專利名稱：均勻流下受預(yù)張力的深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種均勻流下受預(yù)張力的深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
根據(jù)流體力學(xué)知識(shí)，將柱狀結(jié)構(gòu)物置于一定速度的來(lái)流當(dāng)中，其兩側(cè)會(huì)發(fā)生交替瀉渦。與漩渦的生成和瀉放相關(guān)聯(lián)，柱體會(huì)受到橫向和流向的脈動(dòng)壓力。如果此時(shí)柱體是彈性支撐的，那么脈動(dòng)流體力會(huì)引發(fā)柱體的振動(dòng)，柱體的振動(dòng)反過(guò)來(lái)又會(huì)改變其尾流結(jié)構(gòu)。 這種流體結(jié)構(gòu)物相互作用的問(wèn)題稱為渦激振動(dòng)。由于海洋油氣開采向深水推進(jìn)，深水環(huán)境中的立管可視為細(xì)長(zhǎng)柔性結(jié)構(gòu)，小變形理論不再適用，這使得立管的渦激振動(dòng)問(wèn)題更加突出。例如在海流的作用下，懸置于海中的海洋平臺(tái)立管、拖纜、海底管線、spar平臺(tái)的浮筒和系泊纜索等柔性管件上會(huì)出現(xiàn)渦激振動(dòng)現(xiàn)象，將會(huì)導(dǎo)致柔性管件的疲勞破壞。目前為止，對(duì)柔性管件渦激振動(dòng)現(xiàn)象的研究最重要的方法之一就是模型試驗(yàn)方法。過(guò)模型試驗(yàn)方法能夠加深對(duì)柔性立管渦激振動(dòng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，并提供可靠的立管渦激振動(dòng)預(yù)報(bào)途徑和技術(shù)。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前的渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置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)試驗(yàn)。在第 14 屆國(guó)際近海與極地工程會(huì)議"Proceedings of the Fourteen (2004) International Offshore and Polar Engineering Conference，，中白勺論文"Laboratory Investigation of Long Riser VIV Response”(長(zhǎng)立管渦激振動(dòng)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究)是關(guān)于柔性管件渦激振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究的，文中提到了一種柔性管件渦激振動(dòng)模型試驗(yàn)技術(shù)，把柔性立管橫置于水池中， 拖車拖動(dòng)立管模型產(chǎn)生均勻流場(chǎng)。用布置在立管內(nèi)部的加速度傳感器來(lái)測(cè)量立管的運(yùn)動(dòng)， 在立管壁內(nèi)布置光柵測(cè)量立管壁內(nèi)的應(yīng)變量。經(jīng)分析，該試驗(yàn)技術(shù)的不足之處在于1、一般只能模擬小尺度管件的渦激振動(dòng)，尺度效應(yīng)難以避免；2、受海洋工程水池拖車速度限制，難以有效地進(jìn)行實(shí)雷諾數(shù)下的渦激振動(dòng)試驗(yàn)；3、受拖曳海洋工程深水池長(zhǎng)度的限制，所得到的試驗(yàn)段距離較小，測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種均勻流下受預(yù)張力的深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置，本發(fā)明利用拖車和拖曳水池的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模擬不同流速的均勻來(lái)流，且能夠?qū)ι詈Ａ⒐苣Ｐ蛢啥耸┘宇A(yù)張力，從而實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬深海立管渦激振動(dòng)，本發(fā)明測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)且能夠測(cè)試流速高的橫置于拖曳水池中的深海立管模型。