專利名稱：階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)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)明涉及海洋工程技術(shù)，特別是涉及一種階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置的技術(shù)。
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)。例如在海流或海洋平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)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、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。通過(guò)模型試驗(yàn)方法可以加深對(duì)柔性立管渦激振動(dòng)機(jī)理以及海洋平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)對(duì)立管的渦激振動(dòng)的影響的認(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)。為了使試驗(yàn)中模擬的現(xiàn)象更加接近于自然界中的真實(shí)情況，除了采用先進(jìn)的試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)中模擬的環(huán)境也必須和自然界接近。在實(shí)際海洋中，整個(gè)深度范圍內(nèi)的流速截面并不是一成不變的。例如墨西哥灣2000m水深的海域，一般表層300m內(nèi)的平均流速是300m — 800m水深范圍內(nèi)平均流速的4到5倍，是800m以下平均流速的20倍以上。由此可見(jiàn)，海洋中整個(gè)深度范圍內(nèi)的流速截面應(yīng)該更接近于階梯狀的流場(chǎng)。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)裝置一般只能在均勻流或剪切流環(huán)境下使用。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)，把柔性立管橫置于拖曳水池中，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。該試驗(yàn)技術(shù)的不足之處在于1)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，難以有效的進(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，所得到的測(cè)試段距離較小，測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少；4)只能模擬均勻流的渦激振動(dòng)，難以進(jìn)行階梯流下的渦激振動(dòng)試驗(yàn)；5)不能進(jìn)行強(qiáng)迫振蕩試驗(yàn)；6)不能模擬海洋平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，從而研究平臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)立管渦激振動(dòng)的影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能進(jìn)行強(qiáng)迫振蕩試驗(yàn)，且能模擬階梯流下的渦激振動(dòng)及模擬海洋平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置。
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為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的一種階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置，包括拖曳水池，及用于模擬海洋立管的深海立管模塊，所述拖曳水池內(nèi)裝有池水，其池水水面上方架設(shè)有一能直線移動(dòng)的拖車；所述深海立管模塊包括立管模型和光纖光柵傳感器，所述立管模型是一管件，橫置于拖曳水池內(nèi)并沒(méi)入池水中，所述光纖光柵傳感器有多個(gè)，沿立管模型的軸向均布于立管模型表面；其特征在于還包括頂部支撐模塊、底部支撐模塊、垂直軌道模塊、水平軌道模塊、套筒模塊、測(cè)量分析控制模塊；
所述水平軌道模塊包括兩根相互平行的水平直軌，所述兩根水平直軌水平掛置在拖車上，每根水平直軌上均設(shè)有一沿其軸線滑動(dòng)的水平滑塊，及一用于控制水平滑塊滑動(dòng)的電機(jī)；
所述垂直軌道模塊有兩個(gè)，分別為第一垂直軌道模塊、第二垂直軌道模塊，每個(gè)垂直軌道模塊均包括有一垂直直軌，每根垂直直軌上均設(shè)有一沿其軸線滑動(dòng)的垂直滑塊，及一用于控制垂直滑塊滑動(dòng)的電機(jī)，兩個(gè)垂直軌道模塊的垂直直軌分別豎直掛置在兩根水平直軌的水平滑塊上；
所述頂部支撐模塊包括水平支座和第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)，所述水平支座固定在第一垂直軌道模塊的垂直滑塊上，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)包括第一加速度傳感器和第一萬(wàn)向節(jié)，所述立管模型的兩端分別為第一連接端、第二連接端，所述第一加速度傳感器安裝在水平支座上，并經(jīng)第一萬(wàn)向節(jié)連接立管模型的第一連接端；
