[發(fā)明專利]一種面外均勻流下測(cè)量細(xì)長(zhǎng)立管動(dòng)力響應(yīng)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410714234.2
• 申請(qǐng)日: 2014-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN104458174A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾亞東;林易;馬磊鑫;朱一飛;付世曉;歐紹武;蔡曦;石茜
• 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
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋工程領(lǐng)域，具體地涉及一種面外均勻流下測(cè)量細(xì)長(zhǎng)立管動(dòng)力響應(yīng)，同時(shí)監(jiān)測(cè)渦激振動(dòng)(VIV)的實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

在風(fēng)浪流的作用下，海洋浮式結(jié)構(gòu)物將帶動(dòng)懸鏈線立管在水中作周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而在立管運(yùn)動(dòng)方向上產(chǎn)生相對(duì)振蕩來(lái)流，這種振蕩來(lái)流將激勵(lì)立管懸垂段發(fā)生“間歇性”的渦激振動(dòng)。近幾年來(lái)，隨著深海石油系統(tǒng)的開發(fā)，工程上開始大量采用懸鏈?zhǔn)搅⒐堋Ｉ钏h(huán)境中的立管可視為細(xì)長(zhǎng)柔性結(jié)構(gòu)，此時(shí)小變形理論不再適用，這使得立管的渦激振動(dòng)問題更加突出，因此對(duì)于細(xì)長(zhǎng)柔性立管頂部平臺(tái)作用下的整體渦激振動(dòng)響應(yīng)特性的分析是其能否應(yīng)用于工程實(shí)踐的關(guān)鍵所在。

以往預(yù)報(bào)細(xì)長(zhǎng)海洋結(jié)構(gòu)物的渦激振動(dòng)危害最常用的方法是數(shù)值計(jì)算SHEAR7、VIVA、VIVANA，這種通過理論公式來(lái)預(yù)測(cè)荷載和響應(yīng)的方法至今仍具有很大的不確定性。目前為止，對(duì)柔性管渦激振動(dòng)現(xiàn)象的研究最重要的方法之一就是模型試驗(yàn)方法。模型試驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象更接近于自然界的真實(shí)情況。通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索，立管模型試驗(yàn)一般在拖曳海洋工程深水池中進(jìn)行，有的在環(huán)形水槽中進(jìn)行，有的用拖船拖動(dòng)立管進(jìn)行渦激振動(dòng)的測(cè)試。發(fā)表于“Applied?Ocean?Research(2013)”43刊中的論文“Exper?iments?with?a?stee?l?catenary?riser?model?in?a?towing?tank”(拖曳水池中的細(xì)長(zhǎng)柔性立管模型實(shí)驗(yàn)),在拖曳水池中通過運(yùn)行與立管相連接的車廂來(lái)模擬立管周圍的穩(wěn)定流場(chǎng)，在立管上安裝微型加速度測(cè)量?jī)x監(jiān)測(cè)立管的狀態(tài)。分析此種測(cè)試技術(shù)，發(fā)現(xiàn)其不足點(diǎn)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(dòng)，難以有效地進(jìn)行實(shí)雷諾數(shù)下的渦激振動(dòng)測(cè)試??2、不易于布置立管周圍的水下監(jiān)控設(shè)備，在進(jìn)行緩波型立管模型測(cè)試時(shí)不能調(diào)節(jié)立管的形狀??3、不能進(jìn)行一定流速下的強(qiáng)迫振蕩實(shí)驗(yàn)??4、在實(shí)驗(yàn)中安裝立管過程較復(fù)雜??5、不能有效模擬海洋平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種面外均勻流下測(cè)量細(xì)長(zhǎng)立管動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試裝置，旨在分析旨在分析細(xì)長(zhǎng)柔性立管在90度水平均勻流作用下的整體渦激振動(dòng)響應(yīng)特性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種均勻流下測(cè)量細(xì)長(zhǎng)立管動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