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括深海立管模塊、第一端部支撐模塊、第二端部支撐模塊、第一固定柱模塊、第二固定柱模塊、加力模塊、兩個(gè)整流罩模塊、兩個(gè)壓浪板模塊和測(cè)量分析控制模塊，其中加力模塊設(shè)置于第二固定柱模塊內(nèi)部且與第二端部支撐模塊連接，第二固定柱模塊分別與拖車一側(cè)的底部和第二端部支撐模塊連接，第一固定柱模塊分別與拖車另一側(cè)的底部和第一端部支撐模塊連接，深海立管模塊兩端分別與第二端部支撐模塊和第一端部支撐模塊連接，兩個(gè)整流罩模塊的整流罩邊板分別固定于第一固定柱模塊的下部外表面和第二固定柱模塊的加力端固定柱下分段的外表面，兩個(gè)壓浪板模塊分別穿過(guò)且固定于第一固定柱模塊和第二固定柱模塊外部，測(cè)量分析控制模塊設(shè)置于拖車上，測(cè)量分析控制模塊分別與深海立管模塊、第一端部支撐模塊、第二端部支撐模塊和加力模塊連接。所述的深海立管模塊包括光纖光柵傳感器、兩個(gè)立管固定接頭和深海立管模型， 其中光纖光柵傳感器沿深海立管模型表面軸向均勻布置，深海立管模型兩端分別與兩個(gè)立管固定接頭連接，兩個(gè)立管固定接頭分別與第二端部支撐模塊和第一端部支撐模塊連接，光纖光柵傳感器與測(cè)量分析控制模塊連接。深海立管模塊用來(lái)模擬實(shí)際海洋中的立管。所述的第一端部支撐模塊包括整流外伸組件、彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)、直線軸承和第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)，其中整流外伸組件和彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)均與直線軸承連接，彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)穿過(guò)整流外伸組件且與第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)連接，第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)分別與深海立管模塊和測(cè)量分析控制模塊連接，整流外伸組件與第一固定柱模塊連接。第一端部支撐模塊用來(lái)固定深海立管模塊的一端，并對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中深海立管模塊發(fā)生渦激振動(dòng)時(shí)提供緩沖作用。所述的整流外伸組件包括整流板、整流板安裝座、外伸支架和支架連接板，其中 整流板、整流板安裝座、外伸支架和支架連接板依次串聯(lián)連接，支架連接板分別與第一固定柱模塊和直線軸承連接。所述的彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)包括前支撐板、滑動(dòng)軸、緩沖彈簧和后支撐板，其中緩沖彈簧套在滑動(dòng)軸外部且分別與后支撐板和直線軸承連接，后支撐板、滑動(dòng)軸、前支撐板和第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)依次串聯(lián)連接。所述的第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)包括傳感器和萬(wàn)向節(jié)，其中傳感器分別與彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)、萬(wàn)向節(jié)和測(cè)量分析控制模塊連接，萬(wàn)向節(jié)與深海立管模塊連接。所述的第二端部支撐模塊包括整流軌道固定組件、第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)、滑動(dòng)組件和齒輪組件，其中整流軌道固定組件與滑動(dòng)組件活動(dòng)連接，整流軌道固定組件分別與齒輪組件連接，齒輪組件分別與第二固定柱模塊和加力模塊連接，第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)分別與滑動(dòng)組件、深海立管模塊和測(cè)量分析控制模塊連接。第二端部支撐模塊用來(lái)固定深海立管模塊的另一端，并對(duì)深海立管模塊施加預(yù)張力。所述的整流軌道固定組件包括整流板、整流板安裝座、軌道模塊、同步傳輸盒模塊、水平傳動(dòng)軸模塊和導(dǎo)軌連接塊，其中整流板、整流板安裝座、軌道模塊和同步傳輸盒模塊依次串聯(lián)連接，水平傳動(dòng)軸模塊通過(guò)導(dǎo)軌連接塊與軌道模塊連接，軌道模塊和水平傳動(dòng)軸模塊均與齒輪組件連接，軌道模塊與滑動(dòng)組件活動(dòng)連接。所述的轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)包括傳感器和萬(wàn)向節(jié)，其中傳感器分別與滑動(dòng)組件、萬(wàn)向節(jié)和測(cè)量分析控制模塊連接，萬(wàn)向節(jié)與深海立管模塊連接。