所述底部支撐模塊包括支架安裝座和第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)，所述支架安裝座固定在第二垂直軌道模塊的垂直滑塊上，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)包括第二加速度傳感器和第二萬(wàn)向節(jié)，所述第二加速度傳感器安裝在支架安裝座上，并經(jīng)第二萬(wàn)向節(jié)連接立管模型的第二連接端；
所述套筒模塊包括有一套筒件，所述套筒件套設(shè)于立管模型外周，并與底部支撐模塊連接，其筒長(zhǎng)短于立管模型的管長(zhǎng)；
所述測(cè)量分析控制模塊安裝在拖車上，包括連接各光纖光柵傳感器的用于采集各光纖光柵傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)的光纖數(shù)據(jù)采集子模塊，連接第一、第二加速度傳感器的用于采集加速度傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)的力數(shù)據(jù)采集子模塊，及連接四個(gè)電機(jī)的用于控制四個(gè)電機(jī)運(yùn)行的電機(jī)控制子模塊。進(jìn)一步的，所述底部支撐模塊還包括彈性滑動(dòng)組件和直線軸承，所述的彈性滑動(dòng)組件包括前支撐板和后支撐板，所述直線軸承有至少一個(gè)，均安裝在支架安裝座上，各直線軸承的一端各經(jīng)一滑動(dòng)軸連接前支撐板，另一端則連接后支撐板，每根滑動(dòng)軸上均套設(shè)有一緩沖彈簧，每根緩沖彈簧的兩端分別連接直線軸承及前支撐板；所述第二加速度傳感器安裝在后支撐板上。進(jìn)一步的，還包括整流罩模塊，所述整流罩模塊有四個(gè)，其中兩個(gè)對(duì)稱安裝在第一垂直軌道模塊的垂直直軌的兩條側(cè)邊上，另兩個(gè)則對(duì)稱安裝在第二垂直軌道模塊的垂直直軌的兩條側(cè)邊上，所述整流罩模塊包括整流罩外殼和整流罩邊板，每個(gè)整流罩外殼均經(jīng)本模塊的整流罩邊板以包邊方式安裝在對(duì)應(yīng)垂直直軌的側(cè)邊上，所述整流罩外殼呈一側(cè)窄另一側(cè)寬的機(jī)翼狀，其窄側(cè)封閉寬側(cè)開放，且其寬側(cè)正對(duì)對(duì)應(yīng)垂直直軌。進(jìn)一步的，所述立管模型的單位長(zhǎng)度質(zhì)量與其單位長(zhǎng)度排開水的質(zhì)量之比為1 1。
本發(fā)明提供的階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置，利用垂直軌道模塊與水平軌道模塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，及拖車與拖曳水池的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬不同流速的來(lái)流，加上套筒模塊的局部阻流作用，能進(jìn)行強(qiáng)迫振蕩試驗(yàn)，模擬階梯流下的渦激振動(dòng)及模擬海洋平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，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)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置中的深海立管模塊、頂部支撐模塊、底部支撐模塊、垂直軌道模塊、整流罩模塊及套筒模塊的立體視圖3是本發(fā)明實(shí)施例階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置中的垂直軌道模塊和水平軌道模塊的立體視圖4是本發(fā)明實(shí)施例階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置中的深海立管模塊的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明實(shí)施例階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置中的頂部支撐模塊的結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明實(shí)施例階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置中的底部支撐模塊的主視結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明實(shí)施例階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置中的底部支撐模塊的仰視結(jié)構(gòu)示意圖8是本發(fā)明實(shí)施例階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置中的垂直軌道模塊及整流罩模塊的結(jié)構(gòu)示意圖9是本發(fā)明實(shí)施例階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置中的水平軌道模塊的立體視圖10是本發(fā)明實(shí)施例階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置中的整流罩模塊的結(jié)構(gòu)示意圖11是本發(fā)明實(shí)施例階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置中的電機(jī)的立體圖12是本發(fā)明實(shí)施例階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置中的套筒模塊的結(jié)構(gòu)示意圖13是本發(fā)明實(shí)施例階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置中的測(cè)量分析控制模塊的連接示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1-圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置，包括拖曳水池11，及用于模擬海洋立管的深海立管模塊1，所述拖