試裝置，包括深海立管模塊、頂部邊界模塊、底部邊界模塊、固定模塊、頂部滑動(dòng)模塊、底部滑動(dòng)模塊和測(cè)量分析控制模塊，所述深海立管模塊兩端分別與頂部邊界模塊和底部邊界模塊相連接，所述固定模塊與頂部邊界模塊和頂部滑動(dòng)模塊相連接，所述深海立管模塊分別與固定模塊，頂部滑動(dòng)模塊和底部滑動(dòng)模塊成90度夾角，所述頂部滑動(dòng)模塊還連接有拖車底部固定端，且頂部滑動(dòng)模塊所處平面與拖車運(yùn)動(dòng)方向平行，所述測(cè)量分析控制模塊分別與深海立管模塊、頂部邊界模塊、底部邊界模塊、固定模塊、頂部滑動(dòng)模塊、底部滑動(dòng)模塊相連接，所述底部滑動(dòng)模塊與所述底部邊界模塊相連接，所述深海立管模塊包括深海立管模型和光纖傳感器，所述光纖傳感器設(shè)置在所述深海立管模型上，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，且所述立管模型所在平面與底部固定軌道所在平面成90夾角，所述的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(wàn)向節(jié)固定板，第一萬(wàn)向節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，第二萬(wàn)向節(jié)固定板，第一三分力儀固定板，第一三分力儀，第一調(diào)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，兩者所在平面成90度夾角，所述頂部夾具底板與所述頂部夾具外緣固接，所述頂部夾具底板與通過螺絲與所述第一墊板相連，所述第一萬(wàn)向節(jié)固定板與第一墊板和第一萬(wàn)向節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置相連接，所述第一萬(wàn)向節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置與第一萬(wàn)向節(jié)固定板和第二萬(wàn)向節(jié)固定板固接，所述第二萬(wàn)向節(jié)固定板和三分力儀固定板一側(cè)連接，所述三分力儀固定板的另一側(cè)和三分力儀連接，所述三分力儀的末端與第一調(diào)整組件相連接，所述第一調(diào)整組件的另一側(cè)固接在第一楔塊上，所述的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(wàn)向節(jié)固定板，第二萬(wàn)向節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，第四萬(wàn)向節(jié)固定板，第二三分力儀固定板，第二三分力儀和底部固定板，所述底部夾具外緣通過螺絲Ⅰ與所述深海立管模型相連接，兩者所在平面成90度夾角，所述底部夾具底板與所述底部夾具外緣固接，所述底部夾具底板與第二墊板固接，所述第三萬(wàn)向節(jié)固定板與第二墊板和第二萬(wàn)向節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置相連接，所述第二萬(wàn)向節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置與第三萬(wàn)向節(jié)固定板和第四萬(wàn)向節(jié)固定板固接，所述第四萬(wàn)向節(jié)固定板和第二三分力儀固定板一側(cè)連接，所述三分力儀固定板的另一側(cè)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，所述固定模塊包括整流罩，垂直固定板和垂直固定塊，所述的頂部滑動(dòng)模塊包括第一動(dòng)力組件，第一法蘭裝置，第一滑塊，第一導(dǎo)鏈，第一滑動(dòng)軌道和第一支撐架，所述的垂直固定板安裝在第一滑塊上，所述垂直固定板上滑動(dòng)安裝有垂直固定塊，兩側(cè)分別安裝有整流罩，所述垂直固定塊與第一楔塊相固接，所述第一動(dòng)力組件通過第一法蘭裝置與第一滑動(dòng)軌道相連接，所述第一動(dòng)力組件的旋轉(zhuǎn)軸通過第一導(dǎo)鏈連接至第一滑塊上，所述第一滑塊滑動(dòng)支撐在第一滑動(dòng)軌道上，并且與垂直固定板相連接，所述底部滑動(dòng)模塊包括小假底面板，面板補(bǔ)板，面板連接塊，第二動(dòng)力組件，第二法蘭裝置，第二滑塊，第二導(dǎo)鏈，第二滑動(dòng)軌道和第二支撐架，所述小假底面板的底端連接在底部固定板上，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(bǔ)板相連接，所述面板補(bǔ)板焊接在第二滑塊上，所述第二動(dòng)力組件通過第二法蘭裝置與第二滑動(dòng)軌道相連接，所述第二動(dòng)力組件的旋轉(zhuǎn)軸通過第二導(dǎo)鏈連接至第二滑塊上，所述第二滑塊滑動(dòng)支撐在第二滑動(dòng)軌道上，且第二滑動(dòng)軌道與小假底面板成90度夾角。