[发明专利]一种深水钻井隔水管与悬挂系统联动试验装置

权利要求书

1.一种深水钻井隔水管与悬挂系统联动试验装置，其特征在于：它包括运动激励系统、悬挂系统、隔水管系统。

所述运动激励系统包含六自由度激励平台，位移传感器，加速度传感器，所述六自由度激励平台用于模拟海洋钻井平台运动。

所述悬挂系统可分为液压缸执行机构与液压系统；所述液压缸执行机构包含液压缸，卡盘，导向固定套，卡块，压盖，短节，万向节，转动法兰，位移传感器，应变片；所述液压系统包含速闭阀，节流阀，二位三通电磁换向阀，溢流阀，单向阀，液压泵，过滤器，PLC控制器，蓄能器，油箱，高性能计算机，压力传感器。所述液压缸由内筒与外筒组成并由所述卡盘固定于所述六自由度激励平台，所述液压缸内筒中空；所述短节上部设有固定凹槽，下部侧面为平面且设有光孔，所述短节无阻挂穿过所述液压缸内筒并由所述导向固定套与所述卡块固定于所述液压缸内筒顶部，所述短节下部由所述万向节与所述转动法兰连接；所述高性能计算机内置控制监测系统，实现对所述运动激励系统、所述悬挂系统与所述隔水管系统的控制与监测；所述PLC控制器可识别所述高性能计算机的信号，用于实时控制与监测液压元件。

所述隔水管系统包含隔水管试验单根，底部总成模型，水体环境，三分力仪传感器，加速度传感器；多根所述隔水管试验单根依次连接组成隔水管串，所述底部总成模型悬挂于隔水管串底部；所述三分力仪传感器与所述加速度传感器呈一定间隔分布于隔水管串，用于监测所述隔水管系统动力学响应信息；所述隔水管系统大部分包含在所述水体环境中，用于模拟实际海洋环境。

2.根据权利要求1所述的一种深水钻井隔水管与悬挂系统联动试验装置，其特征在于：所述导向固定套为U型，底部设有通孔用于穿过所述短节，所述卡块为月牙形，两块组合为圆环并与所述短节凹槽配合，所述导向固定套内径与所述卡块外径相同；所述短节侧面布置有一组所述应变片，一组所述应变片为两个测点，呈90度排布，用于监测应变信息；所述万向节由万向节基体与销轴组成，万向节基体上下均为U型，开口方向相反，切面角度为90度，侧面设有光孔，所述万向节连接短节下部与转动法兰，可实现空间内的转动。

3.根据权利要求1所述的一种深水钻井隔水管与悬挂系统联动试验装置，其特征在于：所述液压泵经液压管线与所述油箱、所述单向阀、所述溢流阀、所述蓄能器连接，并为所述蓄能器提供液压动力源；所述液压缸有杆腔与无杆腔联通形成差动回路并与所述节流阀连接，经所述二位三通电磁换向阀形成两种回路：所述蓄能器、所述二位三通电磁换向阀、所述节流阀、所述液压缸回路用于推动所述液压缸内筒伸出与所述液压缸、所述节流阀、所述二位三通电磁换向阀、所述过滤器、所述油箱回路用于推动所述液压缸内筒缩回；所述速闭阀布置于所述液压缸出口端，所述蓄能器出口端；所述位移传感器用于监测所述液压缸内筒伸出量，所述压力传感器用于监测所述蓄能器、所述液压缸无杆腔与有杆腔压力。

4.根据权利要求1所述的一种深水钻井隔水管与悬挂系统联动试验装置，其特征在于：所述隔水管试验单根与所述底部总成模型设计依据均为动力学相似原理，由工程参数经相同比例缩尺后得到试验模型的动力学参数，动力学方程为：

式中，M为隔水管或底部总成质量，C为隔水管或底部总成阻尼，K为隔水管或底部总成刚度，F为隔水管或底部总成所受合外力，x为隔水管或底部总成位移。

5.根据权利要求1与权利要求4所述的一种深水钻井隔水管与悬挂系统联动试验装置，其特征在于：所述隔水管试验单根设计为多段，顶部设有法兰，底部设有螺纹孔，采用螺钉连接方式组装形成隔水管串，隔水管串顶部与所述转动法兰的连接方式为螺栓连接；所述底部总成模型由配重板组成，所述配重板中心设有通孔，由多块所述配重板排列后经连杆连接在一起，所述底部总成模型顶部设有转接法兰，与隔水管串通过螺钉连接。所述隔水管试验单根与所述底部总成模型具有拆装方便，参数可调的特点。

6.根据权利要求1所述的一种深水钻井隔水管与悬挂系统联动试验装置，其特征在于：由PLC控制器采集布置于所述运动激励系统中的所述位移传感器、所述加速度传感器，布置于所述隔水管系统中的所述三分力仪传感器、所述加速度传感器，布置于所述悬挂系统中的所述位移传感器、所述压力传感器、所述应变片的信号；由PLC控制器控制所述节流阀与所述二位三通电磁换向阀；由所述高性能计算机控制所述六自由度激励平台，同时实现对PLC控制器内的数据读取与指令下发。