6曳水池11內(nèi)裝有池水，其池水水面上方架設(shè)有一能直線移動(dòng)的拖車10 ；其特征在于還包括頂部支撐模塊2、底部支撐模塊3、垂直軌道模塊4、水平軌道模塊5、整流罩模塊7、套筒模塊8、測(cè)量分析控制模塊9。如圖1、圖4所示，所述深海立管模塊1包括立管模型15和光纖光柵傳感器13，所述立管模型15是一管件，橫置于拖曳水池11內(nèi)并沒(méi)入池水中，其兩端各固定有一立管固定接頭14，其單位長(zhǎng)度質(zhì)量與其單位長(zhǎng)度排開水的質(zhì)量之比為1 :1，所述光纖光柵傳感器13 有多個(gè)，沿立管模型15的軸向均布于立管模型15表面。如圖1、圖3、圖9所示，所述水平軌道模塊5包括兩根相互平行的水平直軌36，及固定連接兩根水平直軌的支撐梁35，所述兩根水平直軌36各經(jīng)掛鉤45水平掛置在拖車10 上，每根水平直軌36上均設(shè)有一沿其軸線滑動(dòng)的水平滑塊37，及一用于控制水平滑塊37滑動(dòng)的電機(jī)6。如圖1、圖3、圖8所示，所述垂直軌道模塊4有兩個(gè)，分別為第一垂直軌道模塊、第二垂直軌道模塊，每個(gè)垂直軌道模塊4均包括垂直直軌33，及固定在垂直直軌33頂端的頂部連接塊12，每根垂直直軌33上均設(shè)有一沿其軸線滑動(dòng)的垂直滑塊34，及一用于控制垂直滑塊34滑動(dòng)的電機(jī)6，兩個(gè)垂直軌道模塊4的垂直直軌33各經(jīng)頂端的頂部連接塊12分別豎直掛置在兩根水平直軌36的水平滑塊37上。如圖1、圖5所示，所述頂部支撐模塊2包括水平支座17、支撐板18和第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)19，所述水平支座17經(jīng)一頂部連接架16固定在第一垂直軌道模塊4的垂直滑塊34 上，所述支撐板18固定在水平支座17上，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)19包括第一加速度傳感器21和第一萬(wàn)向節(jié)20，所述立管模型15的兩端分別為第一連接端、第二連接端，所述第一加速度傳感器21安裝在支撐板18上，并經(jīng)第一萬(wàn)向節(jié)20連接立管模型15第一連接端的立管固定接頭14。如圖1、圖6、圖7所示，所述底部支撐模塊3用于對(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，包括支架安裝座25、彈性滑動(dòng)組件22、直線軸承沈和第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)23，
所述支架安裝座25經(jīng)一底部連接架M固定在第二垂直軌道模塊4的垂直滑塊34上； 所述的彈性滑動(dòng)組件22包括前支撐板27和后支撐板30，所述直線軸承沈有至少一個(gè)，均安裝在支架安裝座25上，各直線軸承沈的一端各經(jīng)一滑動(dòng)軸觀連接前支撐板27，另一端則連接后支撐板30，每根滑動(dòng)軸觀上均套設(shè)有一緩沖彈簧四，每根緩沖彈簧四的兩端分別連接直線軸承26及前支撐板27 ；
所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)23包括第二加速度傳感器31和第二萬(wàn)向節(jié)32，所述第二加速度傳感器31安裝在后支撐板30上，并經(jīng)第二萬(wàn)向節(jié)32連接立管模型15第二連接端的立管固定接頭14。如圖1、圖12所示，所述套筒模塊8包括套筒連接桿40和套筒件41，所述套筒件 41套設(shè)于立管模型15外周，并經(jīng)套筒連接桿40連接底部支撐模塊3固接，其筒長(zhǎng)短于立管模型15的管長(zhǎng)，在套筒件41的作用下，套在套筒件41內(nèi)的立管模型15管段在模擬試驗(yàn)中不受水流的作用，從而能模擬階梯流。如圖1、圖12所示，所述測(cè)量分析控制模塊9安裝在拖車10上，包括連接深海立管模塊1中各光纖光柵傳感器的用于采集各光纖光柵傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)的光纖數(shù)據(jù)采集子模塊42，連接頂部支撐模塊2中的第一加速度傳感器及底部支撐模塊3中的第二加速度傳感器的用于采集加速度傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)的力數(shù)據(jù)采集子模塊43，及連接四個(gè)電機(jī)6的用于控制四個(gè)電機(jī)運(yùn)行的電機(jī)控制子模塊44。如圖1、圖10所示，所述整流罩模塊7有四個(gè)，其中兩個(gè)對(duì)稱安裝在第一垂直軌道模塊的垂直直軌33的兩條側(cè)邊上，另兩個(gè)則對(duì)稱安裝在第二垂直軌道模塊的垂直直軌33 的兩條側(cè)邊上，用于減小模擬裝置運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的阻力和興波，所述整流罩模塊7包括整流罩外殼38和整流罩邊板39，每個(gè)整流罩外殼38均經(jīng)本模塊的整流罩邊板39以包邊方式安裝在對(duì)應(yīng)垂直直軌33的側(cè)邊上，所述整流罩外殼38呈一側(cè)窄另一側(cè)寬的機(jī)翼狀，其窄側(cè)封閉寬側(cè)開放，且其寬側(cè)正對(duì)對(duì)應(yīng)垂直直軌33。