專利名稱：一種海底管道均勻流渦激振動模擬試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的裝置，特別是關(guān)于一種橫置于拖曳水池中的海底管道模型在均勻流下的渦激振動模擬試驗裝置。
背景技術(shù)：
如果將柱狀結(jié)構(gòu)物置于一定速度的來流當中，其兩側(cè)會發(fā)生交替瀉渦。與漩渦的生成和瀉放相關(guān)聯(lián)，柱體會受到橫向和流向的脈動壓力。如果此時柱體是彈性支撐的，那么脈動流體力會引發(fā)柱體的振動，柱體的振動反過來又會改變其尾流結(jié)構(gòu)。這種流體結(jié)構(gòu)物相互作用的問題稱為渦激振動。例如在海流的作用下，懸置于海洋中的海洋平臺立管、拖纜、海底管線、spar平臺的浮筒、系泊纜索等柔性管件上會出現(xiàn)渦激振動現(xiàn)象，將會導(dǎo)致柔性管件的疲勞破壞。由于海洋油氣開采向深水推進，深水環(huán)境中的立管可視為細長柔性結(jié)構(gòu)，小變形理論不再適用，這使得立管的渦激振動問題更加突出。目前為止，對柔性管件渦激振動現(xiàn)象的研究最重要的方法之一就是模型試驗方法。試驗中模擬的現(xiàn)象更加接近于自然界中的真實情況，采用先進的試驗裝置可以保證試驗數(shù)據(jù)的可靠性。通過模型試驗的方法可以設(shè)計出更好的抑制海洋立管渦激振動的抑振裝置。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前的渦激振動試驗裝置一般在拖曳海洋工程深水池中進行，有的在環(huán)形水槽中進行，有的用拖船拖動立管進行渦激振動試驗。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻進行檢索發(fā)現(xiàn)，在第14屆國際近海與極地工程會議“Proceedings of the Fourteen (2004) International Offshore and PolarEngineering Conference，，中的論文 "Laboratory Investigation of Long RiserVIV Response”(長立管渦激振動響應(yīng)的實驗研究)是關(guān)于柔性管件渦激振動實驗研究的，文中提到了一種柔性管件渦激振動模型試驗技術(shù)，把柔性立管橫置于拖曳水池中，拖車拖動立管模型產(chǎn)生均勻流場。用布置在立管內(nèi)部的加速度傳感器來測量立管的運動，在立管壁內(nèi)布置光柵測量立管壁內(nèi)的應(yīng)變量。經(jīng)分析， 該試驗技術(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，難以有效的進行實雷諾數(shù)下的渦激振動試驗。2、受拖曳海洋工程深水池長度的限制，所得到的測試段距離較小，測得的試驗數(shù)據(jù)較少；3、不能真實地模擬海底管道所處的凹凸不平的地勢環(huán)境。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種海底管道均勻流渦激振動模擬試驗裝置，該裝置將海底管道模型橫置于拖曳水池中，進行渦激振動模擬，能夠模擬真實海底條件和實際尺寸海底管道，測試時間更長。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術(shù)方案一種海底管道均勻流渦激振動模擬試驗裝置，其特征在于它包括設(shè)置在拖曳水池內(nèi)的模擬假底，所述模擬假底的兩端分別滑動穿設(shè)有立柱，兩所述立柱的頂端共同連接設(shè)置在所述拖曳水池上方的拖車，兩所述立柱的中下部分別設(shè)置有一端部支撐結(jié)構(gòu)，兩所述端部支撐結(jié)構(gòu)分別連接一海底管道模型的對應(yīng)軸端；所述拖曳水池內(nèi)設(shè)置有測量分析系統(tǒng)。所述模擬假底包括水平鋼板，所述水平鋼板的中部設(shè)置有一凸起鐵架，所述凸起鐵架上，與所述海底管道模型的接觸處包裹保護橡膠，兩所述立柱滑動穿設(shè)在所述水平鋼板上。 每一所述立柱均包括上、下兩段，每一段的形狀為空心圓柱筒形，所述立柱的上、 下兩段之間通過法蘭盤連接。每一所述端部支撐結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述海底管道模型相應(yīng)端部的連接套筒，所述連接套筒通過萬向節(jié)連接海底管道固定接頭，所述海底管道固定接頭固定在一豎直支撐板上，所述豎直支撐板焊接在水平支撐板底部，所述水平支撐板設(shè)置在所述立柱上。