精度高、結構緊湊、操作簡單、加載範圍大。
【專利說明】一種用於海底管道夾持構件的加載試驗臺
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種試驗臺，具體地說是模擬海流衝擊力管道夾持構件的試驗臺。
【背景技術】
[0002]海洋油氣資源開發對各國發展具有重要的戰略意義，但眾所周知，海洋內部環境與陸地環境具有極大的不同，海底溫度低、壓強大、通訊困難，再加上海洋地貌複雜，給海洋設備的設計和施工帶來了很大困難。特別目前海洋油氣資源開發已逐漸由淺海走向深海，以往設計時考慮的波浪對海底構件穩定性的影響在逐漸減弱，而海流則成為重點考慮的海洋環境載荷之一。在這樣的深海環境下，水下作業裝備設計成本高、風險大，一旦出現問題，損失非常嚴重，甚至有時打撈和更換費用要遠遠超過設計和製造的費用。因此，對於水下作業裝備有必要根據不同的作業要求設計一些可靠的試驗裝置，用於模擬水下特殊的工作環境，從而保證水下裝備在設計和工作時的可靠性。
[0003]在海洋油氣資源開採過程中，用於油氣平臺護管固定、深水海管鋪設管道連接、海管維修和油氣平臺樁基拆除等作業的裝備佔有重要地位，例如:固定電纜護管的立管卡子、金剛石串珠繩鋸水下切割裝備、管道切割機、水下鑽孔器等等。這些裝備在使用或水下作業時，大多都需要與油氣平臺的立管或水下鋪設的管道進行固定，而夾持構件與管件連接的穩定性則是決定裝備能否正常工作的基本保障，因此，合理分析海流作用下海底構件穩定性對海底構件設計與作業具有重要意義。一般對海底裝備進行海流模擬有兩種方法，第一是水動力模擬實驗方法，第二是機械加載實驗方法。但是，目前海流模擬實驗主要還是針對進行水下移動作業的特種機器人進行的，還沒有針對海底管道夾持構件專用的加載試驗設備。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供利用機械加載的實驗方法，模擬海水中夾持構件的受力情況的一種用於海底管道夾持構件的加載試驗臺。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:
[0006]本發明一種用於海底管道夾持構件的加載試驗臺，其特徵是:包括底座、第一-第四液壓缸、四連杆機構、水平力加載壓力板，底座上設置固定板，底座的左右兩側分別設置第一-第二底座導軌，四連杆機構包括支座、下連杆、上連杆、壓杆，可沿第二底座導軌移動的支座安裝在底座上，下連杆與上連杆相連，上連杆與壓杆相連，壓杆中部安裝在支座上，第一液壓缸固定在滑動導軌上，滑動導軌設置在底座上，滑動導軌上安裝壓力板活動支座，第一液壓缸的活塞杆連接壓力板活動支座，水平力加載壓力板安裝在壓力板活動支座上，第二液壓缸固定在底座上，第二液壓缸的活塞杆連接齒條拉杆，下連杆端部安裝齒輪，齒條拉杆的齒條與齒輪相配合，齒條拉杆安裝在可沿第二底座導軌移動的拉杆槽裡，第二液壓缸的缸筒安裝在固定板上，管道試件下方通過管道固定下連接件安裝在底座上，管道試件上方通過管道固定上連接件連接上梁板，第三液壓缸和第四液壓缸的缸筒固定在底座上，第三液壓缸和第四液壓缸的活塞杆連接上梁板，與管道試件相連的夾持構件設置在固定板上方、壓杆下方，夾持構件上安裝壓板。
[0007]本發明還可以包括:
[0008]1、壓力板活動支座上設置弧形的滑槽，滑槽裡安裝移動壓力板調節螺栓，通過移動壓力板調節螺栓在滑槽中的位置改變水平加載壓力板與壓力板活動支座的角度。
[0009]2、滑動導軌與第一底座導軌相配合，第一底座導軌上設置限制滑動導軌位置的行程開關。
