CN104535433A - 一种全尺寸管道疲劳试验操作平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全尺寸管道疲劳试验操作平台，属于海洋工程装备技术领域。其包括底座、两个导轨梁和两个伺服作动***，底座的规格为12600mm×1300mm×2880mm，两个导轨梁沿底座长度方向平行设置在底座的两侧，伺服作动***具有滑动脚轮，伺服作动***通过滑动脚轮能够在两导轨梁上行走，伺服作动***上还设有第一种管道夹具，管道试样通过第一种管道夹具加载在全尺寸管道疲劳试验操作平台上。其能够满足全尺寸管道疲劳试验对操作平台的要求。加载管道试样后，能够实现管道试样的三点与四点弯曲动态、静态协调加载或单独加载。可以根据待加载管道试样的规格，能够对该两个伺服作动***之间的间距进行调整，适应性更强。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程装备技术领域，特别涉及一种全尺寸管道疲劳试验操作平台。
背景技术
随着海洋石油开发力度的加大，未来将需铺设大量的海洋管道。由于海洋环境的特殊性和复杂性，海洋管道在服役期间的安全性也就成为其设计、铺设、运营过程中需要特别关注的问题。在引发海洋管道事故的诸多因素中，疲劳损伤是导致海洋管道失效的主要原因。
海洋管道作为一种典型的焊接结构，其焊接过程常常使焊接接头的组织性能发生变化，从而不可避免地产生各种缺陷，并且存在严重的应力集中、焊趾区缺口应力集中以及高数值焊接残余拉伸应力等力学因素的影响，致使其承受疲劳载荷的能力较差，使焊接接头成为结构的薄弱环节。
海洋管道的疲劳断裂往往是由管道中存在的各种交变应力引起的，该交变应力一方面来自于管内输送压力的波动，另一方面则来自于管道外部的变动载荷，例如：海洋管道承受波浪、海流和冰载荷，穿越管段由于埋深不够形成的悬空段在水的冲击下产生的卡曼振动等。交变应力使管道内部和表面的缺陷发生扩展，最终造成管道的疲劳断裂，迫使供油供气中断，产生严重的后果。此外，疲劳断裂往往是突然发生的，没有预先征兆，一旦发生会带来灾难性后果。
目前，国内海洋管道疲劳寿命的评估，一般都采用小尺寸试件进行试验分析，但研究表明，在设计中采用小试样数据为依据，其结果是偏于危险的。管道全尺寸疲劳试验可更真实反映管道中裂纹扩展的实际情况，包括尺寸效应、残余应力等影响，为其疲劳寿命分析与预测提供真实可靠的决策依据。因此，近年来部分国外公司，已开始在重要工程中开展管道全尺寸疲劳试验，并以全尺寸疲劳试验结果要求作为管道铺设工程前期设计和施工的依据。国外已有挪威、美国和巴西等国设计研制出不同形式的管道全尺寸疲劳试验操作平台，在实际应用中取得了良好的效果。由于海洋管道焊接接头全尺寸疲劳试验耗时长、费用高昂，且受设备等条件的限制，国内在这方面的研究工作还很少，可以利用的数据和资料非常有限。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种适用于各类型全尺寸管道疲劳测试的全尺寸管道疲劳试验操作平台。
本发明提供的全尺寸管道疲劳试验操作平台包括底座、两个导轨梁和两个伺服作动***，所述底座的规格为12600mm×1300mm×2880mm，所述两个导轨梁沿所述底座长度方向平行设置在所述底座的两侧，所述伺服作动***具有滑动脚轮，所述伺服作动***通过所述滑动脚轮能够在所述两导轨梁上行走，所述伺服作动***上还设有第一种管道夹具，管道试样通过所述第一种管道夹具加载在所述全尺寸管道疲劳试验操作平台上。
作为优选，所述伺服作动***包括伺服阀、负载传感器、伺服作动器、安装铰座和转轴，所述伺服阀用于开启或者关闭所述伺服作动器，所述负载传感器用于指示所述伺服作动器的负载，所述安装铰座上设有第一通孔，所述伺服作动器上设有第二通孔，所述转轴一端固定连接于所述第一种管道夹具，另一端穿过所述第二通孔并固定连接于所述伺服作动器，所述转轴穿过所述第二通孔后具有余量，所述转轴利用所述余量能够在所述第一通孔中旋转。