所述的滑動(dòng)組件包括滑塊機(jī)構(gòu)、滑塊連接板和立管固定支座，其中滑塊機(jī)構(gòu)、 滑塊連接板和立管固定支座依次串聯(lián)連接，滑塊機(jī)構(gòu)和立管固定支座分別與整流軌道固定組件和第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)連接。所述的齒輪組件包括箱體支座、齒輪箱和支撐斜齒輪，其中齒輪箱通過(guò)箱體支座與整流軌道固定組件連接，支撐斜齒輪設(shè)置于齒輪箱內(nèi)部且與整流軌道固定組件連接，齒輪箱和支撐斜齒輪分別與第二固定柱模塊和加力模塊連接。所述的第一固定柱模塊垂直于拖車和拖曳水池池底且分別與拖車、第一端部支撐模塊、整流罩模塊和壓浪板模塊連接。非加力端安裝柱模塊為深海立管模塊提供固定支撐作用。所述的第二固定柱模塊垂直于拖車和拖曳水池池底，該第二固定柱模塊包括加力端固定柱上分段和加力端固定柱下分段，其中加力端固定柱上分段分別與拖車和加力端固定柱下分段連接，加力端固定柱下分段與第二端部支撐模塊連接，加力端固定柱上分段和加力端固定柱下分段分別與整流罩模塊和壓浪板模塊固定連接。第二固定柱模塊為深海立管模塊提供固定支撐作用。所述的加力模塊包括伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、傳動(dòng)軸模塊和驅(qū)動(dòng)斜齒輪，其中 伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、傳動(dòng)軸模塊和驅(qū)動(dòng)斜齒輪依次串聯(lián)連接，減速器和傳動(dòng)軸模塊均與第二固定柱模塊連接，驅(qū)動(dòng)斜齒輪和伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別與第二端部支撐模塊和測(cè)量分析控制模塊連接。加力模塊為深海立管模塊提供預(yù)張力。所述的整流罩模塊由固定連接的整流罩外殼和整流罩邊板組成。所述的整流罩外殼呈機(jī)翼型剖面，該結(jié)構(gòu)能夠大大減小整個(gè)試驗(yàn)裝置運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的阻力和興波。所述的壓浪板模塊包括水平板、壓浪邊板和蓋板，其中水平板分別與壓浪邊板和蓋板連接，水平板和蓋板分別與第一固定柱模塊和第二固定柱模塊連接。壓浪板模塊能夠壓制第一固定柱模塊和第二固定柱模塊在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的波浪，防止水溢出拖曳水池。所述的測(cè)量分析控制模塊包括光纖數(shù)據(jù)采集單元、力數(shù)據(jù)采集單元和預(yù)張力控制單元，其中光纖數(shù)據(jù)采集單元與深海立管模塊連接，力數(shù)據(jù)采集單元分別與第一端部支撐模塊和第二端部支撐模塊連接，預(yù)張力控制單元與加力模塊連接，光纖數(shù)據(jù)采集單元、力數(shù)據(jù)采集單元和預(yù)張力控制單元均設(shè)置于拖車上。所述的光纖數(shù)據(jù)采集單元和力數(shù)據(jù)采集單元含有實(shí)時(shí)采集分析軟件，能夠記錄和分析試驗(yàn)中深海立管模型的應(yīng)變和受力。預(yù)張力控制單元能夠控制施加在深海立管模型兩端的預(yù)張力。所述的整流板上部設(shè)有若干個(gè)固定孔和貫穿孔，整流板安裝座通過(guò)該固定孔與整流板連接，深海立管模塊穿過(guò)貫穿孔。第一端部支撐模塊的整流板和第二端部支撐模塊的整流板呈對(duì)稱布置，以減少邊界對(duì)流程的干擾。所述拖車和拖曳水池均為已有試驗(yàn)設(shè)施，拖車能夠?qū)崿F(xiàn)雙向的不同速度下的勻速直線運(yùn)動(dòng)，拖曳水池裝一定深度的水，為海底深海立管模型提供水環(huán)境，二者相對(duì)運(yùn)動(dòng)即可模擬不同流速的均勻流。本發(fā)明能夠安裝大尺度深海立管模型，從而避免尺度效應(yīng)，能夠充分利用拖車的高速來(lái)模擬大尺度深海立管模型實(shí)雷諾數(shù)渦激振動(dòng)。本發(fā)明能夠充分利用拖曳水池的長(zhǎng)度，進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)試，獲得的更長(zhǎng)更穩(wěn)定的測(cè)試數(shù)據(jù)。本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，安裝和拆卸均非常方便。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的斜視圖。圖3為深海立管模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為第一端部支撐模塊側(cè)視圖。圖5為第一端部支撐模塊仰視圖。圖6為第二端部支撐模塊側(cè)視圖。圖7為整流板示意圖。圖8為第一固定柱模塊示意圖，其中圖(a)為連接結(jié)構(gòu)示意圖，圖(b)為后視圖。圖9為第二固定柱模塊示意圖，其中圖(a)為連接結(jié)構(gòu)示意圖，圖(b)為側(cè)視圖。