考虑海床倾角及降温梯度的管道轴向定向位移试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种考虑海床倾角及降温梯度的管道轴向定向位移试验装置，其特征在于：包括试验槽、输油设备、出油管路、回油管路、进口采集装置、出口采集装置、测试输油管、转轴装置和液压推杆装置，该装置可对导致海底管道发生轴向定向位移的多种情景进行模拟：管道在整体均匀升温、降温过程中，由于海床倾斜的作用，从而发生轴向定向位移；加热到固定温度的油品在通过管道内部的过程中，与管道进行能量交换，沿程能量损失时，管道产生轴向定向位移。

An experimental device for axial directional displacement of pipelines considering the dip angle of the seabed and the gradient of temperature

The invention discloses a test device for axial directional displacement considering seabed angle and gradient cooling pipe, which comprises a test tank, oil equipment, oil pipelines, oil return pipeline, import and export collection device acquisition device, test pipeline, shaft device and hydraulic device, the device can cause a variety of the axial directional displacement scenario of submarine pipeline simulation: pipeline in uniform heating and cooling process, because the seabed tilt effect, thus the axial directional displacement; heating temperature in the process to the fixed oil through the internal pipe, exchange energy with the energy loss along the pipeline, when the pipeline axial orientation displacement.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑海床倾角及降温梯度的管道轴向定向位移试验装置
本专利技术属于海洋输油工程领域，尤其涉及一种考虑海床倾角及降温梯度的管道轴向定向位移试验装置。
技术介绍
管道的轴向定向移动是深海管道工程中出现的新问题，常见于不能被地基土体完全约束的管道中。由于深海管道裸置于海床表面且启闭操作相对频繁，当管道受到海底表面倾斜度的影响或温度传导过程中损失的影响时，就会造成管道沿坡降一端或升温滞后一端发生整体移动，这种现象称为管道的轴向定向移动(pipelinewalking)。海底管道的实测数据揭示，每公里海底管道在一次启闭过程中，沿轴向的移动量可达数十厘米，而在整个海底管道服役期其轴向移动量可达数米。因此，温压联合作用与往复作用导致管道轴向定向移动是深海管道设计必须要考虑的问题。然而由于常规试验槽不易倾斜、输油温度不易监测、土面平整度难以控制等因素，目前，全球学术界和工业界主要运用理论分析和数值模拟的方法对管道轴向定向移动规律进行研究，实验研究领域基本处于空白状态，这种情况不利于海底管道轴向运动的预测，使海底管系的安全生产存在一定隐患。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中的缺点，提供了一种考虑海床倾角及降温梯度的管道轴向定向位移试验装置。