[發明專利]均勻流及平臺運動下隔水管井口系統動力響應試驗裝置

在審

• 申請號: 201910272471.0
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN110031166A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 許玉旺;付世曉;任桐鑫;張智奇;張萌萌;付雪鵬;李帥
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G01M10/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明提供一種均勻流及平臺運動下隔水管井口系統動力響應試驗裝置，包含頂部運動模塊、張緊器模塊、隔水管端部固定模塊、隔水管模型、導管和土壤模擬模塊、底部運動模塊以及測量分析模塊。通過頂部運動模塊與底部運動模塊的水平導軌帶動模擬均勻流運動；通過頂部運動模塊的豎直導軌運動模擬平臺運動；通過張緊器模塊和頂部運動模塊的豎直導軌實現對實驗自變量的精細調節和準確測量；通過測量分析模塊得到立管的應變數據，得到均勻流和平臺運動共同作用下立管的渦激振動響應特性。本發明結構輕便，易于拆裝，實驗過程中預張力調節方便，測量數據精準，能夠真實模擬均勻流和平臺運動共同作用下的隔水管井口耦合系統的渦激振動響應。

技術領域

本發明涉及海洋工程技術領域，具體是一種模擬均勻流和平臺運動共同作用下，隔水管-井口耦合系統的動力響應特性的實驗裝置。

背景技術

隨著人類對海洋資源開發的日益深入，海洋工程逐步向深水推進，尤其以隔水管為代表的海洋結構物的動力響應問題重新受到人們的關注。隔水管是海洋鉆井平臺上用以隔離海水、支撐各種管線的部件，有著復雜的幾何結構，同時每一部分都有著不同的物理參數。考慮到頂部平臺的運動、背景洋流、渦激振動(VIV)以及立管與泥土的相互作用等因素，隔水管在現實的海洋環境中的動力響應特征將會非常復雜。此外，隔水管受到頂管運動所引起的大幅度凹陷彎曲，將使間歇性的渦激振動更容易被觸發。

關于隔水管系統，已經有很多試驗方面的研究，但是目前的實驗裝置普遍存在以下不足：(1)由于實驗裝置的復雜性，通常僅僅研究平臺運動和背景洋流的影響，很少考慮泥土的作用(2)工況相對實際情況而言十分單一，不能較好地對實際情況中的工作立管的渦激振動進行精準預測；(3)立管應變測量誤差較大導致后續運算出現較大偏差。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種均勻流及平臺運動下隔水管井口系統動力響應試驗裝置。

根據本發明提供的一種均勻流及平臺運動下隔水管井口系統動力響應試驗裝置，包括頂部運動模塊、張緊器模塊、隔水管端部固定模塊、隔水管模型、導管土壤模擬模塊、底部運動模塊、測量分析模塊；隔水管模型上部通過隔水管端部固定模塊與張緊器模塊相連接，隔水管模型下部通過隔水管端部固定模塊與導管土壤模擬模塊相連接；隔水管模型、張緊器模塊、導管土壤模擬模塊受頂部運動模塊、底部運動模塊驅使運動，模擬隔水管-井口耦合系統在均勻流場和平臺運動下的動力響應；測量分析模塊分別與所述隔水管模型、頂部運動模塊、底部運動模塊以及隔水管端部固定模塊相連并接收檢測數據。

優選地，頂部運動模塊包括數控水平運動導軌和數控豎直運動導軌，數控水平運動導軌和數控豎直運動導軌上分別設置有滑塊，數控水平運動導軌、數控豎直運動導軌結合所述滑塊能夠模擬平臺升沉運動和均勻流的共同作用。

優選地，所述張緊器模塊包括內套筒、外套筒和壓縮彈簧；壓縮彈簧套在內套筒上，內套筒的上部通過連接件與頂部運動模塊相連，內套筒的下部被壓縮彈簧壓縮并置于外套筒中；外套筒的下部與隔水管端部固定模塊相連；內套筒與外套筒的相對位置能夠調節。

優選地，隔水管端部固定模塊包括萬向節和隔水管夾具；萬向節使隔水管模型能在空間內轉動，但不能沿隔水管模型的軸向扭轉；隔水管夾具將隔水管模型夾緊后通過螺絲與三分力儀相連。

優選地，隔水管模型是復合管材，從外到內依次是熱縮管、PVC管及銅芯電纜。

優選地，導管土壤模擬模塊包括導管模擬和土壤模擬；導管模擬通過導管模型實現，土壤模擬通過四個方向上的拉伸彈簧實現；導管的上部設置有重物塊，所述重物塊能夠模擬防噴器裝置，重物塊的上端連接第一萬向節，導管模型的下端通過第二萬向節與底部十字支架連接；拉伸彈簧的末端與單分力儀鉤掛，單分力儀通過標準螺絲固定在底部十字支架上。

優選地，底部運動模塊包括底部水平導軌和小假底；小假底通過一個或多個連接壓塊與底部水平導軌連接，小假底放置在水池底部，保證實驗裝置的整體穩定。