圖10為加力模塊示意圖。圖11為整流罩模塊示意圖。圖12為壓浪板模塊示意圖。圖13為測(cè)量分析控制模塊系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1如圖1和圖2所示，本實(shí)施例包括深海立管模塊1、第一端部支撐模塊2、第二端部支撐模塊3、第一固定柱模塊4、第二固定柱模塊5、加力模塊6、兩個(gè)整流罩模塊7、兩個(gè)壓浪板模塊8和測(cè)量分析控制模塊9，其中加力模塊6設(shè)置于第二固定柱模塊5內(nèi)部且與第二端部支撐模塊3連接，第二固定柱模塊5分別與拖車10 —側(cè)的底部和第二端部支撐模塊3連接，第一固定柱模塊4分別與拖車10另一側(cè)的底部和第一端部支撐模塊2連接，深海立管模塊1兩端分別與第二端部支撐模塊3和第一端部支撐模塊2連接，兩個(gè)整流罩模塊7的整流罩邊板50分別固定于第一固定柱模塊4的下部外表面和第二固定柱模塊5的加力端固定柱下分段44的外表面，兩個(gè)壓浪板模塊8分別穿過(guò)且固定于第一固定柱模塊4 和第二固定柱模塊5外部，測(cè)量分析控制模塊9設(shè)置于拖車10上，測(cè)量分析控制模塊9分別與深海立管模塊1、第一端部支撐模塊2、第二端部支撐模塊3和加力模塊6連接。如圖1和圖3所示，所述的深海立管模塊1包括光纖光柵傳感器12、兩個(gè)立管固定接頭13和深海立管模型14，其中光纖光柵傳感器12沿深海立管模型14表面軸向均勻布置，深海立管模型14兩端分別與兩個(gè)立管固定接頭13連接，兩個(gè)立管固定接頭13分別與第二端部支撐模塊3和第一端部支撐模塊2連接，光纖光柵傳感器12與測(cè)量分析控制模塊9連接。深海立管模塊1用來(lái)模擬實(shí)際海洋中的立管。如圖1、圖4和圖5所示，所述的第一端部支撐模塊2包括整流外伸組件15、彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)16、直線軸承17和第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)18，其中整流外伸組件15和彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu) 16均與直線軸承17連接，彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)16穿過(guò)整流外伸組件15且與第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu) 18連接，第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)18分別與深海立管模塊1和測(cè)量分析控制模塊9連接，整流外伸組件15與第一固定柱模塊4連接。第一端部支撐模塊2用來(lái)固定深海立管模塊1的一端，并對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中深海立管模塊1發(fā)生渦激振動(dòng)時(shí)提供緩沖作用。
所述的整流外伸組件15包括整流板19、整流板安裝座20、外伸支架21和支架連接板22，其中整流板19、整流板安裝座20、外伸支架21和支架連接板22依次串聯(lián)連接， 支架連接板22分別與第一固定柱模塊4和直線軸承17連接。所述的彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)16包括前支撐板23、滑動(dòng)軸24、緩沖彈簧25和后支撐板 26，其中緩沖彈簧25套在滑動(dòng)軸M外部且分別與后支撐板沈和直線軸承17連接，后支撐板26、滑動(dòng)軸24、前支撐板23和第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)18依次串聯(lián)連接。所述的第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)18包括傳感器27和萬(wàn)向節(jié)觀，其中傳感器27分別與彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)16、萬(wàn)向節(jié)觀和測(cè)量分析控制模塊9連接，萬(wàn)向節(jié)觀與深海立管模塊1連接。如圖1和圖6所示，所述的第二端部支撐模塊3包括整流軌道固定組件四、第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)30、滑動(dòng)組件31和齒輪組件32，其中整流軌道固定組件四與滑動(dòng)組件31 活動(dòng)連接，整流軌道固定組件四分別與齒輪組件32連接，齒輪組件32分別與第二固定柱模塊5和加力模塊6連接，第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)30分別與滑動(dòng)組件31、深海立管模塊1和測(cè)量分析控制模塊9連接。