[發(fā)明專利]均勻流下受預(yù)張力的深海立管列陣模型渦激模擬試驗(yàn)裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110143672.4
• 申請(qǐng)日: 2011-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN102279085A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付世曉;陳鎣;楊建民;汪學(xué)峰;彭濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M7/02
• 分類號(hào): G01M7/02;G01M10/00
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理

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，具體是一種均勻流下受預(yù)張力的深海立管列陣模型渦激模擬試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

根據(jù)流體力學(xué)知識(shí)，將柱狀結(jié)構(gòu)物置于一定速度的來(lái)流當(dāng)中，其兩側(cè)會(huì)發(fā)生交替瀉渦。與漩渦的生成和瀉放相關(guān)聯(lián)，柱體會(huì)受到橫向和流向的脈動(dòng)壓力。如果此時(shí)柱體是彈性支撐的，那么脈動(dòng)流體力會(huì)引發(fā)柱體的振動(dòng)，柱體的振動(dòng)反過(guò)來(lái)又會(huì)改變其尾流結(jié)構(gòu)。這種流體結(jié)構(gòu)物相互作用的問(wèn)題稱為渦激振動(dòng)。深海立管常常以列陣的形式出現(xiàn)，各立管由于彼此接近，相互之間會(huì)有水動(dòng)力干擾，導(dǎo)致更為復(fù)雜的渦激振動(dòng)。例如在海流的作用下，懸置于海中的海洋平臺(tái)立管、拖纜、海底管線、spar平臺(tái)的浮筒、系泊纜索等柔性管件上會(huì)出現(xiàn)渦激振動(dòng)現(xiàn)象，將會(huì)導(dǎo)致柔性管件的疲勞破壞。

目前為止，對(duì)柔性管件渦激振動(dòng)現(xiàn)象的研究最重要的方法之一就是模型試驗(yàn)方法。通過(guò)模型試驗(yàn)方法可以加深對(duì)柔性立管渦激振動(dòng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，并提供可靠的立管渦激振動(dòng)預(yù)報(bào)途徑和技術(shù)。為了使試驗(yàn)中模擬的現(xiàn)象更加接近于自然界中的真實(shí)情況，必須采用先進(jìn)的試驗(yàn)裝置。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前的渦激振動(dòng)測(cè)試裝置一般只能安裝單根立管。在第14屆國(guó)際近海與極地工程會(huì)議“Proceedings?of?the?Fourteen(2004)International?Offshore?and?Polar?Engineering?Conference”中的論文“Laboratory?Investigation?of?Long?Riser?VIV?Response”(長(zhǎng)立管渦激振動(dòng)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究)是關(guān)于柔性管件渦激振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究的，文中提到了一種柔性管件渦激振動(dòng)模型測(cè)試技術(shù)，把柔性立管橫置于拖曳水池中，拖車拖動(dòng)立管模型產(chǎn)生均勻流場(chǎng)。用布置在立管內(nèi)部的加速度傳感器來(lái)測(cè)量立管的運(yùn)動(dòng)，在立管壁內(nèi)布置光柵測(cè)量立管壁內(nèi)的應(yīng)變量。經(jīng)分析，該測(cè)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(dòng)，尺度效應(yīng)難以避免；2、受海洋工程水池拖車速度限制，難以有效的進(jìn)行實(shí)雷諾數(shù)下的渦激振動(dòng)測(cè)試；3、受拖曳海洋工程深水池長(zhǎng)度的限制，所得到的測(cè)試段距離較小，測(cè)得的測(cè)試數(shù)據(jù)較少；4、只能進(jìn)行單根立管模型的渦激振動(dòng)試驗(yàn)，難以進(jìn)行兩根甚至多根立管列陣的渦激振動(dòng)試驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種均勻流下受預(yù)張力的深海立管列陣模型渦激模擬試驗(yàn)裝置，本發(fā)明利用拖車和拖曳水池的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模擬不同流速的均勻來(lái)流，且能夠?qū)ι詈Ａ⒐芰嘘嚹Ｐ蛢啥耸┘宇A(yù)張力，從而實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬深海立管列陣渦激振動(dòng)，本發(fā)明測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)且能夠測(cè)試流速高的橫置于拖曳水池中的深海立管模型。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括：若干個(gè)深海立管模塊、第一端部支撐模塊、第二端部支撐模塊、第一固定柱模塊、第二固定柱模塊、加力模塊、兩個(gè)整流罩模塊、兩個(gè)壓浪板模塊和測(cè)量分析控制模塊，其中：加力模塊設(shè)置于第二固定柱模塊內(nèi)部且與第二端部支撐模塊連接，第二固定柱模塊分別與拖車一側(cè)的底部和第二端部支撐模塊連接，第一固定柱模塊分別與拖車另一側(cè)的底部和第一端部支撐模塊連接，若干個(gè)深海立管模塊兩端分別與第二端部支撐模塊和第一端部支撐模塊連接，兩個(gè)整流罩模塊的整流罩邊板分別固定于第一固定柱模塊的下部外表面和加力端固定柱下分段的外表面，兩個(gè)壓浪板模塊分別穿過(guò)且固定于第一固定柱模塊和第二固定柱模塊外部，測(cè)量分析控制模塊設(shè)置于拖車上，測(cè)量分析控制模塊分別與若干個(gè)深海立管模塊、第一端部支撐模塊、第二端部支撐模塊和加力模塊連接。

所述的深海立管模塊的個(gè)數(shù)大于等于2。

所述的深海立管模塊包括：光纖光柵傳感器、兩個(gè)立管固定接頭和深海立管模型，其中：光纖光柵傳感器沿深海立管模型表面軸向均勻布置，深海立管模型兩端分別與兩個(gè)立管固定接頭連接，兩個(gè)立管固定接頭分別與第二端部支撐模塊和第一端部支撐模塊連接，光纖光柵傳感器與測(cè)量分析控制模塊連接。深海立管模塊用來(lái)模擬實(shí)際海洋中的立管。

所述的第一端部支撐模塊包括：整流外伸組件、彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)、直線軸承和若干個(gè)非加力端轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)，其中：直線軸承分別與整流外伸組件和彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)連接，彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)穿過(guò)整流外伸組件且分別與若干個(gè)非加力端轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)連接，若干個(gè)非加力端轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)分別與若干個(gè)深海立管模塊一一對(duì)應(yīng)連接，若干個(gè)非加力端轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)和測(cè)量分析控制模塊連接，整流外伸組件與第一固定柱模塊連接。第一端部支撐模塊用來(lái)固定若干個(gè)深海立管模塊的一端，并對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中若干個(gè)深海立管模塊發(fā)生渦激振動(dòng)時(shí)提供緩沖作用。