[0010]本發明的優勢在於:本發明可通過選用適當的管道固定連接件對不同直徑管道上的夾持構件進行加載試驗，具有精度高、結構緊湊、操作簡單、加載範圍大等特點，可滿足海底管道夾持構件設計和優化的需要。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的主視圖；
[0012]圖2為本發明的立體圖；
[0013]圖3為本發明測試背負式護管卡子的示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述:
[0015]結合圖1?3，液壓缸缸筒2通過液壓缸緊固支座3與底座I進行固定，並且液壓缸缸筒2軸向方向用螺栓與底座I的固定板進行連接來限制液壓缸的軸向移動和轉動。液壓缸活塞杆4與齒條拉杆5用螺栓連接來傳遞動力，再通過齒條7和齒條8組成的齒輪齒條機構將動力傳遞給下連杆10，其中齒條7與支座11上的導軌組成移動副，導軌上有行程開關來限制齒條7在導軌上的移動範圍，齒輪8通過齒輪固定鉸鏈銷軸9與支座11組成轉動副。下連杆10與上連杆13通過連杆活動鉸鏈銷軸12連接，上連杆13通過壓杆活動鉸鏈銷軸14與壓杆15連接，壓杆15通過壓杆固定鉸鏈銷軸16固定在支座11上，連杆和壓杆共同組成了一個四連杆機構。支座11可在底座導軌6上移動，通過導軌上的行程開關可控制支座的位置。頂升液壓缸有兩個，頂升液壓缸缸筒17和23用螺栓與底座I進行連接，頂升液壓缸活塞杆18和22用螺栓與上梁板19進行連接，驅動兩液壓缸可使上梁板19上下移動。液壓缸缸筒27通過液壓缸緊固支座26與滑動導軌31進行固定，並通過螺栓連接在滑動導軌31上來限制其軸向移動和轉動。壓力板活動支座29與滑動導軌31組成移動畐O，驅動液壓缸27可調整壓力板活動支座29的位置。水平加載壓力板24通過銷軸連接在壓力板活動支座29上，移動壓力板調節螺栓30在滑槽中的位置可以改變水平加載壓力板24的角度。滑動導軌31與底座導軌32組成移動副，將滑動導軌31移動到最外側再進行管道試件和夾持構件的安裝，可避免安裝時各部件發生幹涉，導軌上有行程開關來限制滑動導軌31的位置。
[0016]工作原理:用於海底管道夾持構件的加載試驗臺的操作過程分為放置管道、安裝夾持構件、加載試驗三個步驟，具體如下:
[0017]I)放置管道首先，將上梁板19與兩個頂升液壓缸拆分，卸下連接螺栓，用吊裝設備將上梁板移動到指定位置。然後，將管道固定上連接件20通過螺栓固定在上梁板19上，將管道固定下連接件25用螺栓固定在底座I的凸臺上，再用吊裝設備將管道試件21吊起，緩慢放置到管道固定下連接件25的圓錐臺上。最後，將頂升液壓缸活塞杆伸出，並將上梁板19重新與頂升液壓缸連接，通過液壓系統控制活塞杆緩慢回退，直到與上梁板19連接的管道固定上連接件20能夠與管道試件21接觸，用焊接設備將管道固定上連接件與管道試件焊接在一起，調整液壓缸的壓力，使管道試件21能夠穩定固定。
[0018]2)安放夾持構件將海流水平載荷模擬機構和海流垂直載荷模擬機構通過底座I上的底座導軌6和32移動到兩側的極限位置，再通過吊裝設備將夾持構件33吊放到對應位置，用緊固工具將夾持構件33與管道試件21連接上，最後將壓板34放置在夾持構件33上面。
[0019]3)加載試驗將海流水平載荷模擬機構沿底座導軌32移動，並通過調整壓力板調節螺栓30的位置使水平加載壓力板24與夾持構件緊密貼合，驅動海流水平載荷模擬機構的液壓缸即可對夾持構件施加一定的水平方向的載荷；將海流垂直載荷模擬機構沿底座導軌6移動到左端的極限位置並固定，驅動海流垂直載荷模擬機構的液壓缸將動力傳遞給齒條拉杆5，再通過齒輪齒條機構和四連杆機構驅動壓杆15向下運動，將壓力作用到壓板34上，此時夾持構件受到來自壓板的垂直方向的載荷，通過壓板上的壓力傳感器即可測量夾持構件受到的垂直載荷的大小。同時驅動海流水平載荷模擬機構和海流垂直載荷模擬機構的液壓缸可實現不同形式的載荷組合方式；並且可以通過預先給夾持構件施加一定的載荷，然後驅動頂升液壓缸向上運動來模擬當水下立管在海流作用下進行上下沉浮運動時夾持構件的受載情況。