第二端部支撐模塊3用來(lái)固定深海立管模塊1的另一端，并對(duì)深海立管模塊1施加預(yù)張力。所述的整流軌道固定組件四包括整流板19、整流板安裝座20、軌道模塊33、同步傳輸盒模塊34、水平傳動(dòng)軸模塊35和導(dǎo)軌連接塊36，其中整流板19、整流板安裝座20、 軌道模塊33和同步傳輸盒模塊34依次串聯(lián)連接，水平傳動(dòng)軸模塊35通過(guò)導(dǎo)軌連接塊36 與軌道模塊33連接，軌道模塊33和水平傳動(dòng)軸模塊35均與齒輪組件32連接，軌道模塊33 與滑動(dòng)組件31活動(dòng)連接。所述的第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)30包括傳感器27和萬(wàn)向節(jié)觀，其中傳感器27分別與滑動(dòng)組件31、萬(wàn)向節(jié)觀和測(cè)量分析控制模塊9連接，萬(wàn)向節(jié)觀與深海立管模塊1連接。所述的滑動(dòng)組件31包括滑塊機(jī)構(gòu)37、滑塊連接板38和立管固定支座39，其中 滑塊機(jī)構(gòu)37、滑塊連接板38和立管固定支座39依次串聯(lián)連接，滑塊機(jī)構(gòu)37和立管固定支座39分別與整流軌道固定組件四和第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)30連接。所述的齒輪組件32包括箱體支座40、齒輪箱41和支撐斜齒輪42，其中齒輪箱 41通過(guò)箱體支座40與整流軌道固定組件四連接，支撐斜齒輪42設(shè)置于齒輪箱41內(nèi)部且與整流軌道固定組件四連接，齒輪箱41和支撐斜齒輪42分別與第二固定柱模塊5和加力模塊6連接。如圖1和圖8所示，所述的第一固定柱模塊4垂直于拖車10和拖曳水池11池底且分別與拖車10、第一端部支撐模塊2、整流罩模塊7和壓浪板模塊8連接。第一固定柱模塊為深海立管模塊1提供固定支撐作用。如圖1和圖9所示，所述的第二固定柱模塊5垂直于拖車10和拖曳水池11池底， 該第二固定柱模塊5包括加力端固定柱上分段43和加力端固定柱下分段44，其中加力端固定柱上分段43分別與拖車10和加力端固定柱下分段44連接，加力端固定柱下分段44 與第二端部支撐模塊3連接，加力端固定柱上分段43和加力端固定柱下分段44分別與整流罩模塊7和壓浪板模塊8固定連接。第二固定柱模塊5為深海立管模塊1提供固定支撐作用。如圖1和圖10所示，所述的加力模塊6包括伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)45、減速器46、傳動(dòng)軸模塊47和驅(qū)動(dòng)斜齒輪48，其中伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)45、減速器46、傳動(dòng)軸模塊47和驅(qū)動(dòng)斜齒輪 48依次串聯(lián)連接，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)45與預(yù)張力控制單元56連接，減速器46設(shè)置于加力端固定柱上分段43內(nèi)部，傳動(dòng)軸模塊設(shè)置于加力端固定柱下分段44內(nèi)部，驅(qū)動(dòng)斜齒輪48與第二端部支撐模塊3連接。加力模塊6為深海立管模塊1提供預(yù)張力。如圖1和如圖11所示，所述的整流罩模塊7由固定連接的整流罩外殼49和整流罩邊板50組成。所述的整流罩外殼49呈機(jī)翼型剖面，該結(jié)構(gòu)能夠大大減小整個(gè)試驗(yàn)裝置運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的阻力和興波。如圖1和圖12所示，所述的壓浪板模塊8包括水平板51、壓浪邊板52和蓋板53， 其中水平板51分別與壓浪邊板52和蓋板53連接，水平板51和蓋板53分別與第一固定柱模塊4和加力端固定柱上分段43連接。壓浪板模塊8能夠壓制第一固定柱模塊4和第二固定柱模塊5在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的波浪，防止水溢出拖曳水池11。如圖1和圖13所示，所述的測(cè)量分析控制模塊9包括光纖數(shù)據(jù)采集單元M、力數(shù)據(jù)采集單元55和預(yù)張力控制單元56，其中光纖數(shù)據(jù)采集單元M與深海立管模塊1連接， 力數(shù)據(jù)采集單元陽(yáng)分別與第一端部支撐模塊2和第二端部支撐模塊3連接，預(yù)張力控制單元56與加力模塊6連接，光纖數(shù)據(jù)采集單元54、力數(shù)據(jù)采集單元55和預(yù)張力控制單元56 各自獨(dú)立且均設(shè)置于拖車10上。所述的光纖數(shù)據(jù)采集單元M和力數(shù)據(jù)采集單元55含有實(shí)時(shí)采集分析軟件，能夠記錄和分析試驗(yàn)中深海立管模型14的應(yīng)變和受力。