[發明專利]橫置柔性管渦激流振動實驗裝置

在審

• 申請號: 201510340381.2
• 申請日: 2015-06-18
• 公開（公告）號: CN105319041A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 陳正壽
• 申請（專利權）人: 浙江海洋學院
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明涉及的是一種海洋工程技術領域的實驗裝置，具體地說，涉及的是一種橫置柔性管渦激流振動實驗裝置。

背景技術

在海流作用下，懸跨的海底管線、海洋平臺立管或拖纜等柔性管件上會周期性地產生漩渦脫落。漩渦脫落是流體橫向流過圓柱體時，在圓柱體背面的兩側交替產生旋渦，且在脫離后形成旋渦尾流的現象。產生旋渦的原因是流體受阻后動能和壓能相互轉換，且壓強沿圓柱體周向及邊界層的厚度方向發生變化，邊界層外部流體的較大壓強作用迫使邊界層內部壓強較小的質點向相反方向流動，從而使邊界層增厚，形成旋渦，然后從圓柱體表面脫離，旋渦隨著流速增大被拉長后消失。渦激流振動將導致柔性管件的阻力系數增加和結構疲勞破壞。在設計海洋柔性管件的時候，管件因渦激流振動而導致疲勞破壞將是一個必須考慮的重要因素。目前，實驗手段是研究柔性管件渦激流振動現象最主要的研究手段。通過模型實驗，可以較為全面的觀測到渦激流振動現象及其主要特征，獲得較為可靠的實驗結果，從而對實際工程中可能出現的渦激流振動及抑振裝置等進行實驗驗證。公開日為2007年12月19日，公開號為CN101089578A的中國專利文件公開了一種橫置于拖曳水池中柔性管件模型的渦激振動試驗裝置，包括管件模型、端部支撐機構、流速增大裝置、橫向試驗支持架、拖車和測量分析系統，管件模型穿過流速增大裝置，管件模型和流速增大裝置均橫置于拖曳水池中，管件模型的兩端靠端部支撐機構支持，橫向試驗支持架把流速增大裝置和端部支撐機構與拖車連接，測量分析系統的各儀器設備分散布置于管件模型、端部支撐機構、流速增大裝置、橫向試驗支持架和拖車之中。這種試驗裝置主要解決了在流速分層的流場中柔性管件渦激流振動的試驗問題，但該裝置只能對單一管件進行試驗，不能進行實際工程中常見的多管件狀態下渦激流振動的模型實驗；另一方面，由于海流在流動過程中通常存在波動，而前述不能模擬海流的波動，因此其試驗結果與實際情形存在較大的差別，降低了試驗的精確程度。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術的拖曳水池柔性管件渦激流振動實驗只能進行單管實驗，不能進行實際工程中常見的多管件狀態下渦激流振動的模型實驗問題，提供一種橫置柔性管渦激流振動實驗裝置，可以解決多管件狀態下的渦激流振動模型實驗問題。

本發明的另一目的是解決現有技術的拖曳水池柔性管件渦激流振動試驗裝置不能模擬海水波動，試驗結果與實際情形存在較大的差別的問題，提供一種可以模擬海水波動的橫置柔性管渦激流振動實驗裝置，其試驗結果與實際情形存在更為接近，提高了實驗數據的準確度。

本發明為實現上述目的所采用的具體技術方案是，一種橫置柔性管渦激流振動實驗裝置，包括測試管及用于拉動測試管的拖曳車及測控系統，所述的測試管為四根，橫向分兩層設置，每層測試管為兩根且上下對應，拖曳車兩側分別設有可放入拖曳池的拖曳臂，所述拖曳臂包括左拖曳臂與右拖曳臂，左拖曳臂與右拖曳臂下端部均設有測試管安裝板，安裝板上設有上下兩個固定孔及分別與固定孔處于同一水平線上的上下兩條長槽，四根測試管的左端通過萬向節分別固定在左側安裝板上的兩個固定孔及兩條長槽內，四根測試管的右端通過萬向節及張緊機構分別設置在右側安裝板上的兩個固定孔及兩條長槽內，四根測試管的中心軸線在一個長方體的四條相互平行的棱邊上；所述測控系統包括測試管拉力傳感器、測試管剪力傳感器、測試管應變傳感器及車速控制裝置，測試管拉力傳感器及剪力傳感器均設置在測試管的右端部，測試管應變傳感器設置在測試管的管壁上。本發明的橫置柔性管渦激流振動實驗裝置設置有四根測試管（即柔性管的模擬管），四根測試管分上下兩層設置，同一水平面上的測試管間距可以通過長槽加以調節；張緊機構可以使測試管保持一定的張力，并可以方便地調節這種張力的大小；剪力傳感器及應變傳感器用于檢測測試管在實驗狀態下的渦激流振動數據。由于本發明的裝置測試管兩側剪力對稱，因此僅在一側設置剪力傳感器。本發明的實驗裝置可以模擬在同一水平面上不同間距的柔性管之間的渦激流振動情況，得到準確的多管件狀態下渦激流振動實驗數據，并通過計算機進行數據分析處理得出實驗結果，從而解決了現有技術的拖曳水池柔性管件渦激流振動實驗只能進行單管實驗，不能進行實際工程中常見的多管件狀態下渦激流振動的模型實驗問題。