实验室将紧密围绕海洋工程和海洋油气领域高端制造业的重大技术需求,开展海洋工程装备设计、制造、测试、检测监测方面的应用基础研究,以期达到工业化、国产化的应用目标,突破深水油气开发装备长期依赖进口而制约我国海洋开发战略实施的经济技术瓶颈。主要围绕深水工程技术、水下装备工程技术、深水钻井技术、海洋控制技术、海洋工程结构安装技术等进行了重点建设。目前实验中心的主要实验设备包括:
[1] 海管和立管专用提升设备模拟实验系统
该实验系统主要考虑了铺管船在立管回收及立管安装过程中船舶在波浪中的运动响应及其对立管安装施工过程的影响,对立管提升设备进行安全性实验。同时也可以扩展模拟在各类深水spar,半潜平台在极端海况下锚链的响应。立管专用提升设备模拟实验,能实现立管提升系统在立管回收,立管挂靠平台等安装过程中立管提升设备的安全性能验证,同时可以验证立管安装的相关施工工艺。另外可以扩展为各类船用设备在各种海况作业条件下的安全性能验证。主要包括:(1)立管提升系统或相关船用大型结构设备安全性实验;(2)立管提升系统在立管安装作业过程中的工艺模拟。
[2] 海管和立管J型铺设系统模拟实验系统
J型铺设上管及输送系统,实际上是一个承受重载、技术难度大、结构复杂的大型装置,仅依靠单纯的理论分析计算显然是不够的,有必要进行试验研究,通过试验来发现问题,进而解决问题,为实际的工程应用积累经验。本次实验主要考虑以下主要功能:(1)对波浪条件的模拟;(2)结构框架的模拟;(3)单根管固定以备上管的模拟;(4)上管及输送的模拟;(5)控制系统的模拟;(6)管段焊接前对中的模拟;(7)J型铺设上管及输送过程试验验证;(8)J型铺设上管及输送设备试验验证。实验架由六自由度平台、J型铺管塔、装载臂、传送臂、外部对中器及测量系统。实验架主要设计参数:铺管塔高6m,装载臂长2.4m,轴向运动臂长2.4m,传送滑轮长2.4m。
[3] PLET/PLEM安装辅助设备的室内模拟实验系统
PLET/PLTM安装辅助设备试验系统要求精度和控制要求很高,需要充分考虑PLET/PLTM安装工艺,以及PLET/PLTM安装过程中,各种海况引起的船舶运动对PLET/PLTM安装辅助系统的影响。主要包括以下几方面:(1)PLET安装过程中A字架、PLET倚靠平台和管道挂靠平台的安全性实验;(2)PLET安装过程工艺模拟;(3)PLEM安装过程中A字架,A&R绞车,动滑轮等辅助机具的安全性实验;(4)PLEM安装过程工艺模拟。此外,本实验所购置的各种设备为以后各种船舶类相关试验模拟奠定坚实的基础。实验系统主要参数:(1)PLET模型,PLEM模型,A字架模型,PLET挂靠平台,PLET工作平台,需要场地3米×3米×2米的空间。
[4] 多功能辅助机械臂模拟实验系统
该实验系统主要考虑了深水安装船上的节臂式起重机及A字架模拟实验的基本要求,同时也考虑了水下油气田开发工程中其他深水模拟实验的一些要求。该系统配备相应附件,可实现如下类型模拟实验功能:(1)验证机械臂的适用性;(2)模拟深水水下设备的下放过程,并验证机械臂对安装设备的下放、速度控制、制动等功能; (3)验证升沉补偿系统能否准确及时的消除船体运动对下放设备精确定位的影响;(4)模拟机械臂在下放安装设备的过程中各主要部位的受力情况。实验架主要部分有:(1)多功能机械臂实现360°转向的转动系统;(2)机械臂的伸长与收缩系统;(3)液压与控制系统;(4)升沉补偿系统。实验架主要参数,按1:10缩比后本次多功能机械臂实验的模型尺寸:多功能机械臂;旋转半径0.8-1米;臂架高1.5米;臂架直径0.5米;旋转角度360°。