預(yù)張力控制單元56能夠控制施加在深海立管模型14兩端的預(yù)張力。如圖7所示，所述的整流板19上部設(shè)有若干個(gè)固定孔和貫穿孔，整流板安裝座20 通過(guò)該固定孔與整流板19連接，深海立管模塊1穿過(guò)貫穿孔。第一端部支撐模塊2的整流板19和第二端部支撐模塊3的整流板19呈對(duì)稱布置，以減少邊界對(duì)流程的干擾。如圖1所示，所述拖車10和拖曳水池11均為已有試驗(yàn)設(shè)施，拖車10能夠?qū)崿F(xiàn)雙向的不同速度下的勻速直線運(yùn)動(dòng)，拖曳水池11裝一定深度的水，為海底深海立管模型14提供水環(huán)境，二者相對(duì)運(yùn)動(dòng)即可模擬不同流速的均勻流。本裝置能夠安裝大尺度深海立管模型14，從而避免尺度效應(yīng)，能夠充分利用拖車 10的高速來(lái)模擬大尺度深海立管模型14實(shí)雷諾數(shù)渦激振動(dòng)。本裝置能夠充分利用拖曳水池11的長(zhǎng)度，進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)試，獲得的更長(zhǎng)更穩(wěn)定的測(cè)試數(shù)據(jù)。本裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，安裝和拆卸均非常方便。
權(quán)利要求
1.一種均勻流下受預(yù)張力的深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括 深海立管模塊、第一端部支撐模塊、第二端部支撐模塊、第一固定柱模塊、第二固定柱模塊、 加力模塊、兩個(gè)整流罩模塊、兩個(gè)壓浪板模塊和測(cè)量分析控制模塊，其中加力模塊設(shè)置于第二固定柱模塊內(nèi)部且與第二端部支撐模塊連接，第二固定柱模塊分別與拖車一側(cè)的底部和第二端部支撐模塊連接，第一固定柱模塊分別與拖車另一側(cè)的底部和第一端部支撐模塊連接，深海立管模塊兩端分別與第二端部支撐模塊和第一端部支撐模塊連接，兩個(gè)整流罩模塊的整流罩邊板分別固定于第一固定柱模塊的下部外表面和第二固定柱模塊的加力端固定柱下分段的外表面，兩個(gè)壓浪板模塊分別穿過(guò)且固定于第一固定柱模塊和第二固定柱模塊外部，測(cè)量分析控制模塊設(shè)置于拖車上，測(cè)量分析控制模塊分別與深海立管模塊、第一端部支撐模塊、第二端部支撐模塊和加力模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻流下受預(yù)張力的深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置， 其特征是，所述的深海立管模塊包括光纖光柵傳感器、兩個(gè)立管固定接頭和深海立管模型，其中光纖光柵傳感器沿深海立管模型表面軸向均勻布置，深海立管模型兩端分別與兩個(gè)立管固定接頭連接，兩個(gè)立管固定接頭分別與第二端部支撐模塊和第一端部支撐模塊連接，光纖光柵傳感器與測(cè)量分析控制模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的均勻流下受預(yù)張力的深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置， 其特征是，所述的第一端部支撐模塊包括整流外伸組件、彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)、直線軸承和第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)，其中整流外伸組件和彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)均與直線軸承連接，彈性滑動(dòng)結(jié)構(gòu)穿過(guò)整流外伸組件且與第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)連接，第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)分別與深海立管模塊和測(cè)量分析控制模塊連接，整流外伸組件與第一固定柱模塊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻流下受預(yù)張力的深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置， 其特征是，所述的第二端部支撐模塊包括整流軌道固定組件、第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)、滑動(dòng)組件和齒輪組件，其中整流軌道固定組件與滑動(dòng)組件活動(dòng)連接，整流軌道固定組件分別與齒輪組件連接，齒輪組件分別與第二固定柱模塊和加力模塊連接，第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)分別與滑動(dòng)組件、深海立管模塊和測(cè)量分析控制模塊連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻流下受預(yù)張力的深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置， 