一种海洋铺管船用张紧器的张力测试方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种海洋铺管船用张紧器的张力测试方法及系统。该方法包括对摩擦块和待测管道进行建模，确定待测管道在许用应力条件下摩擦块的临界夹持力；根据摩擦块的临界夹持力，计算张紧器的临界张紧力；通过张紧器的摩擦块以其对应的临界夹持力夹持待测管道，并通过张紧器逐步施加张紧力至待测管道上，获取张紧器的摩擦块与待测管道发生打滑时待测管道的打滑张紧力；判定张紧器施加的张紧力是否合格。本发明专利技术可提高作业人员对张紧器和待测管道之间张紧力的准确认识，在施工时综合考虑其施加张紧力程度或进行初步筛选处理，降低由于张紧力不足造成的铺管船作业线发生打滑窜管影响焊接质量，特别是易造成托管架尾部管道发生屈曲损伤的可能性。屈曲损伤的可能性。屈曲损伤的可能性。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋铺管船用张紧器的张力测试方法及系统


[0001]本专利技术涉及海底管道铺设
，具体而言，涉及一种海洋铺管船用张紧器的张力测试方法。

技术介绍

[0002]大径厚比海底输水管道主要用于海上淡水输送和污水排海，一般采用大管径薄壁厚无配重管道，通过100％充水S型铺设至海床。S型铺管船张紧器通过管道夹持力和驱动装置扭矩转化为管道张紧力，与铺管船尾部托管架一起完成管道铺设。由于大径厚比海底输水管道钢管径厚比一般在60～90之间，直径在1m以上，管材屈服强度在235～360MPa之间，若张紧器施加在管道上的夹持力过大，易造成管道发生屈曲变形破坏。另外钢管外表面无混凝土配重层，仅有3PE外防腐层，过于光滑的外表面造成张紧器履带组件与钢管外表面摩察系数变小，使张紧器夹持力和驱动装置扭矩转化成管道张紧力效率低，钢管外表面受潮后会进一步降低转化效率。因此，在大径厚比海底输水管道S型铺设过程中，张紧力不足造成铺管船作业线发生打滑窜管，影响焊接质量，特别是易造成托管架尾部管道发生屈曲损伤。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本专利技术提出了一种海洋铺管船用张紧器的张力测试方法及系统，旨在解决现有海底输水管道铺设过程中可能出现张紧力不足，造成铺管船作业线发生打滑窜管影响焊接质量，且易造成托管架尾部管道发生屈曲损伤的问题。
[0004]一方面，本专利技术提出了一种海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，该方法包括如下步骤：夹持角度获取步骤，获取张紧器的两组摩擦块之间的夹持角度；夹紧力获取步骤，根据两组摩擦块之间的夹持角度，对摩擦块和待测管道进行建模，模拟输水钢管通过张紧器时的受力状态，确定待测管道在许用应力条件下摩擦块的临界夹持力；临界张紧力获取步骤，根据摩擦块的临界夹持力，计算张紧器的临界张紧力；打滑张紧力获取步骤，通过张紧器的摩擦块以其对应的临界夹持力夹持待测管道，施加悬垂张力至待测管道上以模拟铺管过程中海上悬垂段张力，并通过张紧器逐步施加张紧力至待测管道上，获取张紧器的摩擦块与待测管道发生打滑时待测管道的打滑张紧力；分析步骤，分析比较所述临界张紧力和所述打滑张紧力，判定张紧器施加的张紧力是否合格。
[0005]进一步地，上述海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，在所述打滑张紧力获取步骤之前，还包括如下步骤：拉毛处理步骤，对待测管道的防腐层进行拉毛处理，以增大摩擦块和待测管道表面之间的摩擦系数。
[0006]进一步地，上述海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，如果所述分析步骤中判定张紧器施加的张紧力不合格，跳转至所述拉毛处理步骤。
[0007]进一步地，上述海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，采用防腐层拉毛装置进行拉毛处理，并且，所述防腐层拉毛装置包括：高度调节机构；拉毛机构，设置在所述高度调节
机构上，用于在高度调节结构的作用下进行高度位置调节，以调节拉毛机构对待测管道的防腐层进行拉毛的拉毛深度；驱动机构，其动力输出端与所述拉毛机构相连接，用于驱动所述拉毛机构进行转动以实现防腐层的拉毛。
