[发明专利]无约束管段轴向循环加载测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及模型试验技术领域，特别是涉及一种无约束管段轴向循环加载测试系统。

背景技术

近年来人类对油气能源的需求量日益增长，石油开采由于资源限制也在向海洋、深 海方向发展。从上世纪墨西哥湾铺下第一条海底管道开始，目前油田开发的作业水深已 达到3000米；铺设海底管道的水深已达到2150米，深海油气管道技术有了长足的发展。 如今深海管道的应用面临着更复杂的外部环境，也面对更多技术挑战。其中一项十分重 要的挑战就是深海管道的轴向运动问题。深海海床上的油气管道升温时会出现轴向的膨 胀，同时受到海床的抗力约束其膨胀行为，冷却时收缩受到海床反向的抗力，但由于多 种原因导致管道受到抗力不均，升温冷却后管线端部没有回到初始的位置，出现整体轴 向位移。在服役过程中管线会进行多次开启和关闭的循环，在高温高压和海床抗力的联 合作用下，经过一次开启和关闭，管道会出现在轴向方向上由高温端向低温端的运动， 即管道靠近油井端向远离油井端方向的轴向位移。这种发生在管道整体上的轴向运动会 随着管线启闭循环不断累积。累积的轴向位移会导致管道末端的过度位移和失效，对管 道连接处和抬升处造成巨大的荷载引发破坏。其可能造成的潜在危害是不容忽视的。因 此针对深海管道在温压循环荷载作用下轴向运动的研究是十分必要且有意义的。因此， 需要一种模型试验系统，来模拟海底管线在高温高压环境下输送油气过程中多次开关所 造成轴向整体往复位移时管线与土体的相互作用和管线往复运动过程中土体抗力变化， 通过模型模拟管段的轴向往复运动过程，分析研究管段往复运动过程中所受到的土体所 提供的轴向抗力的变化，从而分析研究管线在发生整体轴向变形时，管线的有效轴力与 土体抗力的关系，进一步分析判断管线轴向延展行为整体位移。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种无约束管段轴向循环加载测试 系统，该系统能够还原实际情况下管线往复运动时管段与土体的相互作用关系，为分析 管线在轴向位移时的管土作用规律以及土体提供的抗力大小提供试验依据。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种无约束管段轴 向循环加载测试系统，包括试验槽、加载系统、传力系统、数据采集系统和试验配件； 所述试验配件包括被测管段，在所述被测管段内设有与其垂直固接的两块连接板，两块 所述连接板沿所述被测管段的长度方向对称设置；试验时，所述被测管段沿所述试验槽 的长度方向设置；在所述试验槽的顶面上固定有两根沿其长度方向设置的水平纵向导轨； 所述传力系统包括两根竖直设置的传力杆和一块水平设置的推板，两根所述传力杆的上 端通过水平横梁连接，所述水平横梁与所述被测管段平行，两根所述传力杆的下端穿过 所述推板和所述被测管段的侧壁与所述连接板的中部垂直固接，所述传力杆与所述被测 管段的侧壁固接，所述传力杆与所述推板通过水平设置的滑块Ⅰ连接，所述滑块Ⅰ固定 在所述推板上，所述传力杆与相应的所述滑块Ⅰ形成滚动直线导轨副；在所述推板的下 方左右两侧分别设有与其固接的滑块Ⅱ，所述滑块Ⅱ装配在所述水平纵向导轨上；所述 加载系统包括与所述推板连接的加力板和丝杠，所述丝杠通过支架支撑在所述试验槽的 顶面上，在所述加力板上固接有螺母，所述螺母通过螺纹连接在所述丝杠上，所述丝杠 由伺服电机减速器驱动，所述伺服电机减速器由控制器控制；所述加力板通过设置在其 两侧的滑块Ⅲ连接在所述水平纵向导轨上，所述加力板与所述推板通过拉压力传感器连 接；所述数据采集系统包括所述拉压力传感器、一台动静态应变采集仪、一台计算机和 一个摄像头，所述拉压力传感器与所述动静态应变采集仪连接，所述动静态应变采集仪 和所述摄像头分别与所述计算机连接；所述摄像头用于获取所述被测管段与其周围土体 的影像。

所述推板采用工字型结构。

在所述试验槽的四周设置有钢化玻璃。

在所述试验槽的钢化玻璃上沿高度方向设有刻度。

本发明具有的优点和积极效果是：