作为优选，所述全尺寸管道疲劳试验操作平台还包括防转机构，所述防转机构凸起地固定连接在所述安装铰座上，所述防转机构与所述伺服作动器之间具有间隙。
作为优选，所述第一种管道夹具包括第一种上半环和第一种下半环，所述第一种上半环可拆卸地连接于第一种下半环，当管道试样从所述第一种上半环和第一种下半环之间加载在所述全尺寸管道疲劳试验操作平台上时，所述第一种上半环和第二种上半环固定在一起。
作为优选，当管道试样从所述第一种上半环和第一种下半环之间加载在所述全尺寸管道疲劳试验操作平台上时，所述第一种上半环和第二种上半环两侧均通过至少两个螺栓固定在一起。
作为优选，所述全尺寸管道疲劳试验操作平台还包括可移动支座，所述可以动支座具有滑动脚轮，所述可移动支座通过所述滑动脚轮能够在所述导轨梁上行走，所述可移动支座上还设有第二种管道夹具，管道试样通过所述第二种管道夹具加载在所述全尺寸管道疲劳试验操作平台上。
作为优选，所述第二种管道夹具铰接于所述可移动支座，所述第二种管道夹具包括第二种上半环和第二种下半环，所述第二种上半环铰接于第二种下半环，管道试样从所述第二种上半环和第二种下半环之间加载在所述全尺寸管道疲劳试验操作平台上。
作为优选，所述全尺寸管道疲劳试验操作平台还包括压盖，间隙调整机构和水平滑移机构，所述第二种下半环的两侧具有容置槽，当管道试样从所述第二种上半环和第二种下半环之间加载在所述全尺寸管道疲劳试验操作平台上时，所述第二种上半环和第二种下半环的铰接处容置在所述容置槽中，所述压盖固定连接在所述容置槽上，所述水平滑移机构和间隙调整机构均设置于所述容置槽中。
作为优选，所述全尺寸管道疲劳试验操作平台还包括若干个防护扣板，所述防护扣板间隔地横置于所述两导轨梁之间。
作为优选，各所述部件由整体铸造钢梁制成。
本发明提供的全尺寸管道疲劳试验操作平台的规格为12600mm×1300mm×2880mm，因此，能够满足全尺寸管道疲劳试验对操作平台的要求。由于本发明提供的全尺寸管道疲劳试验操作平台具有两个伺服作动***，加载管道试样后，能够实现管道试样的三点与四点弯曲动态、静态协调加载或单独加载；克服了常规管道疲劳试验过程中试验加载型式单一、多类型试验加载无法实现的缺陷。此外，由于本发明提供的全尺寸管道疲劳试验操作平台的伺服作动***具有活动脚轮，通过该活动脚轮，伺服作动***可以在两个导轨梁上行走，从而，可以根据待加载管道试样的规格，能够对该两个伺服作动***之间的间距进行调整，适应性更强。
附图说明
图1为本发明实施例提供的全尺寸管道疲劳试验操作平台加载了管道试样之后的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的全尺寸管道疲劳试验操作平台中应用的伺服作动***的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的全尺寸管道疲劳试验操作平台中应用的可移动支座的结构示意图。
具体实施方式
为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
参见附图1和附图2，本发明提供的全尺寸管道疲劳试验操作平台包括底座1、两个导轨梁2和两个伺服作动***4，底座的规格为12600mm×1300mm×2880mm，两个导轨梁2沿底座1长度方向平行设置在底座的两侧，伺服作动***4具有滑动脚轮19，伺服作动***4通过滑动脚轮19能够在两导轨梁2上行走，伺服作动***4上还设有第一种管道夹具7a，管道试样3通过第一种管道夹具7a加载在全尺寸管道疲劳试验操作平台上。
