[发明专利]一种高压水环境下落物作用海底管道试验系统及方法

说明书

本发明涉及深海管道试验技术领域，公开了一种高压水环境下落物作用海底管道试验系统，包括压力舱、左加载装置、右加载装置、左传动装置、右传动装置和侧向加载装置，左加载装置和左传动装置连接在压力舱的左端，右加载装置和右传动装置连接在压力舱的右端，左加载装置和右加载装置可对试件施加轴向拉/压力且能带动试件左右移动，左传动装置和右传动装置可对试件施加弯矩/扭矩载荷且能带动试件转动，侧向加载装置可对试件进行碰触和接触，通过左加载装置、右加载装置、左传动装置、右传动装置和侧向加载装置的配合，可模拟三维撞击、摩擦刮蹭等落物与管道作用的复杂工况。本发明还提供一种高压水环境下落物作用海底管道试验方法。

技术领域

本发明涉及深海管道试验技术领域，特别是涉及一种高压水环境下落物作用海底管道试验系统及方法。

背景技术

水下落物干扰是引发海底管道事故的主要原因之一，常见的有船锚的撞击和刮拉等。深水环境下的落物作用是外水压联合落物冲击、碰撞、摩擦等载荷作用下的结构响应过程，海底管道不仅发生局部变形损伤，更有可能在外水压作用下发生屈曲失稳的严重后果。此外，海底管道所受载荷复杂，常见有预应力等情况，对落物作用海底管道力学行为产生重要影响。因此，考虑高压水环境和预应力等复杂条件对落物作用海底管道力学行为分析和防护设计具有非常重要的实际工程应用价值。目前，在落物对海底管道影响方面的研究主要集中在理论分析和数值模拟，而实验研究较少。

目前，中国专利CN201510428375.2(公开日为2015年12月09日)提出一种落物模拟试验装置，中国专利CN201810338825.2(公开日为2018年09月04日)提出一种海底管道落物撞击模拟试验系统，中国专利CN202021306152.1(公开日为2021年02月02日)提出一种模拟高空坠落物冲击油气管道实验平台。上述三个专利的思路均是通过提升落物然后通过自由落体实现落物和管道结构的撞击，不具备模拟海底管道周围高压水环境，无法模拟碰撞变形引起海底管道局部压溃和屈曲传播行为，而且需要较大试验场地。

中国专利CN201910186473.8(公开日为2019年09月03日)公开了一种深海管线复杂荷载联合加载试验方法，用于对试验管件进行荷载加载，所采用的试验系统包括多种荷载加载装置：扭力加载装置、轴向拉压加载装置；前端静压弯矩加载装置和尾端静压弯矩加载装置；侧向振动加载装置。试验方法如下：试验管件安装；水密性和气密性检验；舱体水密加压；高温高压内流外部高水压复杂载荷联合加载试验：根据试验的目的性，单独施加五种不同的载荷，水压、轴力、弯矩、振动、扭转载荷或进行联合施加。该专利虽然可以模拟深海环境，但是仅能对管线模型施加载荷，且其振动加载装置仅能模拟落物侧向垂直撞击管道，无法模拟摩擦刮蹭和三维撞击等落物作用海底管道的复杂工况。

发明内容

本发明的目的是提供一种可模拟落物干扰复杂工况的高压水环境下落物作用海底管道试验系统及方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高压水环境下落物作用海底管道试验系统，包括压力舱、左加载装置、右加载装置、左传动装置、右传动装置和侧向加载装置，

所述压力舱设有用于沿其轴向放置试件的容置腔，

所述侧向加载装置包括侧向加载箱和侧向加载杆，所述压力舱的侧壁设有侧向加载孔，所述侧向加载杆可沿所述压力舱的径向移动地穿设于所述侧向加载孔中，所述侧向加载杆靠近所述压力舱的一端设有接触压头，

所述左加载装置和所述右加载装置分别位于所述压力舱的两端，所述左加载装置包括左加载箱和左加载杆，所述左加载杆可沿所述压力舱的轴向移动地连接在所述左加载箱上，所述右加载装置包括右加载箱和右加载杆，所述右加载杆可沿所述压力舱的轴向移动地连接在所述右加载箱上，

所述左传动装置和所述右传动装置分别连接在所述左加载杆和所述右加载杆靠近所述压力舱的一端，所述左传动装置和所述右传动装置分别用于连接试件的两端且用于带动试件转动。