海缆弯曲限制器全性能测试体系

Posted 2021-04-28 青岛海洋工程水下设备检测公司

一、海缆弯曲限制器简介

海缆弯曲限制器是用来保护柔性线缆，防止线缆在安装以及使用的过程中在载荷的作用下产生过度弯曲或折弯。弯曲限制器由多个互锁元件组成，互锁元件包括聚合物元件、金属元件及混合元件，当弯曲限制器受到外部载荷时，互锁元件就会锁在一起，使弯曲限制器具有一定的锁定弯曲半径（大于等于线缆的最小弯曲半径），从而限制线缆的进一步弯曲。        

图1 弯曲限制器

二、测试依据

海缆弯曲限制器的测试主要依据表1的标准，并考虑功能载荷、环境载荷、突发载荷等因素。

表1 参考标准

序号	参考标准
1	API RP 17A Design and Operation of Subsea Production  Systems—General Requirements and Recommendations
2	API SPEC 17E Specification for Subsea Umbilicals
3	API SPEC 17L1 Specification for Flexible Pipe Ancillary  Equipment
4	API RP 17L2 Recommended Practice for Flexible Pipe  Ancillary Equipment
5	ISO 13628-1 Petroleum and natural gas industries—Design  and operation of subsea production systems Part 1: General requirements and recommendations
6	ISO 13628-5 Petroleum and natural gas industries—Design  and operation of subsea production systems Part 5: Subsea umbilicals

表2 设计载荷

序号	设计载荷	载荷内容
1	功能载荷 Functional Loads	1）静水压力 2）在空气或水中由弯曲限制器自重引起的载荷 3）由柔性线缆的重量引起的载荷 4）用于连接半壳体和连接弯曲限制器元件到支撑结构上的紧固件引起的载荷 5）锁紧时，由柔性线缆传递到弯曲限制器的负载（剪切力和弯矩） 6）界面结构产生的静态接触载荷
2	环境载荷 Environmental Loads	在重复锁紧期间，从柔性线缆传输到弯曲限制器的载荷（导致相邻元件间的间歇冲击力） 注：只针对动态弯曲限制器
3	突发载荷 Accidental Loads	柔性线缆的突发载荷会影响其配置，进而影响弯曲限制器，如下： 1）管道内部压力过大导致泄露 2）应用的船舶舱室损坏或意外浸水 3）应用的船舶推进器失效 4）应用的船舶动力定位失效 5）锚线的失效 6）应用的FPSO转塔驱动系统故障

三、测试项目

海缆弯曲限制器的测试项目主要包括材料测试、工厂验收测试、原型测试，如表3所示。材料测试主要针对弯曲限制器的材料开展性能测试，检验其材料的性能指标；工厂验收测试主要针对弯曲限制器在完成加工制造准备出厂时的整体性能测试，检验其元件的匹配度等指标；原型测试主要针对弯曲限制器在投入使用过程中的载荷工况测试，检验其整体可靠性指标。

表3 海缆弯曲限制器测试项目

序号	测试类别	测试项目
1	材料测试 Materials Tests	耐磨性 Abrasion Resistance
2		压缩特性 Compressive  Properties
3		密度 Density
4		硬度 Hardness
5		热变形温度 Heat Distortion  Temperature
6		冲击强度 Impact Strength
7		剪切特性 Shear Properties
8		拉伸特性 Tensile Properties
9	工厂验收测试 Factory Acceptance Tests	尺寸测量 Dimensional  Measurement
10		装配与组装测试 Fit-up and  Assembly Test
11		自由锁紧半径测量 Measurement  of Free-locking Radius
12		外观检查 Visual  Examination
13	原型测试 Prototype Tests	负载验证测试 Proof Load  Testing
14		破坏性测试 Destructive  Testing

四、测试案例

国家海洋设备质量检测中心（山东）水下设备实验室受不同单位机构委托完成了海缆弯曲限制器性能测试，已形成全套的检测能力，典型测试项目如下：

1.极限弯矩测试

测试弯曲限制器在锁紧状态下时，缓慢施加至弯曲载荷，直至弯曲限制器整体发生失效；测试使用的设备是液压油缸试验系统，得到弯曲限制器试样所能承受的极限弯矩载荷。极限弯矩测试如图2所示。

图2 极限弯矩测试

2.导轮弯曲测试

测试弯曲限制器在导轮指定曲率半径下弯曲锁紧状态时的稳定性；测试使用的设备是导轮试验系统，得到弯曲限制器试样弯曲锁紧时的可靠性情况。导轮弯曲测试如图3所示。

图3 导轮弯曲测试

3.耐侧压测试

测试弯曲限制器在侧面施加压力的作用下，整体结构所产生的变形量；测试使用的设备是微机控制电液伺服压力试验机，可以得到弯曲限制器试样所施加压力与变形量的时程曲线。耐侧压测试如图4所示。

图4 耐侧压测试

4.剪切测试

测试弯曲限制器分别在不同的法向压力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪切力，可以得到其剪切破坏时剪应力；测试使用的设备是液压油缸试验系统，可以得到弯曲限制器试样所能承受的破坏剪应力。剪切测试如图5所示。

图5 剪切测试

5. 热变形温度测试

测试弯曲限制器的材料在高温且受压力作用下，能否保持不变的外形，并以热变形温度来表示材料的短期耐热性；测试使用的设备是热变形、维卡软化点温度测定仪，可以得到弯曲限制器试样的负载变形温度。热变形温度测试如图6所示。

图6 热变形温度测试

6.冲击测试

测试弯曲限制器在受外力冲撞或作用时的稳定可靠性。使用的测试设备是简支梁冲击试验机，可以得到弯曲限制器试样在受冲击时的冲击韧性。冲击测试如图7所示。

图7 冲击测试

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