[發明專利]一種海洋臍帶纜渦激振動試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201911149613.0
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110749418A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 郭海燕;安萬博;顧洪祿;李福恒;劉震;白永慶;于沐鑫;賈躍均;于晶晶
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 37247 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 馬千會

本發明屬于流體力學研究技術領域，涉及流體力學試驗的裝置及方法。一種海洋臍帶纜渦激振動試驗裝置，包括：頂張力施加系統和固定系統；所述固定系統包括支架；在所述支架上設有角度及高度調整裝置，所述頂張力施加系統安裝在所述的角度及高度調整裝置上。本發明的裝置及方法，具有的有益效果是：可以實現不同傾斜角度的臍帶纜渦激振動試驗；固定系統對流場不產生影響，保證了施加流場的準確性；張力施加更準確、更穩定，避免模型頂部運動使實驗數據失真。

技術領域

本發明屬于流體力學研究技術領域，涉及流體力學試驗的裝置及方法。

背景技術

臍帶纜作為海洋油氣資源開發重要的附屬連接系統，為水下生產系統提供電纜電力、光纖信號及介質傳輸。海洋臍帶纜處于非常復雜惡劣的環境中，由于臍帶纜本身的大長細比特性和沒有中間支撐的特點，在一定的海流作用下臍帶纜兩側周期性脫落的漩渦產生周期性的作用力，使臍帶纜橫流向和順流向產生渦激振動，從而使得臍帶纜容易發生疲勞破壞，進而導致臍帶纜內部光纖發生破壞，導致通信中斷，嚴重威脅整個油氣的安全生產，造成巨大的經濟損失。

現有技術中，發明專利CN208937285U公開了一種海洋臍帶纜渦激振動試驗裝置。該試驗裝置雖然能夠準確地施加以及讀取頂張力的數值，但是該裝置只能適用于豎直方向管纜，無法模擬真實工況下的海洋管纜與來流方向夾角對渦激振動的影響。除此之外，該試驗裝置通施加頂張力的砝碼盤、砝碼、尼龍繩處于懸空狀態，頂張力施加過程中極易受到外界環境干擾，頂張力施加過程對環境要求較高。

臍帶纜有粘結和非粘結兩種形式。對于非粘結臍帶纜的數值研究和試驗研究都有一定的難度。目前，對于臍帶纜的整體分析一般通過數值模擬的方法將非粘結臍帶纜簡化成粘結型的，未考慮內部摩擦的影響，并且實際工程中結構軸向與來流并不完全垂直，對于海洋管纜與來流方向夾角對渦激振動的影響尚不是很明確。因此，對于非粘結臍帶纜和粘結臍帶纜的試驗模擬以及對傾斜柔性圓柱體渦激振動研究具有重要的意義。在試驗模擬的過程中需要對特定邊界連接方式下的臍帶纜模型精確施加不同的預張力以進行不同方面的研究。

發明內容

為了解決現有技術中臍帶纜渦激振動試驗研究中存在的問題，本發明提供一種海洋臍帶纜渦激振動試驗裝置及方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案為：一種海洋臍帶纜渦激振動試驗裝置，包括：頂張力施加系統和固定系統；所述固定系統包括支架；在所述支架上設有角度及高度調整裝置，所述頂張力施加系統安裝在所述的角度及高度調整裝置上。

所述的角度及高度調整裝置包括底座平臺、頂層平臺、至少一層角度調整平臺，及連接頂層平臺和角度調整平臺的支腿，所述支腿固定在所述支架上，并通過所述支架上開設的豎直排列的若干固定孔調整其高度；所述的角度調整平臺的中部設有一段向下彎曲的圓弧，所述圓弧上設有若干角度調節孔。

所述的頂張力施加系統包括張力絞盤、與張力絞盤連接的鋼絲繩、固定在所述頂層平臺上方的定滑輪及下方的限位滑輪、長螺桿；所述鋼絲繩繞過所述的定滑輪、穿過所述的限位滑輪，與穿過所述角度調節孔的長螺桿連接；所述長螺桿通過螺母與所述角度調整平臺的兩側固定。

所述圓弧以所述限位滑輪的中心為圓心，以限位滑輪中心與角度調整平臺的距離為半徑。

所述角度調節孔以圓心所在豎直軸線為軸左右對稱分布在所述圓弧上。

所述角度調節孔與圓心的連線和豎直軸線的夾角為0-45°。

所述的角度及高度調整裝置還包括底座平臺，所述底座平臺設有滑槽，滑槽內安裝螺栓。

本發明還提供一種海洋臍帶纜渦激振動試驗方法，包括：

根據試驗所需臍帶纜模型傾斜角度將長螺桿穿過相應的角度調節孔；

將臍帶纜模型底端通過萬向鉸與底座平臺的螺栓擰緊固定，