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种考虑海床倾角及降温梯度的管道轴向定向位移试验装置，包括试验槽、输油设备、出油管路、回油管路、进口采集装置、出口采集装置、测试输油管、转轴装置和液压推杆装置，测试输油管设置于试验槽内，在测试输油管的两端分别设置有进口采集装置和出口采集装置，输油设备通过出油管路与进口采集装置相连，通过回油管路与出口采集装置，在试验槽的下方设置有转轴装置和液压推杆装置；试验槽的槽体底部由立柱支撑，槽体轴向的两侧安装有钢化玻璃，在槽体内铺有土层，输油管路放置于土层之上，在槽体的两端设置有支撑架，在两端的支撑架上分别设置进口采集装置和出口采集装置，所述进口采集装置和出口采集装置具有相同的结构，均由滑轨、滑块、连接套、压力传感器、温度传感器和激光位移传感器构成，输油管路的两端分别与进口采集装置和出口采集装置的连接套相连；所述进口采集装置各部件的连接关系为：滑轨设置于支撑架上，在滑轨上设置有滑块，滑块上部与连接套相连，连接套向内一侧与测试输油管相连，连接套向外一侧依次连接压力传感器、温度传感器和出油管路，所述出口采集装置与进口采集装置具有相同的结构；除了设置于测试输油管进口和出口处的温度传感器外，在测试输油管上还等距的设置有贴片式温度传感器，用以测定管线在高温油品通过的过程中温度沿程的变化，在滑轨上设置有激光位移传感器，用于测量在实验过程中滑块在滑轨上的位移，该位移是由于测试输油管的膨胀造成的；输油设备包括上层油箱和下层油箱，下层油箱连接出油管路，上侧油箱连接回油管路，下层油箱用于将试验用油保温并通入管路，上层油箱用于收集回流后的油品，上层油箱和下层油箱通过连接管路相连通，在下层油箱内设置有保温装置，用于保持试验用油的温度，在出油管路的出口处设置有比例阀。在上述技术方案中，所述槽体的长度为9-9.5m，宽度为0.5-1m，高度为0.5-1m。在上述技术方案中，所述槽体底部平行排布有两排立柱，数量为7-8组，各组立柱之间为等间距设置。在上述技术方案中，所述钢化玻璃为透明的，便于观察试验用土层厚度及管线运动对土体的扰动。在上述技术方案中，在所述比例阀用于调节出油速度，使出油速度控制在5mL/s至1L/s。在上述技术方案中，所述激光位移传感器通过数采仪与PC端连接，测取实时监测数据。在上述技术方案中，所述贴片式温度传感器等距的设置于输油管路上，间距为0.8-1m。在上述技术方案中，所述转轴装置由底部固定支架和位于其上部的转轴构成，使整个试验槽以转轴为支点进行翻转，翻转的角度为0-8度。在上述技术方案中，所述液压推杆装置包括液压缸和套筒。在上述技术方案中，所述转轴装置设置于回油管路一侧，液压推杆装置设置于出油管路一侧，距离进口采集装置的距离为试验槽长度的1/4-1/3。上述一种考虑海床倾角及降温梯度的管道轴向定向位移试验装置在进行试验时，按照下列步骤进行：将油管与试验管道连接，打开保温装置，将油温调节到试验所需温度，随后连接传感器、数采仪及PC端；完成安装工作后，利用液压推杆装置将试验槽一端抬升至所需高度，打开加热箱比例阀的大阀门使热油迅速通过试验管道，流出管道的油回流到上层油箱内，等待至管道温度稳定时，关闭加热箱阀门，使管道及其内部的油均匀降至室温，多次重复上述步骤，测量整个过程中管道的轴向位移量及管壁温度、应变大小，进而计算出每升温降温循环管道轴向定向位移量。当探究管道受到温度热梯度的影响而产生轴向位移时，不需将试验槽抬高，且在控制加热箱比例阀时应选择打开低速阀门以保证试验用油通过管道的速度足够慢，可充分与管道和周围环境发生热交换，令管道的轴向定向位移受温度效应影响明显。除此外，其他操作与探究管道受到海底表面倾斜度的影响而产生轴向位移的过程一致。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术旨在设计一种可考虑海床倾角及降温梯度的管道轴向定向位移试验装置，该装置可对导致海底管道发生轴向定向位移的多种情景进行模拟：1、管道在整体均匀升温、降温过程中，由于海床倾斜的作用，从而发生轴向定向位移；2、加热到固定温度的油品在通过管道内部的过程中，与管道进行能量交换，沿程能量损失时，管道产生轴向定向位移。针对上述两种情景，本装置能够改变海床倾角的大小，测定管道降温梯度，由此得到海底管道轴向定向位移量与倾角大小和降温梯度之间的关系，预测管道轴向定向位移量，防止管道轴向位移造成与管道连接的三通/四通或跨接管道出现过应力、悬链线立管丧失张力、管道水平屈曲处应力过大等不良影响。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图。图2为本专利技术中输油设备结构示意图。图3为本专利技术中进口采集装置结构示意图。图4为本专利技术中试验槽、转轴装置和压推杆装置连接结构示意图。其中，1为输油设备，1-1为上层油箱，1-2为下层油箱，1-3为连接管路，1-4保温装置，1-5为比例阀，2为进口采集装置，2-1为滑轨，2-2为滑块，2-3为连接套，2-4为压力传感器，2-5为温度传感器，2-6为激光位移传感器，3为试验槽，3-1为槽体，3-2为支撑架，3-3为立柱，4为出口采集装置，5为回油管路，6为出油管路，7为转轴装置，8为液压推杆装置。