[發(fā)明專利]剪切流下斜置立管的渦激振動旋轉(zhuǎn)測試裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010552029.2
• 申請日: 2010-11-19
• 公開（公告）號: CN102053000A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付世曉;楊建民;任鐵;李潤培
• 申請（專利權(quán)）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(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種斜置于海洋工程深水池中柔性立管模型在剪切流下的渦激振動旋轉(zhuǎn)測試裝置。

背景技術(shù)

根據(jù)流體力學，將柱狀結(jié)構(gòu)物置于一定速度的來流當中，其兩側(cè)會發(fā)生交替瀉渦。與漩渦的生成和瀉放相關(guān)聯(lián)，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(fā)柱體的振動，柱體的振動反過來又會改變其尾流結(jié)構(gòu)。這種流體結(jié)構(gòu)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(xiàn)渦激振動現(xiàn)象，將會導致柔性管件的疲勞破壞。

由于海洋油氣開采向深水推進，深水環(huán)境中的立管可視為細長柔性結(jié)構(gòu)，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(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)的可靠性。通過模型測試的方法可以設(shè)計出更好的抑制海洋立管渦激振動的抑振裝置。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，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(huán)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(yīng)的測試研究)是關(guān)于柔性管件渦激振動測試研究的，文中提到了一種柔性管件渦激振動模型測試技術(shù)，把柔性立管橫置于拖曳水池中，拖車拖動立管模型產(chǎn)生均勻流場。用布置在立管內(nèi)部的加速度傳感器來測量立管的運動，在立管壁內(nèi)布置光柵測量立管壁內(nèi)的應(yīng)變量。經(jīng)分析，該測試技術(shù)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(shù)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(shù)據(jù)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(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種剪切流下斜置立管的渦激振動旋轉(zhuǎn)測試裝置，能夠模擬實際尺寸立管、不同流剖面剪切流場、且可以長時間置于海洋工程深水池中進行柔性立管模型的渦激振動旋轉(zhuǎn)測試。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括：立管模型機構(gòu)、測量分析系統(tǒng)平臺模塊、驅(qū)動模塊、頂部懸臂模塊、圓筒軸分段模塊、底部立管固定模塊和底部支撐模塊，其中：立管模型機構(gòu)固定設(shè)置于頂部懸臂模塊和底部立管固定模塊之間，圓筒軸分段模塊垂直置于海洋工程深水池中并分別與底部支撐模塊、驅(qū)動模塊和頂部懸臂模塊和底部立管固定模塊垂直連接，底部支撐模塊固定設(shè)置于海洋工程深水池的升降底上，驅(qū)動模塊與圓筒軸分段模塊相連接并輸出動力，頂部懸臂模塊上部與驅(qū)動模塊或者圓筒軸分段模塊相連，下部與圓筒軸分段模塊相連，測量分析系統(tǒng)平臺模塊分別與立管模型、頂部懸臂模塊以及底部立管固定模塊相連并接收檢測數(shù)據(jù)。

所述的立管模型機構(gòu)包括：立管模型、萬向節(jié)、三分力傳感器、滑動軸、立管固定接頭、直線軸承、緩沖彈簧和立管固定座，其中：三分力傳感器設(shè)置于立管模型的頂端，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(jié)的一端相連，第一萬向節(jié)的另一端固定設(shè)置于固定設(shè)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(jié)的一端相連，第二萬向節(jié)的另一端固定設(shè)置于三分力傳感器上，直線軸承與滑動軸相連，直線軸承和緩沖彈簧相連。

所述的立管模型的單位長度質(zhì)量與其單位長度排開水的質(zhì)量之比為1∶1。

所述的測量分析系統(tǒng)平臺模塊包括：測量單元、水下錄像單元、計算單元和無線傳輸單元，其中：計算單元設(shè)置于海洋工程深水池的拖車機房內(nèi)并與無線傳輸單元相連接以傳輸水下錄像單元和測量單元輸出的無線測量信號，計算單元實時地對接收到的無線測量信號進行存儲和處理。