所述水平支撐板上設(shè)置有若干螺栓孔，各所述螺栓孔與所述立柱的上、下分段連接處的所述法蘭盤的螺栓孔配合，通過螺栓使所述水平支撐板和所述立柱的上、下分段緊固連接。所述測量分析系統(tǒng)包括設(shè)置在所述立柱下部和所述拖車尾部的水下攝像設(shè)備；軸向均勻設(shè)置在所述海底管道模型上的若干光柵應(yīng)變傳感器；設(shè)置在所述拖曳水池的拖車控制室內(nèi)的光纖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、錄像采集系統(tǒng)、無線信號接收器及計算機設(shè)備，所述計算機內(nèi)預(yù)置有數(shù)據(jù)分析軟件。本實用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本實用新型采用高速拖車與拖曳水池相對運動的方式模擬均勻來流，因此可以充分利用拖曳水池的長度來模擬大型海底管道實雷諾數(shù)渦激振動。2、本實用新型由于在模擬假底兩端滑動穿設(shè)有立柱，模擬假底可以沿立柱下段上、下自由滑動，因此，可以調(diào)節(jié)模擬假底與海底管道模型之間的距離，并能夠根據(jù)需要模擬的不同海底地勢，改變凸起支架的形狀，從而使模擬海底管道的外部環(huán)境更加真實。3、本實用新型由于設(shè)置有立柱模塊、端部支撐模塊、模擬假底模塊、海底管道模型模塊、測量分析系統(tǒng)模塊，且各模塊相互獨立，由高強螺栓連接，因此，安裝、拆卸便利。4、本實用新型的立柱上端通過法蘭盤與拖車底部連接，因此，兩側(cè)立柱的間距可自由調(diào)節(jié)，以配合不同長度的海底管道模型。5、本實用新型的端部支撐結(jié)構(gòu)由連接套筒、萬向節(jié)、海底管道固定接頭、豎直支撐板及水平支撐板組成，各個部件結(jié)構(gòu)簡單，易于組裝，替換方便。6、本實用新型的模擬假底由水平鋼板及凸起鐵架構(gòu)成，凸起鐵架為獨立部件，可按照海底地貌制成不同的形狀，各不同形狀的鐵架可方便的替換、拆卸。7、本實用新型的海底管道模型模塊獨立制作，可以根據(jù)需要改變直徑和長度，拆裝便利。8、本實用新型的測量分析系統(tǒng)由光纖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、錄像采集系統(tǒng)、無線信號接收器及計算機設(shè)備組成，各系統(tǒng)獨立工作，互不干擾。本實用新型結(jié)構(gòu)設(shè)置巧妙，可將海底管道模型橫置于拖曳水池中，在均勻流下模擬渦激振動，能夠模擬真實海底條件和實際尺寸海底管道，測試時間更長，因此，可廣泛用于海底管道的渦激振動試驗過程中。

圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實用新型拖車以下結(jié)構(gòu)等軸側(cè)視示意圖圖3是本實用新型模擬假底示意圖圖4是本實用新型立柱分段示意圖[0017]圖5是本實用新型海底管道模型及端部支撐機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖圖6是本實用新型海底管道及端部支撐機構(gòu)中水平支撐板示意圖
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。如圖1、圖2所示，本實用新型包括設(shè)置在拖曳水池1內(nèi)的模擬假底2，模擬假底2 的兩端分別滑動穿設(shè)于立柱3，兩立柱3的頂端分別通過法蘭盤共同連接設(shè)置在拖曳水池1 上方的拖車4。兩立柱3的中下部分別設(shè)置有一端部支撐結(jié)構(gòu)5，兩端部支撐結(jié)構(gòu)5分別連接海底管道模型6的對應(yīng)軸端。拖曳水池1內(nèi)設(shè)置有用于對海底管道模型6的運動和受力進行采集測量的測量分析系統(tǒng)(圖中未示出)。如圖2、圖3所示，模擬假底2包括水平鋼板21，水平鋼板21的中部設(shè)置有一凸起鐵架22。凸起鐵架22可根據(jù)需要模擬的海況，焊接成不同的形狀，凸起鐵架22與海底管道模型6自然支持，為保護海底管道模型6，在凸起鐵架22與海底管道模型6接觸的地方的凸起鐵架22上包裹保護橡膠(圖中未示出)。如圖4所示，每一立柱3均包括上、下兩段，每一段的形狀為空心圓柱筒形，上、下兩段立柱3之間通過法蘭盤31連接。兩立柱3的下段分別穿設(shè)在水平鋼板21的兩端，水平鋼板21可以沿兩立柱3的下段自由滑動，以調(diào)節(jié)模擬假底2與海底管道模型6之間的距