本發(fā)明實(shí)施例中，所述拖車10和拖曳水池11均為現(xiàn)有技術(shù)，拖車10可實(shí)現(xiàn)雙向不同速度下的勻速直線運(yùn)動(dòng)，拖曳水池11裝一定深度的池水，為立管模型15提供水環(huán)境， 池水與立管模型15相對(duì)運(yùn)動(dòng)即可模擬不同流速的階梯流。本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，能夠安裝大尺度立管模型，避免尺度效應(yīng)，還能夠充分利用拖車的高速來(lái)模擬大尺度立管模型實(shí)雷諾數(shù)渦激振動(dòng)，還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)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，還能夠利用垂直軌道模塊和水平軌道模塊來(lái)進(jìn)行立管模型的強(qiáng)迫振蕩試驗(yàn)，還能夠利用垂直軌道模塊和水平軌道模塊的運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬海洋平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，從而研究海洋平臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)立管渦激振動(dòng)的影響，由于在立管模型部分管段外部設(shè)置套筒件，使得套筒件內(nèi)部的立管模型管段在試驗(yàn)中不受水流的作用， 能實(shí)現(xiàn)階梯流的模擬，使得模擬立管模型的外部環(huán)境更加真實(shí)。本發(fā)明實(shí)施例根據(jù)頂部支撐模塊、底部支撐模塊及兩個(gè)垂直軌道模塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以將研究的問(wèn)題分為以下幾類
1)測(cè)量分析控制模塊通過(guò)電機(jī)控制頂部支撐模塊和底部支撐模塊停止沿垂直軌道模塊運(yùn)動(dòng)，并使兩個(gè)垂直軌道模塊停止沿水平軌道模塊運(yùn)動(dòng)，此時(shí)讓拖車帶動(dòng)整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)， 可以研究深海立管在不受海洋平臺(tái)運(yùn)動(dòng)影響下的渦激振動(dòng)；
2)測(cè)量分析控制模塊通過(guò)電機(jī)控制兩個(gè)垂直軌道模塊停止沿水平軌道模塊運(yùn)動(dòng)，并使頂部支撐模塊和底部支撐模塊沿著各自的垂直軌道模塊同步的做垂直方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 而拖車不動(dòng)，就可以研究深海立管的強(qiáng)迫振動(dòng)；
3)測(cè)量分析控制模塊通過(guò)電機(jī)控制頂部支撐模塊沿著垂直軌道模塊做垂直方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并使底部支撐模塊、兩個(gè)垂直軌道模塊及拖車停止運(yùn)動(dòng)，就可以研究深海立管只在海洋平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的作用下的渦激振動(dòng)；
4)測(cè)量分析控制模塊通過(guò)電機(jī)控制頂部支撐模塊沿著垂直軌道模塊做垂直方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并使底部支撐模塊和兩個(gè)垂直軌道模塊運(yùn)動(dòng)，同時(shí)讓拖車帶動(dòng)整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)，就可以研究深海立管在流向垂直于海洋平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向的來(lái)流作用下以及海洋平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的影響下的渦激振動(dòng)；
5)測(cè)量分析控制模塊通過(guò)電機(jī)控制頂部支撐模塊和底部支撐模塊停止沿垂直軌道模塊運(yùn)動(dòng)，并使與頂部支撐模塊相連的垂直軌道模塊沿水平軌道模塊做水平方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使另一垂直軌道模塊停止沿水平軌道模塊運(yùn)動(dòng)，讓拖車帶動(dòng)整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)，就可以研究深海立管在流向平行于海洋平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向的來(lái)流作用下以及海洋平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的影響下的渦激振動(dòng)；6)測(cè)量分析控制模塊通過(guò)電機(jī)控制頂部支撐模塊沿垂直軌道模塊做垂直方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使與頂部支撐模塊相連的垂直軌道模塊沿水平軌道模塊做水平方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中調(diào)整它們的運(yùn)動(dòng)速度，使底部支撐模塊停止沿垂直軌道模塊運(yùn)動(dòng)，使與底部支撐模塊相連的垂直軌道模塊停止沿水平軌道模塊運(yùn)動(dòng)，讓拖車帶動(dòng)整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)，就可以研究深海立管在海洋平臺(tái)的各種方向的運(yùn)動(dòng)影響下來(lái)流對(duì)其造成的渦激振動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置，包括拖曳水池，及用于模擬海洋立管的深海立管模塊，所述拖曳水池內(nèi)裝有池水，其池水水面上方架設(shè)有一能直線移動(dòng)的拖車；所述深海立管模塊包括立管模型和光纖光柵傳感器，所述立管模型是一管件，橫置于拖曳水池內(nèi)并沒(méi)入池水中，所述光纖光柵傳感器有多個(gè)，沿立管模型的軸向均布于立管模型表面；其特征在于還包括頂部支撐模塊、底部支撐模塊、垂直軌道模塊、 