[5] 海底管线冲刷模拟实验系统
用于海底管线冲刷模拟实验研究,可实现海底管道在海浪运动情况下的泥沙搬运规律及影响因素研究:(1)海底管线冲刷模拟实验研究;(2)管道淘蚀实验;(3)管-土-流体相互作用试验;设备组成:(1)三向加载台(包括加载构架、伺服电机、载荷、位移传感器);(2)实验水槽;(3)水槽设置造流系统;需要大流量水泵和流量控制和稳流装置;(4)实验立管;(5)32通道数据采集与分析器;(6)动态应变仪,加速度传感器等。主要参数:三向加载台设计尺寸4m×3m×3m,实验水槽设计尺寸为2m×2m×30m,实验立管与海管模拟尺寸为φ6cm至φ36cm。
[6] 深层桩基吸附力试验架
该实施方案既主要考虑了深层桩基吸附力模拟实验的基本要求,又考虑了深层桩基桩土耦合模拟实验的一些需求。该实验系统即可以模拟深层地基中桩土、流土的耦合作用及在此作用下的桩基吸附力、桩基贯入、地基沉降、地基穿刺等行为,又可以对海洋结构物安装和运行期间的地基承载力和地基结构变化进行研究。该系统配备相应附件,可实现如下类型模拟实验功能:(1)桩基深度贯入模拟实验;(2)深层地基拔桩模拟实验;(3)双层地基穿刺实验;(4)桩基础长时间固结实验;实验系统主要部分有:(1)实验架主体可调节支撑结构;(2)有机玻璃筒;(3)液压动力系统;(4)实验数据测量检测与采集系统。
[7] 深层桩基基础振动液化实验系统
该系统可以真实地再现各种形式的地震波,观察结构在地震作用下的破坏机理,是目前研究结构抗震性能最直接也是较准确的试验方法。通过研究液化砂土与桩相互作用的一系列振动台模型试验,分析地震荷载作用下可液化土层中桩基水平承载特性衰化的机理。阐明砂土类别、相对密度、地震波形式、模型桩直径的变化以及试验模型尺寸等因素与液化砂土中桩基横向承载特性之间的关系,为建立评价液化砂土中桩基水平承载能力的分析方法提供基本试验依据。主要包括以下几方面:(1)观察结构在地震作用下的破坏机理;(2)液化土层中桩基水平承载特性衰化机理;(3)液化土层中桩基水平承载力分析方法;(4)液化土层中桩基弱化p-y曲线研究;(5)海洋平台结构抗震性能试验研究。实验系统主要部分有:(1)振动台台面;(2) 台面支撑系统;(3)动态电液伺服作动器;(4)振动台控制器;(5)振动台控制计算机及软件;(6)加速度传感器及放大器;(7)液压油源。
[8] 水下井口装置试验系统
用于钻井防喷器、采油(气)树和井口装置,节流和压井管汇等产品的出厂检验,同时能够满足上述产品的功能试验;特别适合井控装备生产厂家做产品生产检测用;同时也适合科研、检测机构作检测设备。主要设计参数:加压范围:0~280MPa;恒压范围:5%~100%FS;试验介质:水或油。主要功能及特点:(1)试验压力高,最高可达400MPa;(2)通过调节驱动空气压力来调节系统压力,调节范围广,压力控制精度高。
[9] 水下生产设施高压舱实验系统
水下生产设施高压舱实验系统用于深水水下生产系统在内外压共同作用下的强度、工作可靠性等实验研究。该系统主要由高压缸筒、内外水压控制系统、实验设备的载荷、位移、应力应变的测控系统、安装附件及起升与安全防护装置等。主要设计参数:高压缸筒内径2400mm,深度3000mm,承压40MPa,最大轴向承载6283t。外压水泵额定压力50MPa,最大流量63L/min,变频调速控制,内压水泵额定压力80MPa,最大流量30L/min,变频调速控制;总功率约110kW。
