局部流速增大垂直來(lái)流多跨海底管道渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的試驗(yàn)裝置，具體地說(shuō)，涉及的是一種局部流速增大垂直來(lái)流多跨海底管道渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]海底管道是海上油氣田的生命線(xiàn)，其把整個(gè)生產(chǎn)密切地聯(lián)系起來(lái)。由于海底地形復(fù)雜，環(huán)境惡劣，海底管道不可避免的形成了懸跨段，甚至多跨段。海水流過(guò)懸跨管道時(shí)，管道后緣將產(chǎn)生交替的漩渦脫落，當(dāng)漩渦脫落頻率與管道自振頻率相近時(shí)，管道的振動(dòng)將迫使漩渦脫落頻率固定在管道自振頻率附近，從而發(fā)生“鎖定”現(xiàn)象。管道的渦激振動(dòng)和“鎖定”現(xiàn)象是導(dǎo)致管道失穩(wěn)和疲勞破壞的主要因素。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外許多科研工作者正在進(jìn)行海底管道渦激振動(dòng)及抑制的研究，其中模型試驗(yàn)方法是目前最重要的研究方法之一。通過(guò)模型試驗(yàn)，可以比較全面的觀(guān)測(cè)到渦激振動(dòng)現(xiàn)象及其主要特征，獲得較為可靠的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果可用來(lái)效驗(yàn)理論和數(shù)值模型的精度。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試的方式可以更好的探究垂直均勻來(lái)流條件多跨海底管道渦激振動(dòng)及其抑制機(jī)理，為工程實(shí)際積累經(jīng)驗(yàn)。海底管道渦激振動(dòng)研究對(duì)于海洋石油的開(kāi)采中的工程安全具有重要意義。
[0004]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段多跨管道渦激振動(dòng)的研究開(kāi)展還很不充分，試驗(yàn)方面的研究遠(yuǎn)滯后于工程實(shí)際的需求。挪威的MARINTEK研究機(jī)構(gòu)在2000年到2003年期間開(kāi)展了部分多跨管道的渦激振動(dòng)試驗(yàn)，并進(jìn)一步完善了規(guī)范DNV-RP-F105(2006)，在2002年召開(kāi)的21界海洋離岸及極地工程國(guó)際會(huì)議上的文章“VIV response of longfree spanning pipelines”(長(zhǎng)自由懸跨管道禍激振動(dòng)響應(yīng)研究)詳細(xì)介紹了試驗(yàn)細(xì)節(jié)，采用線(xiàn)性彈簧模擬多段懸跨的支撐作用，增加了對(duì)來(lái)流流場(chǎng)的擾動(dòng)。
[0005]同時(shí)，在懸空段沿著管道軸向的流速截面并不是一成不變的，存在局部流速增大的情況。因此，亟需設(shè)計(jì)既能局部流速增大，又能實(shí)現(xiàn)多跨管道渦激振動(dòng)測(cè)量的試驗(yàn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)多跨管道試驗(yàn)研究存在的難點(diǎn)和不足，提供了局部流速增大垂直來(lái)流多跨海底管道渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置，能夠模擬海底懸跨管道跨中的邊界條件，局部增大流速，開(kāi)展垂直來(lái)流多跨管道渦激振動(dòng)試驗(yàn)研究，探究其渦激振動(dòng)發(fā)生機(jī)理及振動(dòng)抑制，為工程實(shí)際提供參考和借鑒。
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種局部流速增大垂直來(lái)流多跨海底管道渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置，包括海底管道模型、橫向試驗(yàn)支持架、流速增大裝置、拖車(chē)、應(yīng)變采集儀和計(jì)算機(jī)，所述海底管道模型穿過(guò)流速增大裝置的大圓孔，其一端設(shè)有第一端部支撐裝置，所述海底管道模型的另一端設(shè)有第二端部支撐裝置，所述海底管道模型的中部設(shè)有多跨支撐裝置，所述第一端部支撐裝置和第二端部支撐裝置的頂部分別與所述橫向試驗(yàn)支持架的兩端連接，所述多跨支撐裝置的頂部與所述橫向試驗(yàn)支持架的中部連接；所述橫向試驗(yàn)支持架固定于所述拖車(chē)的底部；所述海底管道模型包括若干條導(dǎo)線(xiàn)和一薄壁銅管，所述導(dǎo)線(xiàn)的外徑為0.3mm，所述導(dǎo)線(xiàn)為7芯導(dǎo)線(xiàn)，所述薄壁銅管的外徑為8mm、壁厚為Imm ；自所述薄壁銅管的外表面依次向外設(shè)有相互緊密接觸的若干層熱縮管和一層硅膠管，所述薄壁銅管與所述熱縮管之間設(shè)有多片用于采集應(yīng)變的電阻應(yīng)變片，所述電阻應(yīng)變片通過(guò)接線(xiàn)端子與所述導(dǎo)線(xiàn)相連，每條導(dǎo)線(xiàn)與所述薄壁銅管的一端或分別與所述薄壁銅管的兩端固定；所述薄壁銅管的一端通過(guò)銷(xiāo)釘連接有第一圓柱接頭，所述薄壁銅管的另一端通過(guò)銷(xiāo)釘連接有第二圓柱接頭；所述橫向試驗(yàn)支持架包括主體橫梁，所述主體橫梁的頂部設(shè)有槽鋼，所述拖車(chē)支撐在槽鋼上；所述第一端部支撐裝置包括豎直方向的第一支撐管，所述第一支撐管的頂部與所述主體橫梁的一端連接，所述第一支撐管的底部連接有第一支撐板，所述第一支撐板的內(nèi)側(cè)通過(guò)螺栓連接有與所述第一支撐板平行的第一導(dǎo)流板，所述第一導(dǎo)流板的下部設(shè)有一個(gè)通孔；通孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)，所述萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的一端通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)螺絲固定在第一支撐板上，所述萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的另一端與所述海底管道模型中的第一圓柱接頭連接；所述第二端部支撐裝置包括豎直方向的第二支撐管，所述第二支撐管的頂部與所述主體橫梁的另一端連接，所述第二支撐管的底部連接有第二支撐板，所述第二支撐板的內(nèi)側(cè)通過(guò)螺栓連接有與所述第二支撐板平行的第二導(dǎo)流板，所述第二導(dǎo)流板的下部設(shè)有一個(gè)管道安裝通孔，所述第二支撐板的外側(cè)設(shè)有一個(gè)滑輪，所述第二支撐板上位于所述滑輪的下方設(shè)有一鋼絲繩過(guò)孔；所述主體橫梁上、位于與第二端部支撐裝置的連接端一側(cè)連接有一個(gè)拉力傳感器，所述拉力傳感器的另一端依次連接有拉力張緊器和拉力彈簧；所述導(dǎo)線(xiàn)和所述拉力傳感器與所述應(yīng)變采集儀聯(lián)接，所述應(yīng)變采集儀與所述計(jì)算機(jī)連接。自所述海底管道模型中的第二圓柱接頭，穿過(guò)第二支撐板上的鋼絲繩過(guò)孔后繞過(guò)滑輪至拉力彈簧的另一端連接有鋼絲繩；所述鋼絲繩和所述海底管道模型的軸線(xiàn)在同一平面內(nèi)，該平面與來(lái)流方向垂直；所述多跨支撐結(jié)構(gòu)包括支持柱，所述支持柱的上設(shè)有用于與橫向試驗(yàn)支持架連接的連接板，所述支持柱的底部設(shè)有可拆式孔板，所述可拆式孔板包括第一半環(huán)板和第二半環(huán)板，所述第一半環(huán)板與所述支持柱為一體結(jié)構(gòu)，所述第一半環(huán)板和第二半環(huán)板對(duì)接后用螺絲固定；位于所述支持柱的下方兩側(cè)與所述橫向試驗(yàn)支持架之間分別設(shè)有斜拉鋼絲繩，所述斜拉鋼絲繩上連接有拉力張緊器；所述流速增大裝置包括流速增大罩和支撐裝置，所述流速增大罩套裝在所述海底管道模型上，所述流速增大罩包括按水流方向順次布置的增速段和穩(wěn)流段，所述增速段呈喇叭形，所述增速段的進(jìn)水端為喇叭形的大口端，所述增速段的出水端為喇叭形的小口端，所述穩(wěn)流段的開(kāi)口大小與喇叭形的小口端大小一致；所述增速段的進(jìn)水端與出水端的面積比為該流速增大裝置所要增大的流速倍數(shù)；所述穩(wěn)流段設(shè)有用于所述海底管道模型穿過(guò)的通孔；所述支撐裝置包括支撐桿，所述支撐桿的頂部和中部分別焊接有連接板，所述連接板通過(guò)螺絲固定在所述橫向試驗(yàn)支持架上，所述支撐桿的底部與所述流速增大罩焊接；所述支撐桿的中部?jī)蓚?cè)與所述橫向試驗(yàn)支持架之間分別連接有斜拉鋼絲繩，所述斜拉鋼絲繩上連接有拉力張緊器。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0009]本發(fā)明解決了局部流速增大垂直來(lái)流多跨海底管道渦激振動(dòng)及振動(dòng)抑制的試驗(yàn)中多跨支撐的施加和局部來(lái)流速度增大的問(wèn)題。本發(fā)明中的支持柱為翼型，最大限度的減小了多跨支撐結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)的干擾。支持柱兩端通過(guò)鋼絲繩和拉力張緊器固定，增強(qiáng)了多跨支撐的穩(wěn)定性。同時(shí)多跨支撐的實(shí)現(xiàn)不會(huì)對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生過(guò)多擾動(dòng)，更符合于工程實(shí)際。同時(shí)本發(fā)明的設(shè)計(jì)精巧簡(jiǎn)單，便于加工、安裝及拆解，造價(jià)低廉，是研究局部流速增大垂直來(lái)流多跨海底管道渦激振動(dòng)必不可少的試驗(yàn)裝備，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是帶流速增大裝置的垂直來(lái)流條件多跨海底管道渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2-1是本發(fā)明中海底管道模型為裸管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2-2是本發(fā)明中帶有螺旋列板的海底管道模型示意圖；
[