1 O如圖5所示，端部支撐結(jié)構(gòu)5用于固定和支撐海底管道模型6，每一端部支撐結(jié)構(gòu) 5包括設(shè)置在海底管道模型6相應(yīng)端部的連接套筒51，連接套筒51通過一萬向節(jié)52連接海底管道固定接頭53，海底管道固定接頭53固定在一豎直支撐板M上，豎直支撐板M焊接在一水平支撐板55底部，水平支撐板55設(shè)置在立柱3的上、下分段連接處。如圖6所示，水平支撐板55上設(shè)置有若干螺栓孔56，各螺栓孔56與立柱3的上、 下分段連接處的法蘭盤31的螺栓孔配合，通過螺栓使水平支撐板55和立柱3的上、下分段緊固連接。測量分析系統(tǒng)包括設(shè)置在立柱3下部和拖車4尾部的水下攝像設(shè)備；軸向均勻設(shè)置在海底管道模型6上的若干光柵應(yīng)變傳感器；設(shè)置在拖曳水池1上方的拖車控制室內(nèi)的光纖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、錄像采集系統(tǒng)、無線信號接收器及計算機設(shè)備，計算機內(nèi)預(yù)置有數(shù)據(jù)分析軟件。試驗過程中，光纖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和錄像采集系統(tǒng)通過無線信號接收器接收光柵應(yīng)變傳感器的信號和攝像設(shè)備的信號，并通過計算機內(nèi)預(yù)置的數(shù)據(jù)分析軟件實時地對接收到的數(shù)據(jù)進行存儲和處理。上述實施例中，拖車4是拖曳水池1上的已有試驗設(shè)備，可實現(xiàn)雙向的不同速度下的勻速直線運動，拖車4提供動力，拖曳水池1上方設(shè)置的拖車控制室內(nèi)設(shè)置有測量分析系統(tǒng)。測量分析系統(tǒng)進行采集數(shù)據(jù)時，只須取拖車4拖曳海底管道模型6運動過程中的中間平穩(wěn)段數(shù)據(jù)即可。本實用新型先根據(jù)拖曳水池的尺寸、海底管件的尺寸、試驗工況的具體情況和試驗的經(jīng)濟性，選擇合適的模型縮尺比和試驗工況。按照整個試驗裝置的強度要求和振動控制要求確定各模塊的尺寸和材料。各模塊分別準備完畢后具體的安裝過程如下1)在地面上將連接套筒51、萬向節(jié)52、海底管道固定接頭53、豎直支撐板M、水平支撐板55連接好組成端部支撐結(jié)構(gòu)5 ；2)將端部支撐結(jié)構(gòu)5通過水平支撐板55與立柱3的上、下分段的法蘭盤31用螺栓連接成一整體，將該整體吊裝至拖車4下方，并將一立柱3的上部分段通過法蘭盤連接拖車4 一側(cè)底部，另一側(cè)以相同的步驟完成。3)將海底管道模型6吊裝至拖車4下方，將其兩端與端部支撐機構(gòu)5分別連接固定，然后將海底管道模型6兩端導(dǎo)出來的數(shù)據(jù)線穿過立柱3的各分段中間空心部分，一直接到拖車4上拖車控制室內(nèi)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上；同時在立柱3的下部分段和拖車4尾部安裝水下攝像設(shè)備；4)在地面上將水平鋼板21與鐵架22組成模擬假底2，將模擬假底2整體吊裝至拖車4下，與兩側(cè)立柱3的下部分段連接；根據(jù)需要模擬的真實海底情況，調(diào)整模擬假底2 的凸起鐵架22的形狀，使其與海底管道模型6自然接觸，并在其與海底管道模型6接觸的地方包裹上保護橡膠；5)在拖車控制室內(nèi)的計算機上安裝實時分析軟件和圖像處理軟件，然后將從海底管道模型6兩端導(dǎo)出來的數(shù)據(jù)線連接到電腦上，同時將拖車控制室內(nèi)的測量儀器導(dǎo)出來的電源線接上電源；6)整體安裝完成后調(diào)試裝置，確定好模擬假底2的位置；調(diào)試完成后，就可以根據(jù)具體工況和試驗技術(shù)要求啟動試驗裝置進行試驗。上述各實施例僅用于說明本實用新型，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等同變換和改進，均不應(yīng)排除在本實用新型的保護范圍之外。