具体实施方式下面结合附图与具体的实施方式对本专利技术作进一步详细描述：如附图所述，一种考虑海床倾角及降温梯度的管道轴向定向位移试验装置，包括试验槽3、输油设备1、出油管路6、回油管路5、进口采集装置2、出口采集装置4、测试输油管、转轴装置7和液压推杆装置8，测试输油管设置于试验槽内，在测试输油管的两端分别设置有进口采集装置和出口采集装置，输油设备通过出油管路与进口采集装置相连，通过回油管路与出口采集装置，在试验槽的下方设置有转轴装置和液压推杆装置；试验槽的槽体3-1底部由立柱3-3支撑，槽体轴向的两侧安装有钢化玻璃，在槽体内铺有土层，输油管路放置于土层之上，在槽体的两端设置有支撑架3-2，在两端的支撑架上分别设置进口采集装置和出口采集装置，所述进口采集装置和出口采集装置具有相同的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑海床倾角及降温梯度的管道轴向定向位移试验装置，其特征在于：包括试验槽、输油设备、出油管路、回油管路、进口采集装置、出口采集装置、测试输油管、转轴装置和液压推杆装置，测试输油管设置于试验槽内，在测试输油管的两端分别设置有进口采集装置和出口采集装置，输油设备通过出油管路与进口采集装置相连，通过回油管路与出口采集装置，在试验槽的下方设置有转轴装置和液压推杆装置；试验槽的槽体底部由立柱支撑，槽体轴向的两侧安装有钢化玻璃，在槽体内铺有土层，输油管路放置于土层之上，在槽体的两端设置有支撑架，在两端的支撑架上分别设置进口采集装置和出口采集装置，所述进口采集装置和出口采集装置均由滑轨、滑块、连接套、压力传感器、温度传感器和激光位移传感器构成，输油管路的两端分别与进口采集装置和出口采集装置的连接套相连；所述进口采集装置各部件的连接关系为：滑轨设置于支撑架上，在滑轨上设置有滑块，滑块上部与连接套相连，连接套向内一侧与测试输油管相连，连接套向外一侧依次连接压力传感器、温度传感器和出油管路，所述出口采集装置与进口采集装置具有相同的结构；除了设置于测试输油管进口和出口处的温度传感器外，在测试输油管上还等距的设置有贴片式温度传感器，在滑轨上设置有激光位移传感器；输油设备包括上层油箱和下层油箱，下层油箱连接出油管路，上侧油箱连接回油管路，下层油箱用于将试验用油保温并通入管路，上层油箱用于收集回流后的油品，上层油箱和下层油箱通过连接管路相连通，在下层油箱内设置有保温装置，用于保持试验用油的温度，在出油管路的出口处设置有比例阀。...

【技术特征摘要】
1.一种考虑海床倾角及降温梯度的管道轴向定向位移试验装置，其特征在于：包括试验槽、输油设备、出油管路、回油管路、进口采集装置、出口采集装置、测试输油管、转轴装置和液压推杆装置，测试输油管设置于试验槽内，在测试输油管的两端分别设置有进口采集装置和出口采集装置，输油设备通过出油管路与进口采集装置相连，通过回油管路与出口采集装置，在试验槽的下方设置有转轴装置和液压推杆装置；试验槽的槽体底部由立柱支撑，槽体轴向的两侧安装有钢化玻璃，在槽体内铺有土层，输油管路放置于土层之上，在槽体的两端设置有支撑架，在两端的支撑架上分别设置进口采集装置和出口采集装置，所述进口采集装置和出口采集装置均由滑轨、滑块、连接套、压力传感器、温度传感器和激光位移传感器构成，输油管路的两端分别与进口采集装置和出口采集装置的连接套相连；所述进口采集装置各部件的连接关系为：滑轨设置于支撑架上，在滑轨上设置有滑块，滑块上部与连接套相连，连接套向内一侧与测试输油管相连，连接套向外一侧依次连接压力传感器、温度传感器和出油管路，所述出口采集装置与进口采集装置具有相同的结构；除了设置于测试输油管进口和出口处的温度传感器外，在测试输油管上还等距的设置有贴片式温度传感器，在滑轨上设置有激光位移传感器；输油设备包括上层油箱和下层油箱，下层油箱连接出油管路，上侧油箱连接回油管路，下层油箱用于将试验用油保温并通入管路，上层油箱用于收集回流后的油品，上层油箱和下层油箱通过连接管路相连通，在下层油箱内设置有保温装置，用于保持试验用油的温度，在出油管路的出口处设置有比例阀。2.根据权利要求1所述的一种考虑海床倾角及降温梯度的管道轴向定向位移试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘润，李成凤，彭碧瑶，王乐，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12