[發明專利]垂直強迫振蕩下的深海細長立管的動力響應測試裝置

有效

• 申請號: 201410692140.X
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104406753B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 馬磊鑫;陳逸凡;付世曉;林易;歐紹武;蔡曦
• 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

本發明屬于海洋工程領域，具體地涉及一種垂直強迫振蕩下的深海細長立管的動力響應測試裝置。

背景技術

在風浪流的作用下，海洋浮式結構物將帶動懸鏈線立管在水中作周期性往復運動，從而在立管運動方向上產生相對振蕩來流，這種振蕩來流將激勵立管懸垂段發生“間歇性”的渦激振動。近幾年來，隨著深海石油系統的開發，工程上開始大量采用懸鏈式立管。深水環境中的立管可視為細長柔性結構，此時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，因此對于細長柔性立管頂部平臺作用下的整體渦激振動響應特性的分析是其能否應用于工程實踐的關鍵所在。

以往預報細長海洋結構物的渦激振動危害最常用的方法是數值計算SHEAR7、VIVA、VIVANA，這種通過理論公式來預測荷載和響應的方法至今仍具有很大的不確定性。目前為止，對柔性管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。模型試驗中觀察到的現象更接近于自然界的真實情況。通過對現有技術的檢索，立管模型試驗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的測試。發表于“Applied Ocean Research(2013)”43刊中的論文“Experiments with a steel catenary riser model in a towing tank”(拖曳水池中的細長柔性立管模型實驗),在拖曳水池中通過運行與立管相連接的車廂來模擬立管周圍的穩定流場，在立管上安裝微型加速度測量儀監測立管的狀態。分析此種測試技術，發現其不足點在于：1、考慮到拖曳水池的深度，一般只能模擬小尺度管件的渦激振動，難以有效地進行實雷諾數下的渦激振動測試2、不易于布置立管周圍的水下監控設備，在進行緩波型立管模型測試時不能調節立管的形狀3、不能進行一定流速下的強迫振蕩實驗4、在實驗中安裝立管過程較復雜5、不能有效模擬海洋平臺的運動。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種垂直強迫振蕩下的深海細長立管的動力響應測試裝置，旨在分析細長柔性立管頂部平臺作用下的整體渦激振動響應特性。

為解決上述技術問題，本發明的實施例提供一種垂直強迫振蕩下的深海細長立管的動力響應測試裝置，包括深海立管模塊，頂部邊界模塊，底部邊界模塊，頂部垂向滑動模塊，頂部滑動模塊，底部固定模塊，測量分析控制模塊，所述頂部邊界模塊通過螺絲和深海立管模塊相連接，所述頂部邊界模塊固定在頂部垂向滑動模塊上，所述底部邊界模塊通過螺絲Ⅰ和深海立管模塊相連接，所述底部固定模塊上焊接有底部固定板，所述底部固定板頂部垂向滑動模塊中的一端安裝在頂部滑動模塊上，底部固定模塊的底端連接在底部邊界模塊上，拖車上放置測量分析控制模塊，所述深海立管模塊包括深海立管模型，光纖傳感器，所述光纖傳感器設置在深海立管模型上，所述深海立管模型的頂端和頂部邊界模塊相連接，所述深海立管模型的底部和底部邊界模塊相連接,所述頂部邊界模塊包括頂部夾具外緣，螺絲，頂部夾具底板，第一墊板，第一萬向節固定板，第一萬向節轉動裝置，第二萬向節固定板，第一三分力儀固定板，第一三分力儀，第一調整組件，第一楔塊，所述頂部夾具外緣通過螺絲和深海立管模型相連接，兩者在同一平面內，所述頂部夾具底板與頂部夾具外緣固接，所述頂部夾具底板與第一墊板用螺絲相連接，所述第一萬向節固定板與第一墊板和第一萬向節轉動裝置相連接，所述第一萬向節轉動裝置與第一萬向節固定板和第二萬向節固定板固接，所述第二萬向節固定板和三分力儀固定板一側連接，所述三分力儀固定板的另一側和三分力儀連接，所述三分力儀的末端與第一調整組件相連接，所述第一調整組件的另一側固接在第一楔塊上，所述底部邊界模塊包括底部夾具外緣，螺絲Ⅰ，底部夾具底板，第二墊板，第三萬向節固定板，第二萬向節轉動裝置，第四萬向節固定板，第二三分力儀固定板，第二三分力儀，底部固定板，所述底部夾具外緣通過螺絲Ⅰ和深海立管模型相連接，兩者在同一平面內，所述底部夾具底板與底部夾具外緣固接，所述底部夾具底板與第二墊板固接，所述第三萬向節固定板與第二墊板和第二萬向節轉動裝置相連接，所述第二萬向節轉動裝置與第三萬向節固定板和第四萬向節固定板固接，所述第四萬向節固定板和第二三分力儀固定板一側連接，所述三分力儀固定板的另一側和三分力儀連接，所述三分力儀的末端與底部固定板相連接，所述底部固定模塊包括第一動力組件，第一法蘭裝置，第一連接塊，第一導鏈，頂部固定軌道，第一支撐架，所述第一動力組件通過第一法蘭裝置與頂部固定軌道相連接，所述第一動力組件的旋轉軸通過第一導鏈連接至第一連接塊上，所述第一連接塊固接在頂部固定軌道上，并且與頂部垂向滑動模塊上的垂直滑動軌道相連接，所述第一支撐架固接在測量分析控制模塊上，使其可以連動，所述的底部固定模塊包括小假底面板，面板補板，面板連接塊，第二動力組件，第二法蘭裝置，第二連接塊，第二導鏈，底部固定軌道，第二支撐架，所述小假底面板的底端連接在底部邊界模塊中的底部固定板上，所述面板連接塊焊接在小假底面板的正下方，并與兩塊面板補板相連接，面板補板焊接在第二連接塊上，所述第二動力組件通過第二法蘭裝置與底部固定軌道相連接，第二動力組件的旋轉軸通過第二導鏈連接至第二連接塊上，所述第二連接塊固接在底部固定軌道上，第二支撐架支撐在水池假底上，所述頂部垂向滑動模塊包括第三動力組件，第三法蘭裝置，整流罩，頂部垂向滑動軌道和垂直滑動塊；所述垂直滑動軌道安裝在底部固定模塊的第一連接塊上，其上滑動安裝有垂直滑動塊，兩側分別安裝有整流罩，所述的垂直滑動塊與頂部邊界模塊中的第一楔塊相固接，所述第三動力組件通過第三法蘭裝置與垂直滑動軌道相連接，所述第三動力組件的旋轉軸通過第一導鏈連接至垂直滑動塊上，垂直滑動塊滑動支撐在頂部垂向滑動軌道上，頂部垂向滑動軌道與底部固定模塊上的第一連接塊相連接，所述第三動力組件通過第三法蘭裝置與頂部垂向滑動軌道相連接。