權(quán)利要求1.一種海底管道均勻流渦激振動模擬試驗裝置，其特征在于它包括設(shè)置在拖曳水池內(nèi)的模擬假底，所述模擬假底的兩端分別滑動穿設(shè)有立柱，兩所述立柱的頂端共同連接設(shè)置在所述拖曳水池上方的拖車，兩所述立柱的中下部分別設(shè)置有一端部支撐結(jié)構(gòu)，兩所述端部支撐結(jié)構(gòu)分別連接一海底管道模型的對應(yīng)軸端；所述拖曳水池內(nèi)設(shè)置有測量分析系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種海底管道均勻流渦激振動模擬試驗裝置，其特征在于所述模擬假底包括水平鋼板，所述水平鋼板的中部設(shè)置有一凸起鐵架，所述凸起鐵架上，與所述海底管道模型的接觸處包裹保護橡膠，兩所述立柱滑動穿設(shè)在所述水平鋼板上。
3.如權(quán)利要求1所述的一種海底管道均勻流渦激振動模擬試驗裝置，其特征在于每一所述立柱均包括上、下兩段，每一段的形狀為空心圓柱筒形，所述立柱的上、下兩段之間通過法蘭盤連接。
4.如權(quán)利要求2所述的一種海底管道均勻流渦激振動模擬試驗裝置，其特征在于每一所述立柱均包括上、下兩段，每一段的形狀為空心圓柱筒形，所述立柱的上、下兩段之間通過法蘭盤連接。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種海底管道均勻流渦激振動模擬試驗裝置，其特征在于每一所述端部支撐結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述海底管道模型相應(yīng)端部的連接套筒，所述連接套筒通過萬向節(jié)連接海底管道固定接頭，所述海底管道固定接頭固定在一豎直支撐板上，所述豎直支撐板焊接在水平支撐板底部，所述水平支撐板設(shè)置在所述立柱上。
6.如權(quán)利要求5所述的一種海底管道均勻流渦激振動模擬試驗裝置，其特征在于所述水平支撐板上設(shè)置有若干螺栓孔，各所述螺栓孔與所述立柱的上、下分段連接處的所述法蘭盤的螺栓孔配合，通過螺栓使所述水平支撐板和所述立柱的上、下分段緊固連接。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4或6所述的一種海底管道均勻流渦激振動模擬試驗裝置，其特征在于所述測量分析系統(tǒng)包括設(shè)置在所述立柱下部和所述拖車尾部的水下攝像設(shè)備；軸向均勻設(shè)置在所述海底管道模型上的若干光柵應(yīng)變傳感器；設(shè)置在所述拖曳水池的拖車控制室內(nèi)的光纖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、錄像采集系統(tǒng)、無線信號接收器及計算機設(shè)備。
8.如權(quán)利要求5所述的一種海底管道均勻流渦激振動模擬試驗裝置，其特征在于所述測量分析系統(tǒng)包括設(shè)置在所述立柱下部和所述拖車尾部的水下攝像設(shè)備；軸向均勻設(shè)置在所述海底管道模型上的若干光柵應(yīng)變傳感器；設(shè)置在所述拖曳水池的拖車控制室內(nèi)的光纖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、錄像采集系統(tǒng)、無線信號接收器及計算機設(shè)備。
專利摘要本實用新型涉及一種海底管道均勻流渦激振動模擬試驗裝置，其特征在于它包括設(shè)置在拖曳水池內(nèi)的模擬假底，所述模擬假底的兩端分別滑動穿設(shè)于立柱，兩所述立柱的頂端共同連接設(shè)置在所述拖曳水池上方的拖車，兩所述立柱的中下部分別設(shè)置有一端部支撐結(jié)構(gòu)，兩所述端部支撐結(jié)構(gòu)分別連接一海底管道模型的對應(yīng)軸端；所述拖曳水池內(nèi)設(shè)置有測量分析系統(tǒng)。本實用新型結(jié)構(gòu)設(shè)置巧妙，可將海底管道模型橫置于拖曳水池中，在均勻流下模擬渦激振動，能夠模擬真實海底條件和實際尺寸海底管道，測試時間更長，因此，可廣泛用于海底管道的渦激振動試驗過程中。
文檔編號G01M7/02GK202033164SQ20112000769
公開日2011年11月9日 申請日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者付世曉, 徐陽, 楊建民, 汪學鋒, 沙勇, 矯濱田, 許亮斌, 賈旭, 鄒星 申請人:上海交通大學, 中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心