[发明专利]模拟海底管道抗锚害的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及模拟海底管道的实验装置，特别是一种模拟海底管道抗锚害的实验装 置。

背景技术

随着海上油气运输的不断发展，海底管道得到了广泛应用。在穿越航道的区域，管 道面临的风险主要来源于过往船舶的抛锚作业。海底管道一旦发生破损、泄露，在经济方面 将造成难以估量的损失，对海洋环境的破坏更是无法想象。在以往的跨越航道设计中，通常 采用堆石保护或者深埋的方法来确保管道的安全性，但如果遇到航路很宽且管道又长的情 况，全程采用堆石保护或深埋将大幅度的增加工程成本。因此，对堆石保护结构的设计提出 了较为艰巨的挑战。

Bruce公司采用半透明的合成锂皂石来模拟海床，直接观测锚板在海床中的运动 轨迹和嵌入形态，但此方法与真实情况相差较远。张炜等基于对拖拽锚实验的总结对锚体 进行了结构优化。刘海笑等针对深水锚在海床中复杂动力行为进行了理论研究。闫澍旺等 对碎石保护结构防护海底管线的机理进行了试验研究，但试验未考虑抛锚下落的冲击作用 对锚体在拖拽过程的影响。

随着沿海港口数量和泊位日益增加，船舶吨位越来越大，外加海上恶劣天气等突 发因素的影响，紧急抛锚作用也越来越频繁。现有的规范已不能完全满足新型工程装备的 需求。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可模拟抛锚和拖锚的连续过 程，更加真实地模拟锚体在海床上的运动轨迹的模拟海底管道抗锚害的实验装置。

为了解决上述技术问题，本发明模拟海底管道抗锚害的实验装置予以实现的技术 方案是：

本发明一种模拟海底管道抗锚害的实验装置，它包括抛锚架，所述的抛锚架通过 导轨滑块结构滑动连接在模型槽的顶面上，在所述抛锚架上固定有横梁，在所述的横梁上 开有一排螺纹孔，在所选下落方向的一个螺纹孔内螺纹连接有沿竖直方向设置的丝杠，在 所述的丝杠下端固定有电磁式开关，在所述的电磁式开关打开时吸附有实验锚，在所述的 模型槽内下部中间设置有由碎石填充形成的倒梯形堆石保护层，在所述的堆石保护层左右 两侧的模型槽内铺设有与堆石保护层顶面高度一致的海砂，海砂顶面以上的模型槽的材料 采用钢化玻璃，在所述的堆石保护层内埋置有海底管道，在所述海底管道的管壁上设置有 电阻式应变片传感器，所述的电阻式应变片传感器通过导线与数据采集系统相连，在与抛 锚架相对的一端的模型槽内壁上安装有支撑板并且在该端的模型槽上安装有伺服电机拖 拽系统，在所述的支撑板上安装有上下间隔设置的两个定滑轮，所述实验锚的锚杆与钢丝 绳的一端固定相连，在所述的钢丝绳中部连接有拉力传感器，所述的拉力传感器用于测量 锚体在运动过程中钢丝绳拉力的变化，所述的钢丝绳的另一端经过两个定滑轮调节拖锚过 程中钢丝绳与水平面的夹角后与安装在伺服电机拖拽系统的转动输出端上的丝轮固定相 连，在所述模型槽的玻璃槽壁上沿水平方向间隔贴有刻度标尺。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

应用本发明装置，可模拟抛锚和拖锚的连续过程，更加真实地模拟锚体在海床上 的运动轨迹，从而得知锚体在海床上运动姿态的特点和受力特点为海底管道的安全铺设提 供一定参考。锚体下落到海床上，大约经过3倍的锚体长度开始进入抓底过程。

本发明的伺服电机拖拽系统加设了滑轮调节装置，可调节钢丝绳与水平面的夹 角，而且电机采用变频电机，可调节拖锚的速度。

附图说明

图1是本发明模拟海底管道抗锚害的实验装置的结构示意图；

图2是图1所示的装置中的滑轮调节装置示意图；

图3是锚体运动轨迹示意图；

图中：

1抛锚架2实验锚3横梁4丝杠5钢丝绳6模型槽

7海底管道8伺服电机拖拽系统9堆石保护层10数据采集系统

11拉力传感器12丝轮13定滑轮14支撑板15刻度标尺

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。