[10] 深水海底管道与立管监测实验系统
用于深水海底管道与立管监测设备模拟实验研究,可实现海底管道与立管在海浪与平台运动情况下的响应监测测试:具体为: (1)深水立管着陆点监测技术的实验研究;(2)深水立管着陆点监测系统开发;(3)深水海管监测系统开发。本实验系统可共用海底管线冲刷模拟实验系统设备。
[11] 水下生产设施检测监测系统
光纤传感技术是以光波为载体,光纤为传播介质,感知和传输外界的信号并辅以终端解调最终得到外界环境各种变化信息的新型传感技术。其工作原理为:BOTDA基于受激布里渊散射效应,利用泵浦光、探测光和声波的相互作用,使得后向布里渊散射信号不断放大。对泵浦光和探测光的频率差进行连续扫描,可确定光纤不同位置的布里渊频移,从而获得整根光纤的温度、应变分布信息。将光纤固定在水下生产设施上,即可实时获得光纤上每一点的温度和应变分布信息,实现对水下生产设施超长距离的连续在线监测与精确定位。
[12] 立管海管涡激振动模拟实验系统
该系统流体载荷可以实现:稳定来流和缓慢变化流速的非稳定来流;规则波;非规则波;以及波流组合情况。其可以完成如下试验:(1)水平悬跨管道VIV实验;(2)管道在位稳定性试验;(3)悬跨后,管道静动特性变化实验;(4)VIV管道的动响应测定及疲劳应力测定实验。设备组成:(1)水槽两端分别设置造波系统和吸波系统;需要大流量水泵和流量控制和稳流装置;(2)流场参数(速度和压力)测量系统;(3)拖车及其加载控制系统,速度、加速度,以及管道应变测量系统等;(4)数据采集及处理系统;(5)土壤物性参数测定,管道静动特性标定设备等。主要参数:拖车由4个44kW的电机驱动,速度0-10m/s,一般速度控制在1.5m/s以内。水槽试验段尺寸:40m*3m*8m。流量1.5m3/s,限宽2.5m时流速0.75m/s。
[13] 深水水下应急维修的虚拟仿真系统
该系统利用水下生产设施的三维仿真技术,考虑第三方仿真模块的计算模型的集成,形成水下生产设施应急维修虚拟仿真系统,能够模拟典型水下生产设施的应急维修作业过程。该系统采用了分布式体系结构,满足三维仿真顶层设计的要求,各个模块功能独立并采用标准通信协议相互联系,并为今后的功能扩展提供了丰富的接口。该系统含有6个子系统,分别为: (1) 操作子系统,负责生成操作场景的指令;(2)显示子系统,负责实时显示场景动画;(3)通信子系统,负责保障各模块间通信;(4)音频子系统,负责同步输出场景音效;(5)中控子系统,负责控制音、视频信号输出;(6)解算子系统,负责根据操作模块的指令,仿真出相应的视景,同时将视景图像传递给仿真视景模块。
[14] 水下控制系统测试试验台
开发针对电液复合控制系统测试的试验台,用于测试水下控制模块的控制功能和通信功能。试验台由航吊、电力单元、高压液压站、标准接口的SCM安装基座、液压压力仪表盘、中央控制室、工程师站组成。电力单元需要能够输出生产平台标准的交流电压,液压站的输出压力可以根据水下生产控制系统的标准压力进行调节,同时具有连锁保护控制系统。SCM安装基座负责与待测SCM对接,具有安装位置指示功能。安装基座上配置液压动力输入和控制功能输出接口,与液压压力仪表盘连接。中央控制室监控SCM的运行状态,根据油气生产工艺对控制功能的需求发出控制指令。工程师站主要是给SCM进行在线组态。