[0008]进一步地，上述海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，如果所述分析步骤中判定张紧器施加的张紧力不合格，调整张紧器的滑移支架的支撑角度，以增大张紧器的两组摩擦块之间的夹持角度，并在调整后跳转至所述夹持角度获取步骤。
[0009]进一步地，上述海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，所述张紧器的临界张紧力的计算公式为：
[0010]T1＝μ
·
(2N
u
+2N
l
)，
[0011]其中，T1为张紧器的临界张紧力，N
u
为上面两个摩擦块的临界夹持力，N
l
为下面两个摩擦块的临界夹持力，μ为摩擦块和待测管道表面之间的摩擦系数。
[0012]进一步地，上述海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，如果所述分析步骤中判定张紧器施加的张紧力合格，确定张紧器夹持管道时摩擦块施加的实际夹持力的范围，其满足如下公式：
[0013]N1≤N
u
，
[0014]N2≤N
l
，
[0015]其中，N1为上面两个摩擦块施加的实际夹持力，N2为下面两个摩擦块施加的实际夹持力，N
u
为上面两个摩擦块施加的临界夹持力，N
l
为下面两个摩擦块施加的临界夹持力。
[0016]进一步地，上述海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，在所述分析步骤中，当所述打滑张紧力大于或等于所述临界张紧力时，判定张紧器施加的张紧力合格；否则，判定张紧器施加的张紧力不合格。
[0017]进一步地，上述海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，在所述打滑张紧力获取步骤中，获取张紧器的摩擦块与待测管道发生打滑时张紧器的驱动装置的扭矩，及待测管道的半径，并利用如下公式计算打滑张紧力；
[0018]T2＝M
q
·
R，
[0019]其中，T2为打滑张紧力，M
q
为张紧器的摩擦块与待测管道发生打滑时张紧器的驱动装置的扭矩，R为待测管道的半径。
[0020]另一方面，本专利技术还提出了一种海洋铺管船用张紧器的张力测试系统，该系统包括：夹持角度获取模块，用于获取张紧器的两组摩擦块之间的夹持角度；夹紧力获取模块，用于根据两组摩擦块之间的夹持角度，对摩擦块和待测管道进行建模，以模拟输水钢管通过张紧器时的受力状态，确定待测管道在许用应力条件下摩擦块的临界夹持力；临界张紧力获取模块，用于根据摩擦块的夹持力，计算张紧器的临界张紧力；打滑张紧力获取模块，用于通过张紧器的摩擦块以其对应的临界夹持力夹持待测管道，施加悬垂张力至待测管道上以模拟铺管过程中海上悬垂段张力，并通过张紧器逐步施加张紧力至待测管道上，获取张紧器的摩擦块与待测管道发生打滑时待测管道的打滑张紧力；分析模块，用于分析比较所述临界张紧力和所述打滑张紧力，判定张紧器施加的张紧力是否合格。
[0021]进一步地，上述海洋铺管船用张紧器的张力测试系统，该系统还包括：拉毛处理模块，用于对待测管道的防腐层进行拉毛处理，以增大摩擦块和待测管道表面之间的摩擦系数。
[0022]进一步地，上述海洋铺管船用张紧器的张力测试系统，如果所述分析模块中判断张紧器施加的张紧力不合格，跳转至所述拉毛处理模块。
[0023]进一步地，上述海洋铺管船用张紧器的张力测试系统，在所述拉毛处理模块中，采用防腐层拉毛装置进行拉毛处理，并且，所述防腐层拉毛装置包括：高度调节机构；拉毛机构，设置在所述高度调节机构上，用于在高度调节结构的作用下进行高度位置调节，以调节拉毛机构对待测管道的防腐层进行拉毛的拉毛深度；驱动机构，其动力输出端与所述拉毛机构相连接，用于驱动所述拉毛机构进行转动以实现防腐层的拉毛。