本发明提供的全尺寸管道疲劳试验操作平台的规格为12600mm×1300mm×2880mm，因此，能够满足全尺寸管道疲劳试验对操作平台的要求。由于本发明提供的全尺寸管道疲劳试验操作平台具有两个伺服作动***4，加载管道试样3后，能够实现管道试样3的三点与四点弯曲动态、静态协调加载或单独加载；克服了常规管道疲劳试验过程中试验加载型式单一、多类型试验加载无法实现的缺陷。此外，由于本发明提供的全尺寸管道疲劳试验操作平台的伺服作动***4具有活动脚轮19，通过该活动脚轮19，伺服作动***4可以在两个导轨梁2上行走，从而，可以根据待加载管道试样3的规格，能够对该两个伺服作动***4之间的间距进行调整，适应性更强。
其中，作为伺服作动***4的一种具体的实现方式，伺服作动***4包括伺服阀9、负载传感器10、伺服作动器11、安装铰座13和转轴21，伺服阀9用于开启或者关闭伺服作动器11，负载传感器10用于指示伺服作动器11的负载，安装铰座13上设有第一通孔，伺服作动器11上设有第二通孔，转轴21一端固定连接于第一种管道夹具7a，另一端穿过第二通孔并固定连接于伺服作动器1，转轴21穿过第二通孔后具有余量，转轴21利用余量能够在第一通孔中旋转。该试验平台在试验过程中，通过铰接夹圈8可以保证管道试样3的自由变形且不会使与管道试样3相连接的铰接夹圈8发生偏转，从而保证试验过程中加载作用力始终垂直于管道试样3的中心轴线，而不会产生侧向力，确保了试验过程的稳定性与安全性。
其中，全尺寸管道疲劳试验操作平台还包括防转机构12，防转机构12凸起地固定连接在安装铰座13上，防转机构12与伺服作动器11之间具有间隙。如前所述，为了保证试验过程的稳定性与安全性，容许铰接夹圈8随转轴21发生偏转，但是为了防止转轴21的偏转角度过大，需要在安装铰座13上增设防转机构12，由于该防转机构12与伺服作动器11之间具有间隙，该铰接夹圈8能够在该间隙范围内偏转，一旦超出该偏转角度，就会被防转机构12阻止。进一步确保了试验过程的稳定性与安全性。
其中，作为第一管道夹具的一种具体的实现方式，第一种管道夹具7a包括第一种上半环和第一种下半环，第一种上半环可拆卸地连接于第一种下半环，当管道试样3从第一种上半环和第一种下半环之间加载在全尺寸管道疲劳试验操作平台上时，第一种上半环和第二种上半环固定在一起。由于该第一种管道夹具7a的第一种上半环可拆卸地连接于第一种下半环，在加载管道试样3的过程中，将第一种上半环卸下，加载管道试样3的过程结束后，再将第一种上半环固定在第一种下半环上，操作简单。
其中，当管道试样3从第一种上半环和第一种下半环之间加载在全尺寸管道疲劳试验操作平台上时，第一种上半环和第二种上半环两侧均通过至少两个螺栓20固定在一起。由于管道试样3在伺服作动***4处受力较大，因此，采用这种方式将管道试样3夹持在第一种管道夹具7a中更加安全、可靠。
其中，参见附图1和附图3，全尺寸管道疲劳试验操作平台还包括可移动支座，可以动支座具有滑动脚轮19，可移动支座通过滑动脚轮19能够在导轨梁2上行走，可移动支座上还设有第二种管道夹具7b，管道试样3通过第二种管道夹具7b加载在全尺寸管道疲劳试验操作平台上。
作为优选，第二种管道夹具铰接于可移动支座，第二种管道夹具包括第二种上半环和第二种下半环，第二种上半环铰接于第二种下半环，管道试样从第二种上半环和第二种下半环之间加载在全尺寸管道疲劳试验操作平台上。可移动支座6可以在导轨梁2上自由滑动，由此满足管道试样3的跨距要求。
其中，全尺寸管道疲劳试验操作平台还包括压盖15，间隙调整机构16和水平滑移机构17，第二种下半环的两侧具有容置槽，当管道试样3从第二种上半环和第二种下半环之间加载在全尺寸管道疲劳试验操作平台上时，第二种上半环和第二种下半环的铰接处容置在容置槽中，压盖15固定连接在容置槽上，水平滑移机构17和间隙调整机构16均设置于容置槽中。试样夹圈14与铸钢支架18采用铰接方式连接，由此可保证管道试样3在试样弯曲疲劳过程中受力状态恒定，不会受到附加载荷影响。试验过程中，若管道试样3发生弯曲，支撑跨距略有缩短时，水平滑移机构17可以实时进行补偿；间隙调整机构16则可以调整水平滑移机构17与压盖15之间的间隙，以保证试验加载要求。
