[發明專利]均勻流下受預張力的深海立管模型渦激振動模擬試驗裝置

有效

• 申請號: 201110143681.3
• 申請日: 2011-05-31
• 公開（公告）號: CN102323025A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 付世曉;李鯉;李曼;宋斌
• 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: 王毓理

技術領域

本發明涉及的是一種海洋工程技術領域的裝置，具體是一種均勻流下受預張力的深海立管模型渦激振動模擬試驗裝置。

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。由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。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平臺的浮筒和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。

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試驗方法。過模型試驗方法能夠加深對柔性立管渦激振動機理的認識，并提供可靠的立管渦激振動預報途徑和技術。

經過對現有技術文獻的檢索發現，目前的渦激振動試驗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試驗。在第14屆國際近海與極地工程會議“Proceedings?of?the?Fourteen(2004)International?Offshore?and?Polar?Engineering?Conference”中的論文“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，文中提到了一種柔性管件渦激振動模型試驗技術，把柔性立管橫置于水池中，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，該試驗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，尺度效應難以避免；2、受海洋工程水池拖車速度限制，難以有效地進行實雷諾數下的渦激振動試驗；3、受拖曳海洋工程深水池長度的限制，所得到的試驗段距離較小，測得的試驗數據較少。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種均勻流下受預張力的深海立管模型渦激振動模擬試驗裝置，本發明利用拖車和拖曳水池的相對運動模擬不同流速的均勻來流，且能夠對深海立管模型兩端施加預張力，從而實現在實驗室環境下模擬深海立管渦激振動，本發明測試時間長且能夠測試流速高的橫置于拖曳水池中的深海立管模型。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：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、兩個整流罩模塊、兩個壓浪板模塊和測量分析控制模塊，其中：加力模塊設置于第二固定柱模塊內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的底部和第一端部支撐模塊連接，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第二固定柱模塊的加力端固定柱下分段的外表面，兩個壓浪板模塊分別穿過且固定于第一固定柱模塊和第二固定柱模塊外部，測量分析控制模塊設置于拖車上，測量分析控制模塊分別與深海立管模塊、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包括：光纖光柵傳感器、兩個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立管固定接頭連接，兩個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量分析控制模塊連接。深海立管模塊用來模擬實際海洋中的立管。

所述的第一端部支撐模塊包括：整流外伸組件、彈性滑動結構、直線軸承和第一轉動傳感結構，其中：整流外伸組件和彈性滑動結構均與直線軸承連接，彈性滑動結構穿過整流外伸組件且與第一轉動傳感結構連接，第一轉動傳感結構分別與深海立管模塊和測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固定深海立管模塊的一端，并對試驗過程中深海立管模塊發生渦激振動時提供緩沖作用。

所述的整流外伸組件包括：整流板、整流板安裝座、外伸支架和支架連接板，其中：整流板、整流板安裝座、外伸支架和支架連接板依次串聯連接，支架連接板分別與第一固定柱模塊和直線軸承連接。