[0024]进一步地，上述海洋铺管船用张紧器的张力测试系统，如果所述分析模块中判定张紧器施加的张紧力不合格，调整张紧器的滑移支架的支撑角度，以增大张紧器的两组摩擦块之间的夹持角度，并在调整后跳转至所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，其特征在于，包括如下步骤：夹持角度获取步骤，获取张紧器的两组摩擦块之间的夹持角度；夹紧力获取步骤，根据两组摩擦块之间的夹持角度，对摩擦块和待测管道进行建模，模拟输水钢管通过张紧器时的受力状态，确定待测管道在许用应力条件下摩擦块的临界夹持力；临界张紧力获取步骤，根据摩擦块的临界夹持力，计算张紧器的临界张紧力；打滑张紧力获取步骤，通过张紧器的摩擦块以其对应的临界夹持力夹持待测管道，施加悬垂张力至待测管道上以模拟铺管过程中海上悬垂段张力，并通过张紧器逐步施加张紧力至待测管道上，获取张紧器的摩擦块与待测管道发生打滑时待测管道的打滑张紧力；分析步骤，分析比较所述临界张紧力和所述打滑张紧力，判定张紧器施加的张紧力是否合格。2.根据权利要求1所述的海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，其特征在于，在所述打滑张紧力获取步骤之前，还包括如下步骤：拉毛处理步骤，对待测管道的防腐层进行拉毛处理，以增大摩擦块和待测管道表面之间的摩擦系数。3.根据权利要求2所述的海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，其特征在于，如果所述分析步骤中判定张紧器施加的张紧力不合格，跳转至所述拉毛处理步骤。4.根据权利要求2所述的海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，其特征在于，采用防腐层拉毛装置进行拉毛处理，并且，所述防腐层拉毛装置包括：高度调节机构；拉毛机构，设置在所述高度调节机构上，用于在高度调节结构的作用下进行高度位置调节，以调节拉毛机构对待测管道的防腐层进行拉毛的拉毛深度；驱动机构，其动力输出端与所述拉毛机构相连接，用于驱动所述拉毛机构进行转动以实现防腐层的拉毛。5.根据权利要求1至4任一项所述的海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，其特征在于，如果所述分析步骤中判定张紧器施加的张紧力不合格，调整张紧器的滑移支架的支撑角度，以增大张紧器的两组摩擦块之间的夹持角度，并在调整后跳转至所述夹持角度获取步骤。6.根据权利要求1至4任一项所述的海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，其特征在于，所述张紧器的临界张紧力的计算公式为：T1＝μ
·
(2N
u
+2N
l
)，其中，T1为张紧器的临界张紧力，N
u
为上面两个摩擦块的临界夹持力，N
l
为下面两个摩擦块的临界夹持力，μ为摩擦块和待测管道表面之间的摩擦系数。7.根据权利要求1至4任一项所述的海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，如果所述分析步骤中判定张紧器施加的张紧力合格，确定张紧器夹持管道时摩擦块施加的实际夹持力的范围，其满足如下公式：N1≤N
u
，N2≤N
l
，
其中，N1为上面两个摩擦块施加的实际夹持力，N2为下面两个摩擦块施加的实际夹持力，N
u
为上面两个摩擦块施加的临界夹持力，N
l
为下面两个摩擦块施加的临界夹持力。8.根据权利要求1至4任一项所述的海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，其特征在于，在所述分析步骤中，当所述打滑张紧力大于或等于所述临界张紧力时，判定张紧器施加的张紧力合格；否则，判定张紧器施加的张紧力不合格。9.根据权利要求1至4任一项所述的海洋铺管船用张紧器的张力测试方法，其特征在于，在所述打滑张紧力获取步骤中，获取张紧器的摩擦块与待测管道发生打滑时张紧器的驱动装置的扭矩，及待测管道的半径，并利用如下公式计算打滑张紧力；T2＝M
q
·
R，其中，T2为打滑张紧力，M
q
为张紧器的摩擦块与待测管道发生打滑时张紧器的驱动装置的扭矩，R为待测管道的半径。10.一种海洋铺管船用张紧器的张力测...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰新阳，韩延峰，胡知辉，王顺，佟光军，唐彪，施昌威，蓝天，于莉，郭学龙，
申请(专利权)人：中国石油集团海洋工程有限公司，
类型：发明
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