[0020]首先，驅動頂升液壓缸將管道試件固定在試驗臺基座上，將需要試驗的夾持構件連接在管道試件上，分別驅動水平載荷模擬機構和垂直載荷模擬機構的液壓缸可對夾持構件施加橫向或縱向的載荷，還可根據具體海域的海流情況同時驅動兩個載荷模擬機構的液壓缸來實現不同形式的載荷組合方式，以更準確地模擬夾持構件在水下的受載情況；其次，通過水平載荷壓力板和壓杆給夾持構件施加預定的載荷，再通過驅動兩個頂升液壓缸使管道試件向上運動，可用於模擬當水下立管在海流作用下進行上下沉浮運動時夾持構件的受載情況。
[0021]此用於海底管道夾持構件的加載試驗臺是一種主要對水下背負式卡子或水下作業設備的夾緊構件進行模擬海流衝擊力的試驗裝置，它可同時在水平方向和垂直方向上對夾持構件進行加載試驗。它主要應用於直徑在Φ 700?IlOOmm範圍的管道上的夾持構件的加載試驗；水平載荷模擬機構壓力板活動支座行程500_，水平加載壓力板調整角度範圍一40°?+40°，液壓缸I規格:Φ 130mm，行程180mm，額定壓力50Mpa;垂直載荷模擬機構支座行程180mm,下連杆長度580mm,上連杆長度640mm,壓杆規格:長度1400mm,調整角度範圍一10°?+10°，液壓缸2規格:Φ 130mm，行程180mm，額定壓力50Mpa ;頂升液壓缸規格:Φ 200mm,行程55Omm,額定壓力63Mpa。
[0022]此用於海底管道夾持構件的加載試驗臺以對背負式立管卡子33進行模擬海流衝擊力試驗為例，試驗時在背負式立管卡子上放置一塊壓板34，加載時先將壓杆15的壓力傳給壓板，再作用到背負式立管卡子上，使作用載荷更加均勻。
【權利要求】
1.一種用於海底管道夾持構件的加載試驗臺，其特徵是:包括底座、第一-第四液壓缸、四連杆機構、水平力加載壓力板，底座上設置固定板，底座的左右兩側分別設置第一-第二底座導軌，四連杆機構包括支座、下連杆、上連杆、壓杆，可沿第二底座導軌移動的支座安裝在底座上，下連杆與上連杆相連，上連杆與壓杆相連，壓杆中部安裝在支座上，第一液壓缸固定在滑動導軌上，滑動導軌設置在底座上，滑動導軌上安裝壓力板活動支座，第一液壓缸的活塞杆連接壓力板活動支座，水平力加載壓力板安裝在壓力板活動支座上，第二液壓缸固定在底座上，第二液壓缸的活塞杆連接齒條拉杆，下連杆端部安裝齒輪，齒條拉杆的齒條與齒輪相配合，齒條拉杆安裝在可沿第二底座導軌移動的拉杆槽裡，第二液壓缸的缸筒安裝在固定板上，管道試件下方通過管道固定下連接件安裝在底座上，管道試件上方通過管道固定上連接件連接上梁板，第三液壓缸和第四液壓缸的缸筒固定在底座上，第三液壓缸和第四液壓缸的活塞杆連接上梁板，與管道試件相連的夾持構件設置在固定板上方、壓杆下方，夾持構件上安裝壓板。
2.根據權利要求1所述的一種用於海底管道夾持構件的加載試驗臺，其特徵是:壓力板活動支座上設置弧形的滑槽，滑槽裡安裝移動壓力板調節螺栓，通過移動壓力板調節螺栓在滑槽中的位置改變水平加載壓力板與壓力板活動支座的角度。
3.根據權利要求1或2所述的一種用於海底管道夾持構件的加載試驗臺，其特徵是:滑動導軌與第一底座導軌相配合，第一底座導軌上設置限制滑動導軌位置的行程開關。
【文檔編號】G01M7/08GK103983414SQ201410206150
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】張波, 王茁, 胡朝陽, 王濤, 周英輝, 於丹丹, 孟凡東, 黃新禹, 李寧, 單雪, 陸洋, 於海軍, 孫立波 申請人:哈爾濱工程大學