其中，参见附图1，全尺寸管道疲劳试验操作平台还包括若干个防护扣板5，防护扣板5间隔地横置于两导轨梁2之间。当伺服作动***4和可移动支座在导轨梁2上行走是，如果遇到防护扣板5，它们就无法越过防护扣板5，因此，防护扣板5能够对伺服作动***4和可移动支座的行程具有限位作用。
其中，各部件由整体铸造钢梁制成。克服了全尺寸管道疲劳试验过程中试验操作平台强度低、刚性差，易出现断裂失效和疲劳破坏的技术缺陷。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种全尺寸管道疲劳试验操作平台，其特征在于，包括底座、两个导轨梁和两个伺服作动***，所述底座的规格为12600mm×1300mm×2880mm，所述两个导轨梁沿所述底座长度方向平行设置在所述底座的两侧，所述伺服作动***具有滑动脚轮，所述伺服作动***通过所述滑动脚轮能够在所述两导轨梁上行走，所述伺服作动***上还设有第一种管道夹具，管道试样通过所述第一种管道夹具加载在所述全尺寸管道疲劳试验操作平台上。
2.根据权利要求1所述的全尺寸管道疲劳试验操作平台，其特征在于，所述伺服作动***包括伺服阀、负载传感器、伺服作动器、安装铰座和转轴，所述伺服阀用于开启或者关闭所述伺服作动器，所述负载传感器用于指示所述伺服作动器的负载，所述安装铰座上设有第一通孔，所述伺服作动器上设有第二通孔，所述转轴一端固定连接于所述第一种管道夹具，另一端穿过所述第二通孔并固定连接于所述伺服作动器，所述转轴穿过所述第二通孔后具有余量，所述转轴利用所述余量能够在所述第一通孔中旋转。
3.根据权利要求2所述的全尺寸管道疲劳试验操作平台，其特征在于，还包括防转机构，所述防转机构凸起地固定连接在所述安装铰座上，所述防转机构与所述伺服作动器之间具有间隙。
4.根据权利要求1所述的全尺寸管道疲劳试验操作平台，其特征在于，所述第一种管道夹具包括第一种上半环和第一种下半环，所述第一种上半环可拆卸地连接于第一种下半环，当管道试样从所述第一种上半环和第一种下半环之间加载在所述全尺寸管道疲劳试验操作平台上时，所述第一种上半环和第二种上半环固定在一起。
5.根据权利要求4所述的全尺寸管道疲劳试验操作平台，其特征在于，当管道试样从所述第一种上半环和第一种下半环之间加载在所述全尺寸管道疲劳试验操作平台上时，所述第一种上半环和第二种上半环两侧均通过至少两个螺栓固定在一起。
6.根据权利要求1所述的全尺寸管道疲劳试验操作平台，其特征在于，还包括可移动支座，所述可以动支座具有滑动脚轮，所述可移动支座通过所述滑动脚轮能够在所述导轨梁上行走，所述可移动支座上还设有第二种管道夹具，管道试样通过所述第二种管道夹具加载在所述全尺寸管道疲劳试验操作平台上。
7.根据权利要求6所述的全尺寸管道疲劳试验操作平台，其特征在于，所述第二种管道夹具铰接于所述可移动支座，所述第二种管道夹具包括第二种上半环和第二种下半环，所述第二种上半环铰接于第二种下半环，管道试样从所述第二种上半环和第二种下半环之间加载在所述全尺寸管道疲劳试验操作平台上。
8.根据权利要求7所述的全尺寸管道疲劳试验操作平台，其特征在于，还包括压盖，间隙调整机构和水平滑移机构，所述第二种下半环的两侧具有容置槽，当管道试样从所述第二种上半环和第二种下半环之间加载在所述全尺寸管道疲劳试验操作平台上时，所述第二种上半环和第二种下半环的铰接处容置在所述容置槽中，所述压盖固定连接在所述容置槽上，所述水平滑移机构和间隙调整机构均设置于所述容置槽中。
9.根据权利要求1、3、6中任一所述的全尺寸管道疲劳试验操作平台，其特征在于，还包括若干个防护扣板，所述防护扣板间隔地横置于所述两导轨梁之间。
10.根据权利要求1、3、6所述的全尺寸管道疲劳试验操作平台，其特征在于，各所述部件由整体铸造钢梁制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150422 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |