[發明專利]均勻流下頂端可運動深海立管列陣模型渦激振動試驗裝置

有效

• 申請號: 201110219639.5
• 申請日: 2011-08-02
• 公開（公告）號: CN102305697A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 付世曉;周青;李鯉
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01M7/06
• 分類號: G01M7/06;G01M10/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及的是一種海洋工程技術領域的裝置，具體地涉及一種均勻流下頂端可運動深海立管列陣模型渦激振動試驗裝置。

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。深海立管常常以列陣的形式出現，各立管由于彼此接近，相互之間會有水動力干擾，導致更為復雜的渦激振動。例如在海流或海洋平臺的運動的作用下，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。

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。通過模型試驗方法可以加深對柔性立管渦激振動機理以及海洋平臺的運動對立管的渦激振動的影響的認識，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，目前的渦激振動測試裝置一般只能安裝單根立管。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，難以有效的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，所得到的測試段距離較小，測得的試驗數據較少。4、不能進行強迫振蕩試驗。5、不能模擬平臺的運動，從而研究平臺的運動對立管渦激振動的影響。6、只能進行單根立管模型的渦激振動試驗，難以進行兩根甚至多根立管列陣的渦激振動試驗。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種均勻流下頂端可運動深海立管列陣模型渦激振動試驗裝置，本發明利用垂直軌道模塊與水平軌道模塊以及拖車和拖曳水池的相對運動模擬不同流速的來流，從而實現在實驗室環境下模擬深海立管列陣渦激振動。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列陣模型，也可以進行深海立管列陣模型的往復振蕩測試。

根據本發明的一個方面，提供一種均勻流下頂端可運動深海立管列陣模型渦激振動試驗裝置，其特征在于，包括多個深海立管模塊、頂部支撐模塊、底部支撐模塊、兩個垂直軌道模塊、水平軌道模塊、四個電機模塊、四個整流罩模塊和測量分析控制模塊，其中，兩個所述垂直軌道模塊分別與所述水平軌道模塊的底部、頂部支撐模塊、以及底部支撐模塊連接，所述水平軌道模塊與兩個所述垂直軌道模塊的頂部連接，所述深海立管模塊的兩端分別與所述頂部支撐模塊和所述底部支撐模塊連接，四個所述整流罩模塊的整流罩邊板分別穿過且固定于兩個所述垂直軌道模塊的外部，每個所述垂直軌道模塊上有兩個所述整流罩模塊，所述測量分析控制模塊通過導線分別與所述深海立管模塊、頂部支撐模塊、底部支撐模塊、以及四個電機模塊連接，四個所述電機模塊分為兩組，其中的兩個所述電機模塊安裝在所述水平軌道模塊上來控制兩個所述垂直軌道模塊的運動，剩余的兩個所述電機模塊分別安裝在兩個所述垂直軌道模塊的頂部上來控制兩個所述垂直軌道模塊上的所述滑塊的運動，從而控制所述頂部支撐模塊和底部支撐模塊運動；所述深海立管模塊包括光纖光柵傳感器、兩個立管固定接頭、以及立管模型，其中，所述光纖光柵傳感器沿所述立管模型表面軸向均勻布置，所述立管模型兩端分別與兩個所述立管固定接頭連接，兩個所述立管固定接頭分別與所述頂部部支撐模塊和所述底部支撐模塊連接，所述光纖光柵傳感器與所述測量分析控制模塊連接，其中，所述深海立管模塊的個數為兩個以上，所述多個深海立管模塊構成深海立管模塊列陣。

這時根據頂部支撐模塊、底部支撐模塊以及兩個垂直軌道模塊的運動狀態，可以將研究的問題分為以下幾類：