水平軌道模塊、套筒模塊、測(cè)量分析控制模塊；所述水平軌道模塊包括兩根相互平行的水平直軌，所述兩根水平直軌水平掛置在拖車上，每根水平直軌上均設(shè)有一沿其軸線滑動(dòng)的水平滑塊，及一用于控制水平滑塊滑動(dòng)的電機(jī)；所述垂直軌道模塊有兩個(gè)，分別為第一垂直軌道模塊、第二垂直軌道模塊，每個(gè)垂直軌道模塊均包括有一垂直直軌，每根垂直直軌上均設(shè)有一沿其軸線滑動(dòng)的垂直滑塊，及一用于控制垂直滑塊滑動(dòng)的電機(jī)，兩個(gè)垂直軌道模塊的垂直直軌分別豎直掛置在兩根水平直軌的水平滑塊上；所述頂部支撐模塊包括水平支座和第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)，所述水平支座固定在第一垂直軌道模塊的垂直滑塊上，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)包括第一加速度傳感器和第一萬(wàn)向節(jié)，所述立管模型的兩端分別為第一連接端、第二連接端，所述第一加速度傳感器安裝在水平支座上，并經(jīng)第一萬(wàn)向節(jié)連接立管模型的第一連接端；所述底部支撐模塊包括支架安裝座和第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)，所述支架安裝座固定在第二垂直軌道模塊的垂直滑塊上，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)包括第二加速度傳感器和第二萬(wàn)向節(jié)，所述第二加速度傳感器安裝在支架安裝座上，并經(jīng)第二萬(wàn)向節(jié)連接立管模型的第二連接端；所述套筒模塊包括有一套筒件，所述套筒件套設(shè)于立管模型外周，并與底部支撐模塊連接，其筒長(zhǎng)短于立管模型的管長(zhǎng)；所述測(cè)量分析控制模塊安裝在拖車上，包括連接各光纖光柵傳感器的用于采集各光纖光柵傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)的光纖數(shù)據(jù)采集子模塊，連接第一、第二加速度傳感器的用于采集加速度傳感器感應(yīng)數(shù)據(jù)的力數(shù)據(jù)采集子模塊，及連接四個(gè)電機(jī)的用于控制四個(gè)電機(jī)運(yùn)行的電機(jī)控制子模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述底部支撐模塊還包括彈性滑動(dòng)組件和直線軸承，所述的彈性滑動(dòng)組件包括前支撐板和后支撐板，所述直線軸承有至少一個(gè)，均安裝在支架安裝座上，各直線軸承的一端各經(jīng)一滑動(dòng)軸連接前支撐板，另一端則連接后支撐板，每根滑動(dòng)軸上均套設(shè)有一緩沖彈簧，每根緩沖彈簧的兩端分別連接直線軸承及前支撐板；所述第二加速度傳感器安裝在后支撐板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括整流罩模塊，所述整流罩模塊有四個(gè)，其中兩個(gè)對(duì)稱安裝在第一垂直軌道模塊的垂直直軌的兩條側(cè)邊上，另兩個(gè)則對(duì)稱安裝在第二垂直軌道模塊的垂直直軌的兩條側(cè)邊上，所述整流罩模塊包括整流罩外殼和整流罩邊板，每個(gè)整流罩外殼均經(jīng)本模塊的整流罩邊板以包邊方式安裝在對(duì)應(yīng)垂直直軌的側(cè)邊上，所述整流罩外殼呈一側(cè)窄另一側(cè)寬的機(jī)翼狀，其窄側(cè)封閉寬側(cè)開放，且其寬側(cè)正對(duì)對(duì)應(yīng)垂直直軌。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述立管模型的單位長(zhǎng)度質(zhì)量與其單位長(zhǎng)度排開水的質(zhì)量之比為1 :1。
全文摘要
一種階梯流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管模型渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置，涉及海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是在階梯流下模擬深海立管渦激振動(dòng)的技術(shù)問(wèn)題。該裝置包括拖曳水池、拖車、深海立管模塊、頂部支撐模塊、底部支撐模塊、垂直軌道模塊、水平軌道模塊、套筒模塊、測(cè)量分析控制模塊；所述水平軌道模塊掛置在拖車上，所述垂直軌道模塊有兩個(gè)，分別豎直掛置在水平軌道模塊上；所述頂部支撐模塊及底部支撐模塊分別安裝在兩個(gè)垂直軌道模塊上，且均設(shè)有加速度傳感器；所述套筒模塊中的套筒件套設(shè)于深海立管模塊的立管模型外周；所述測(cè)量分析控制模塊連接各光纖光柵傳感器、各加速度傳感器及各電機(jī)。本發(fā)明提供的裝置，能在階梯流下模擬深海立管渦激振動(dòng)。
文檔編號(hào)G01M10/00GK102313636SQ201110219619
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者付世曉, 周青, 李曼 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)