其特征是，所述的第一固定柱模塊垂直于拖車和拖曳水池池底且分別與拖車、第一端部支撐模塊、整流罩模塊和壓浪板模塊連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻流下受預(yù)張力的深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置， 其特征是，所述的第二固定柱模塊垂直于拖車和拖曳水池池底，該第二固定柱模塊包括加力端固定柱上分段和加力端固定柱下分段，其中加力端固定柱上分段分別與拖車和加力端固定柱下分段連接，加力端固定柱下分段與第二端部支撐模塊連接，加力端固定柱上分段和加力端固定柱下分段分別與整流罩模塊和壓浪板模塊固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻流下受預(yù)張力的深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置， 其特征是，所述的加力模塊包括伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、傳動(dòng)軸模塊和驅(qū)動(dòng)斜齒輪，其中 伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、傳動(dòng)軸模塊和驅(qū)動(dòng)斜齒輪依次串聯(lián)連接，減速器和傳動(dòng)軸模塊均與第二固定柱模塊連接，驅(qū)動(dòng)斜齒輪和伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別與第二端部支撐模塊和測(cè)量分析控制模塊連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻流下受預(yù)張力的深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征是，所述的整流罩模塊由固定連接的整流罩外殼和整流罩邊板組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻流下受預(yù)張力的深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置， 其特征是，所述的壓浪板模塊包括水平板、壓浪邊板和蓋板，其中水平板分別與壓浪邊板和蓋板連接，水平板和蓋板分別與第一固定柱模塊和第二固定柱模塊連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻流下受預(yù)張力的深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置，其特征是，所述的測(cè)量分析控制模塊包括光纖數(shù)據(jù)采集單元、力數(shù)據(jù)采集單元和預(yù)張力控制單元，其中光纖數(shù)據(jù)采集單元與深海立管模塊連接，力數(shù)據(jù)采集單元分別與第一端部支撐模塊和第二端部支撐模塊連接，預(yù)張力控制單元與加力模塊連接，光纖數(shù)據(jù)采集單元、力數(shù)據(jù)采集單元和預(yù)張力控制單元均設(shè)置于拖車上。
全文摘要
一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的均勻流下受預(yù)張力的深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置，包括深海立管模塊、第一端部支撐模塊、第二端部支撐模塊、第一固定柱模塊、第二固定柱模塊、加力模塊、兩個(gè)整流罩模塊、兩個(gè)壓浪板模塊和測(cè)量分析控制模塊，本發(fā)明利用拖車和拖曳水池的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模擬不同流速的均勻來(lái)流，且能夠?qū)ι詈Ａ⒐苣Ｐ蛢啥耸┘宇A(yù)張力，從而實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬深海立管渦激振動(dòng)，本發(fā)明測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)且能夠測(cè)試流速高的橫置于拖曳水池中的深海立管模型。
文檔編號(hào)G01M7/02GK102323025SQ20111014368
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者付世曉, 宋斌, 李曼, 李鯉 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)