專利名稱：均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)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，具體地涉及一種均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)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)物相互作用的問題稱為渦激振動(dòng)。深海立管常常以列陣的形式出現(xiàn)，各立管由于彼此接近，相互之間會(huì)有水動(dòng)力干擾，導(dǎo)致更為復(fù)雜的渦激振動(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)。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)測(cè)試裝置一般只能安裝單根立管。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。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、不能進(jìn)行強(qiáng)迫振蕩試驗(yàn)。5、不能模擬平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，從而研究平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)對(duì)立管渦激振動(dòng)的影響。6、只能進(jìn)行單根立管模型的渦激振動(dòng)試驗(yàn)，難以進(jìn)行兩根甚至多根立管列陣的渦激振動(dòng)試驗(yàn)。

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，提供一種均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置，本發(fā)明利用垂直軌道模塊與水平軌道模塊以及拖車和拖曳水池的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模擬不同流速的來(lái)流，從而實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬深海立管列陣渦激振動(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列陣模型，也可以進(jìn)行深海立管列陣模型的往復(fù)振蕩測(cè)試。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括多個(gè)深海立管模塊、頂部支撐模塊、底部支撐模塊、兩個(gè)垂直軌道模塊、水平軌道模塊、四個(gè)電機(jī)模塊、四個(gè)整流罩模塊和測(cè)量分析控制模塊，其中，兩個(gè)所述垂直軌道模塊分別與所述水平軌道模塊的底部、頂部支撐模塊、以及底部支撐模塊連接，所述水平軌道模塊與兩個(gè)所述垂直軌道模塊的頂部連接，所述深海立管模塊的兩端分別與所述頂部支撐模塊和所述底部支撐模塊連接，四個(gè)所述整流罩模塊的整流罩邊板分別穿過(guò)且固定于兩個(gè)所述垂直軌道模塊的外部，每個(gè)所述垂直軌道模塊上有兩個(gè)所述整流罩模塊，所述測(cè)量分析控制模塊通過(guò)導(dǎo)線分別與所述深海立管模塊、頂部支撐模塊、底部支撐模塊、以及四個(gè)電機(jī)模塊連接，四個(gè)所述電機(jī)模塊分為兩組，其中的兩個(gè)所述電機(jī)模塊安裝在所述水平軌道模塊上來(lái)控制兩個(gè)所述垂直軌道模塊的運(yùn)動(dòng)，剩余的兩個(gè)所述電機(jī)模塊分別安裝在兩個(gè)所述垂直軌道模塊的頂部上來(lái)控制兩個(gè)所述垂直軌道模塊上的所述滑塊的運(yùn)動(dòng)，從而控制所述頂部支撐模塊和底部支撐模塊運(yùn)動(dòng)；所述深海立管模塊包括光纖光柵傳感器、兩個(gè)立管固定接頭、以及立管模型，其中，所述光纖光柵傳感器沿所述立管模型表面軸向均勻布置，所述立管模型兩端分別與兩個(gè)所述立管固定接頭連接，兩個(gè)所述立管固定接頭分別與所述頂部部支撐模塊和所述底部支撐模塊連接，所述光纖光柵傳感器與所述測(cè)量分析控制模塊連接，其中，所述深海立管模塊的個(gè)數(shù)為兩個(gè)以上，所述多個(gè)深海立管模塊構(gòu)成深海立管模塊列陣。這時(shí)根據(jù)頂部支撐模塊、底部支撐模塊以及兩個(gè)垂直軌道模塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以將研究的問題分為以下幾類
1)當(dāng)把頂支撐模塊和底部支撐模塊固定在垂直軌道模塊上，不讓其沿著垂直軌道模塊運(yùn)動(dòng)，而且不允許兩個(gè)垂直軌道模塊沿著水平軌道模塊運(yùn)動(dòng)，讓拖車帶動(dòng)整個(gè)模型運(yùn)動(dòng)，可以研究深海立管列陣在不受海洋平臺(tái)運(yùn)動(dòng)影響下的渦激振動(dòng)。2)當(dāng)將兩個(gè)垂直軌道模塊固定，讓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列陣的強(qiáng)迫振動(dòng)。3)當(dāng)讓頂撐模塊沿著垂直軌道模塊做垂直方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不允許底部支撐模塊和兩個(gè)垂直軌道模塊以及拖車運(yùn)動(dòng)，就可以研究深海立管列陣只在海洋平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的作用下的渦激振動(dòng)。