模拟海底管道侧向屈曲的实验装置及实验方法

1.本发明涉及海底管道侧向屈曲实验技术领域，尤其涉及一种模拟海底管道侧向屈曲的实验装置及实验方法。


背景技术：

2.海底管道是通过密闭的管道在海底连续地输送大量油或气的管道，是海上油田或气田开发生产系统的主要组成部分，也是最快捷、最安全和经济可靠的海上油气运输方式。铺设在深海的油气输送管道，承受高温高压的作用，极易引起管道的整体屈曲。海底管道在较高的操作温度及输送压力下会发生膨胀，由于管道的轴向移动受土壤约束，因此管道将产生较大的轴向压缩力，当该力达到一定程度时，管道就会发生整体屈曲失稳，从而导致海底管道发生泄露的危险性大大提高。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种模拟海底管道侧向屈曲的实验装置，其能够用来模拟海底管道受到轴向压力下的整体屈曲行为，并测试海底管道的极限轴向载荷。
4.本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种海底管道侧向屈曲实验方法，其能够模拟海底管道受到轴向压力下的整体屈曲行为，并测试海底管道的极限轴向载荷。
5.为解决上述问题，本发提供了一种模拟海底管道侧向屈曲的实验装置，包括水槽，所述水槽两侧设有安装孔，待测管道的两端分别伸入所述水槽两侧的安装孔内，所述待测管道与力学装置相连，所述力学装置包括固定装置和管道轴向加载压力装置，所述待测管道的一端通过固定装置固定在所述安装孔上，所述待测管道的另一端穿过所述安装孔并与管道轴向加载压力装置相连。
6.在一种实施方式中，所述管道轴向加载压力装置包括端板以及与所述端板连接的横梁，所述端板与横梁形成的容置空间内设有加载压力装置，所述加载压力装置的一端与所述端板相连，所述加载压力装置的另一端与计算机相连，所述计算机可以实时读取所述加载压力装置的加载压力数值。
7.在一种实施方式中，所述待测管道上设有应变片传感器，所述应变片传感器用来感受所述待测管道上的应变量并转换成可用输出信号并传递给所述计算机；
8.所述管道轴向加载压力装置上设有力传感器，所述力传感器用来感受所述加载压力装置向所述待测管道上施加的加载压力量并转换成可用输出信号并传递给所述计算机。
9.在一种实施方式中，所述固定装置包括固定台和螺栓，所述待测管道的一端穿过所述固定台，所述螺栓穿过所述固定台，通过旋转所述螺栓实现所述待测管道的一端的固定。
10.在一种实施方式中，所述水槽的侧面设有最高水位线，所述水槽的底面设有排沙孔和排水孔。
11.在一种实施方式中，所述排水孔上设有若干个弧片，所述弧片能够调节自身安装角度以控制所述排水孔的开口大小；
12.所述排水孔上设有隔沙膜。
13.在一种实施方式中，所述安装孔上设有防水层，所述防水层能够防止所述水槽内的水渗出。
14.在一种实施方式中，所述水槽底部设有立柱，所述立柱用来支撑所述水槽。
15.为解决上述问题，本发明还提供了一种海底管道侧向屈曲实验方法，其采用上述的模拟海底管道侧向屈曲的实验装置实现测试，利用所述的实验装置实现的实验方法如下：
16.(1)在水槽内放置沙石和水，将待测管道的两端分别伸入所述水槽两侧的安装孔内，所述待测管道与力学装置相连，所述力学装置包括固定装置和管道轴向加载压力装置，所述待测管道的一端通过固定装置固定在所述安装孔上，所述待测管道的另一端穿过所述安装孔并与管道轴向加载压力装置相连。
17.(2)所述管道轴向加载压力装置逐步增大轴向载荷，直至待测管道发生弯曲失稳，记录下此时的极限轴向载荷。
18.在一种实施方式中，所述水槽的侧面设有最高水位线，所述水槽内放置沙石和水至所述最高水位线；
19.所述管道轴向加载压力装置包括端板以及与所述端板连接的横梁，所述端板与横梁形成的容置空间内设有加载压力装置，所述加载压力装置的一端与所述端板相连，所述加载压力装置的另一端与计算机相连，所述计算机可以实时读取所述加载压力装置的加载压力数值；
20.在一种实施方式中，所述待测管道上设有应变片传感器，所述应变片传感器用来感受所述待测管道上的应变量并转换成可用输出信号并传递给所述计算机；
21.所述加载压力装置逐步增大轴向载荷，所述应变片传感器感受所述待测管道上的应变量并转换成可用输出信号并传递给所述计算机，所述计算机分析所述待测管道是否处于弯曲失稳状态，当所述待测管道处于弯曲失稳临界状态时，所述计算机记录下此时的轴向载荷，即得到极限轴向载荷。
22.实施本发明，具有如下有益效果：
23.本发明提供的一种模拟海底管道侧向屈曲的实验装置和实验方法，能够模拟海底管道受到轴向压力下的整体屈曲行为，并测试海底管道的极限轴向载荷，实验条件接近实际工作状况，为工程实际作业和应用提供了可靠有效的实验数据和经验，同时为失效模式探索提供了更多的分析途径和解决办法。
附图说明
24.图1为使本发明一种模拟海底管道侧向屈曲的实验装置的结构示意图；
25.图2为使本发明一种模拟海底管道侧向屈曲的实验装置中压力装置的结构示意图。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地详细描述。
