[發明專利]橫置于拖曳水池中柔性管件模型的渦激振動試驗裝置

有效

• 申請號: 200710043697.0
• 申請日: 2007-07-12
• 公開（公告）號: CN101089578A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發明（設計）人: 楊建民;陳剛;胡志強;姚宗;肖龍飛
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種海洋工程技術領域的試驗裝置，具體地說，涉及的是一種橫置于拖曳水池中柔性管件模型的渦激振動試驗裝置。

背景技術

在海流作用下，懸跨的海底管線、海洋平臺立管和拖纜等柔性管件上會周期性地產生漩渦脫落。這些柔性管件因此承受周期性的激振力，從而出現渦激振動現象。渦激振動將導致柔性管件的阻力系數增加和結構疲勞破壞。在設計海洋柔性管件的時候，管件因渦激振動而導致疲勞破壞將是一個必須考慮的重要因素。

目前，模型試驗是研究柔性管件渦激振動現象最可靠和最主要的研究手段之一。通過模型試驗，可以較為全面的觀測到渦激振動現象及其主要特征，獲得較為可靠的試驗結果。試驗結果可用來效驗理論和數值模型的精度。渦激振動抑振裝置的使用效果在正式投入工程應用前通常都需要由模型試驗來驗證。

實際海洋中流場較為復雜，流速較快。一般長度較小的柔性管件在整個長度范圍內遭受的流場較為均勻，不過雷諾數較高，通常在臨界區內，有些甚至在超臨界區內。一般長度較大的柔性管件在整個長度范圍內遭受均勻流的可能性幾乎為零，流速往往分層對其作用。在某些分層流速段內，這些長度較大的管件所遭受的雷諾數也相當高，有些也要達到超臨界區。在人工水池中，如何實現高雷諾數的管件渦激振動試驗，對于一些長度較大的柔性管件渦激振動，如何實現流速分層，同時還要使得某些分層流速段內的管件所遭受的雷諾數盡可能與實際接近，都是目前渦激振動試驗領域里的技術難題。

國內有學者做過小尺度海洋立管、海底管線和拖纜的渦激振動模型試驗。這些渦激振動模型試驗一般在拖曳水池中完成。在拖曳水池中拖動模型形成均勻流場，產生渦激振動。在國際上，對小尺度管件的渦激振動進行了大量的模型試驗研究，而且近年來也對長度較大的柔性管件的渦激振動進行了一些模型試驗研究。這些試驗，有的在拖曳水池中進行，有的在環形水槽中進行，也有的在海上用拖船拖動立管進行渦激振動模型試驗。所進行的這些試驗，流速沿管件軸向一般為均勻流或剪切流，所實現的最大雷諾數一般與實際相差一個數量級。

經對現有技術文獻進行檢索發現，在ISBN號為1—880653—62—1，ISSN號為1098—6189的“Proceedings?of?The?Fourteenth(2004)InternationalOffshore?and?Polar?Engineering?Conference”(14屆國際近海與極地工程會議論文集)中，論文“Laboratory?Investigation?of?Long?Riser?VIV?Response”(長立管渦激振動響應的實驗研究)是關于柔性管件渦激振動實驗研究的典型論文。文中提到了一種柔性管件渦激振動模型試驗技術，把柔性立管模型橫置于拖曳水池中，立管端部靠從拖車上延伸入水中的支架支持并得到軸向張緊力，拖車拖動立管模型產生均勻流場，用布置于管內的雙軸向加速度傳感器來測量立管運動，在立管端部布置力傳感器來測量整個立管所受的阻力和升力，在立管壁內嵌入光纖布拉格光柵應變傳感器來測量立管壁內的應變量。經分析，該技術的不足之處在于：一，只能造出沿立管軸向為均勻的流場，而實際柔性立管所處的流場多為不均勻的；二，能實現的最大雷諾數較低，跟實際柔性立管所遭受的最大雷諾數相差一個數量級；三，水池長度有限，在車速較高時，所能得到的測試段距離變得很小，所能采到的數據相應變得很少。

發明內容

本發明的目的是解決以往在拖曳水池中完成柔性管件渦激振動模型試驗時存在的上述不足，提供一種流速更高、流速大小能分層、測試段距離更長的橫置于拖曳水池中柔性管件模型的渦激振動試驗裝置。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：管件模型、端部支撐機構、流速增大裝置、橫向試驗支持架、拖車和測量分析系統。連接關系為：管件模型穿過流速增大裝置，管件模型和流速增大裝置均橫置于拖曳水池中，管件模型的兩端靠端部支撐機構支持，橫向試驗支持架把流速增大裝置和端部支撐機構與拖車連接，測量分析系統的各儀器設備分散布置于管件模型、端部支撐機構、流速增大裝置、橫向試驗支持架和拖車之中。

所述的管件模型，當為模擬海洋平臺立管時，其單位長度質量與其單位長度排開水的質量之比為1，以消除由于重力的作用管件模型而產生的下垂。