[發明專利]雙向剪切流下斜置立管的渦激振動旋轉測試裝置

有效

• 申請號: 201010552000.4
• 申請日: 2010-11-19
• 公開（公告）號: CN102012306A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 楊建民;李琳;付世曉;任鐵
• 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 31201
• 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裝置，具體是一種斜置于海洋工程深水池中柔性管件模型在雙向剪切流下的渦激振動旋轉檢測裝置。

背景技術

根據流體力學知識，將柱狀結構物置于一定速度的來流當中，其兩側會發生交替瀉渦。與漩渦的生成和瀉放相關聯，柱體會受到橫向和流向的脈動壓力。如果此時柱體是彈性支撐的，那么脈動流體力會引發柱體的振動，柱體的振動反過來又會改變其尾流結構。這種流體結構物相互作用的問題稱為渦激振動。例如在海流的作用下，懸置于海中的海洋平臺立管、拖纜、海底管線、spar平臺的浮筒、系泊纜索等柔性管件上會出現渦激振動現象，將會導致柔性管件的疲勞破壞。

于海洋油氣開采向深水推進，深水環境中的立管可視為細長柔性結構，小變形理論不再適用，這使得立管的渦激振動問題更加突出。目前為止，對柔性管件渦激振動現象的研究最重要的方法之一就是模型測試方法。測試中模擬的現象更加接近于自然界中的真實情況，采用先進的測試裝置可以保證測試數據的可靠性。通過模型測試的方法可以設計出更好的抑制海洋立管渦激振動的抑振裝置。

經過對現有技術的檢索發現，目前的渦激振動測試裝置一般在拖曳海洋工程深水池中進行，有的在環形水槽中進行，有的用拖船拖動立管進行渦激振動測試。在第14屆國際近海與極地工程會議“Proceedings?of?the?Fourteen(2004)International?Offshore?and?PolarEngineering?Conference”中的論文“Laboratory?Investigation?of?Long?Riser?VIVResponse”(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，文中提到了一種柔性管件渦激振動模型測試技術，把柔性立管橫置于拖曳水池中，拖車拖動立管模型產生均勻流場。用布置在立管內部的加速度傳感器來測量立管的運動，在立管壁內布置光柵測量立管壁內的應變量。經分析，該測試技術的不足之處在于：1.一般只能模擬小尺度管件的渦激振動，難以有效的進行實雷諾數下的渦激振動測試。2.受拖曳海洋工程深水池長度的限制，所得到的測試段距離較小，測得的測試數據較少。3.一般只能模擬均勻流場中立管的渦激振動，不能模擬階梯流場中立管的渦激振動。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種雙向剪切流下斜置立管的渦激振動旋轉測試裝置，能夠模擬大型實際尺寸立管、雙向剪切流場、測試時間更長的斜置于海洋工程深水池中柔性管件模型的渦激振動旋轉檢測裝置。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：立管模型機構、測量分析系統平臺模塊、驅動模塊、頂部懸臂模塊、圓筒軸分段模塊、底部懸臂模塊和底部支撐模塊，其中：立管模型通過特殊設計的固定端固定在頂部懸臂模塊與底部懸臂模塊之間，通過垂直置于海洋工程深水池中的圓筒軸分段模塊將底部支撐模塊、驅動模塊、頂部懸臂模塊垂直連接，底部支撐模塊通過高強度螺栓固定在水池鋼制升降底上，通過驅動模塊帶動圓筒軸和懸臂梁旋轉，測量分析系統平臺模塊的各測量儀器分散布置于管件模型、頂部懸臂模塊、底部懸臂模塊之中。

所述的立管模型機構包括：立管模型、萬向節、三分力傳感器、滑動軸、連接板、立管固定接頭、直線軸承、緩沖彈簧和立管固定座，其中：第一立管固定接頭的兩端分別與立管模型的頂端和第一萬向節的一端相連，第一萬向節的另一端固定設置于固定設置于立管固定座上，第二立管固定接頭的兩端分別與立管模型的底端和第二萬向節的一端相連，第二萬向節的另一端固定設置于三分力傳感器上，直線軸承分別與滑動軸和緩沖彈簧相連。

所述的驅動模塊包括：變速齒輪箱、電機、傳遞齒輪、驅動軸、驅動齒輪，其中：電機與變速齒輪箱相連接，變速齒輪箱與驅動軸相連接，驅動軸與驅動齒輪相連接，電機、變速齒輪箱、驅動齒輪、驅動軸分別固定設置于可調節支撐底座上實現封裝。可調節支撐底座安裝于海洋工程深水池拖車的鋼架上。

所述的變速齒輪箱的減速比為40∶1；所述的該齒輪傳動機構的減速比為7。

所述的頂部懸臂模塊包括：斜拉鎖、第一懸臂、斜撐、頂部懸臂圓筒軸，其中：第一懸臂上部使用斜拉鎖和頂部懸臂圓筒軸相連接，為第一懸臂提供預應力，第一懸臂下部使用斜撐和頂部懸臂圓筒軸相連接，第一懸臂的末端將與立管模型機構中的固定裝置連接，數據線通過試件的末端和第一懸臂進入圓筒軸，然后通過頂部懸臂圓筒軸向上連接到測量分析系統平臺模塊。