27.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种模拟海底管道侧向屈曲的实验装置，如图1～2所示，包括水槽5，所述水槽5两侧设有安装孔3，待测管道2的两端分别伸入所述水槽5两侧的安装孔3内，所述待测管道2与力学装置4相连，所述力学装置4包括固定装置41和管道轴向加载压力装置，所述待测管道2的一端通过固定装置41固定在所述安装孔3上，所述待测管道2的另一端穿过所述安装孔3并与管道轴向加载压力装置相连。
28.具体地，所述管道轴向加载压力装置为实验提供轴向压力，在一种实施方式中，所述管道轴向加载压力装置包括端板42以及与所述端板42连接的横梁43，所述端板42与横梁43形成的容置空间内设有加载压力装置44，所述加载压力装置44的一端与所述端板42相连，所述加载压力装置44的另一端与计算机45相连，所述计算机45可以实时读取所述加载压力装置44的加载压力数值。所述管道轴向加载压力装置44能够逐步增大轴向载荷，以测试所述待测管道2的极限轴向载荷。另外，在一种实施方式中，所述待测管道2上设有应变片传感器6，所述应变片传感器6用来感受所述待测管道2上的应变量并转换成可用输出信号并传递给所述计算机45；所述管道轴向加载压力装置上设有力传感器46，所述力传感器46用来感受所述加载压力装置44向所述待测管道2上施加的加载压力量并转换成可用输出信号并传递给所述计算机45。所述计算机45分析所述待测管道2是否处于弯曲失稳状态，当所述待测管道2处于弯曲失稳临界状态时，所述计算机45记录下此时的轴向载荷，即得到极限轴向载荷。优选地，所述力传感器46包括德国ncte s3000系列力传感器46、德国ncte s7000系列力传感器46。所述应变片传感器6包括yhtg-1微型土压力传感器产自山东昊洲矿业安全装备有限公司、dsg649de应变片式压力传感器产自广东华兰海电测科技股份有限公司。
29.进一步地，所述待测管道2的一端施加轴向压力，另一端则固定不动。所述待测管道2通过固定装置41实现固定安装。在一种实施方式中，所述固定装置41包括固定台和螺栓，所述待测管道2的一端穿过所述固定台，所述螺栓穿过所述固定台，通过旋转所述螺栓实现所述待测管道2的一端的固定。
30.再者，为了模拟待测管道2的实际工况，本发明将待测管道2安装在水槽5内，以模拟实际的使用工况。在一种实施方式中，所述水槽5的侧面设有最高水位线1，所述水槽5的底面设有排沙孔8和排水孔9。所述水槽5内装有沙石和水以模拟实际使用工况。另外，为了方便实验后清理水槽5内的沙石和水，在一种实施方式中，所述排水孔9上设有若干个弧片，所述弧片能够调节自身安装角度以控制所述排水孔9的开口大小；所述排水孔9上设有隔沙膜，所述隔沙膜能够防止排水孔9堵塞。而且，在一种实施方式中，所述安装孔3上设有防水层，所述防水层能够防止所述水槽5内的水渗出。同时，所述水槽5底部设有立柱7，所述立柱7用来支撑所述水槽5。
31.相应地，本发明还提供了一种海底管道侧向屈曲实验方法，其采用上述的模拟海底管道侧向屈曲的实验装置实现测试，利用所述的实验装置实现的实验方法如下：
32.(1)在水槽5内放置沙石和水，将待测管道2的两端分别伸入所述水槽5两侧的安装孔3内，所述待测管道2与力学装置4相连，所述力学装置4包括固定装置41和管道轴向加载压力装置，所述待测管道2的一端通过固定装置41固定在所述安装孔3上，所述待测管道2的
另一端穿过所述安装孔3并与管道轴向加载压力装置相连。
33.(2)所述管道轴向加载压力装置逐步增大轴向载荷，直至待测管道2发生弯曲失稳，记录下此时的极限轴向载荷。
34.在一种实施方式中，所述水槽5的侧面设有最高水位线1，所述水槽5内放置沙石和水至所述最高水位线1；
35.所述压力装置包括端板42以及与所述端板42连接的横梁43，所述端板42与横梁43形成的容置空间内设有管道轴向加载压力装置44，所述管道轴向加载压力装置44的一端与所述端板42相连，所述加载压力装置44的另一端与计算机45相连，所述计算机45可以实时读取所述加载压力装置44的加载压力数值；
36.所述待测管道2上设有应变片传感器6，所述应变片传感器6用来感受所述待测管道2上的应变量并转换成可用输出信号并传递给所述计算机45；
37.所述加载压力装置44逐步增大轴向载荷，所述应变片传感器6感受所述待测管道2上的应变量并转换成可用输出信号并传递给所述计算机45，所述计算机45分析所述待测管道2是否处于弯曲失稳状态，当所述待测管道2处于弯曲失稳临界状态时，所述计算机45记录下此时的轴向载荷，即得到极限轴向载荷。
38.综上，本发明提供的一种模拟海底管道侧向屈曲的实验装置和实验方法，能够模拟海底管道受到轴向压力下的整体屈曲行为，并测试海底管道的极限轴向载荷，实验条件接近实际工作状况，为工程实际作业和应用提供了可靠有效的实验数据和经验，同时为失效模式探索提供了更多的分析途径和解决办法。
39.以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。