4)當(dāng)讓頂部支撐模塊沿著垂直軌道模塊做垂直方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不允許底部支撐模塊和兩個(gè)垂直軌道模塊運(yùn)動(dòng)，讓拖車帶動(dòng)整個(gè)模型運(yùn)動(dòng)，就可以研究深海立管列陣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)當(dāng)不允許頂部支撐模塊和底部支撐模塊沿著垂直軌道模塊運(yùn)動(dòng)，讓與頂部支撐模塊相連的垂直軌道模塊沿著水平軌道模塊做水平方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，固定另一個(gè)垂直軌道模塊，讓拖車帶動(dòng)整個(gè)模型運(yùn)動(dòng)，就可以研究深海立管列陣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)當(dāng)讓頂部支撐模塊沿著與之相連的垂直軌道模塊做垂直方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，與頂部支撐模塊相連的垂直軌道模塊沿著水平軌道模塊做水平方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且調(diào)整它們的運(yùn)動(dòng)速度，不允許底部支撐模塊以及與之相連的垂直軌道模塊運(yùn)動(dòng)，讓拖車帶動(dòng)整個(gè)模型運(yùn)動(dòng)，就可以研究深海立管列陣在海洋平臺(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)。優(yōu)選地，所述深海立管模塊的個(gè)數(shù)大于等于2。
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優(yōu)選地，所述深海立管模型的單位長(zhǎng)度質(zhì)量與其單位長(zhǎng)度排開水的質(zhì)量之比為1 1。優(yōu)選地，所述頂部支撐模塊包括頂部連接架、水平支座、支撐板、以及若干個(gè)頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)，其中，所述頂部連接架的一端和所述垂直軌道模塊上的滑塊連接，另一端和所述水平支座連接，所述支撐板分別和所述水平支座以及所述頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)相連，所述頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)分別與所述多個(gè)深海立管模塊中的一個(gè)一一對(duì)應(yīng)連接，若干個(gè)所述頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)和所述測(cè)量分析控制模塊連接，所述頂部支撐模塊固定深海立管模塊的一端。優(yōu)選地，所述頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)包括第一傳感器、以及第一萬(wàn)向節(jié)，其中，所述第一傳感器分別與所述支撐板、第一萬(wàn)向節(jié)、以及測(cè)量分析控制模塊連接，所述第一萬(wàn)向節(jié)與對(duì)應(yīng)的所述深海立管模塊連接。優(yōu)選地，所述底部支撐模塊包括底部連接架、支架安裝座、彈性滑動(dòng)組件、直線軸承、以及若干個(gè)底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)，其中，所述底部連接架的一端和所述垂直軌道模塊上的滑塊連接，另一端和所述支架安裝座連接，所述支架安裝座與所述直線軸承連接，所述彈性滑動(dòng)組件穿過(guò)所述支架安裝座且與若干個(gè)所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)連接，若干個(gè)所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)分別與所述多個(gè)深海立管模塊中的一個(gè)一一對(duì)應(yīng)連接，若干個(gè)所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)和所述測(cè)量分析控制模塊連接，所述底部支撐模塊固定所述深海立管模塊的另一端。優(yōu)選地，所述彈性滑動(dòng)組件包括前支撐板、滑動(dòng)軸、緩沖彈簧、以及后支撐板，其中，所述緩沖彈簧套在所述滑動(dòng)軸外部且分別與所述后支撐板和所述直線軸承連接，所述前支撐板、滑動(dòng)軸、后支撐板依次串聯(lián)連接，所述前支撐板分別和若干個(gè)所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)連接，所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)包括第二傳感器和第二萬(wàn)向節(jié)，其中，第二傳感器分別與彈性滑動(dòng)組件、第二萬(wàn)向節(jié)和測(cè)量分析控制模塊連接，第二萬(wàn)向節(jié)與對(duì)應(yīng)的深海立管模塊連接。優(yōu)選地，所述垂直軌道模塊包括垂直軌道、滑塊、以及頂部連接塊，所述垂直軌道垂直于所述水平軌道模塊，所述垂直軌道通過(guò)所述頂部滑塊與所述水平軌道模塊的底部滑塊相連，可以在所述水平軌道模塊上做水平方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述滑塊安裝在所述垂直軌道上，且分別與所述頂部支撐模塊的頂部連接架以及所述底部支撐模塊的底部連接架相連，從而將所述垂直軌道模塊與所述頂支撐模塊以及所述底部模塊連接起來(lái)，兩個(gè)所述整流罩模塊對(duì)稱的布置在所述垂直軌道的一側(cè)，所述垂直軌道模塊為所述多個(gè)深海立管模塊提供支撐作用，若干個(gè)所述深海立管模型模塊在所述垂直軌道模塊的作用下做垂直方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，所述水平軌道模塊包括掛鉤、支撐梁、水平軌道、以及底部滑塊，所述水平軌道垂直于所述垂直軌道，所述水平軌道通過(guò)所述底部滑塊與所述垂直軌道模塊的頂部連接塊相連，所述多個(gè)深海立管模塊在所述水平軌道模塊的作用下做水平方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 所述支撐梁將兩個(gè)所述水平軌道連接起來(lái)，所述水平軌道連接所述掛鉤。優(yōu)選地，所述整流罩模塊包括固定連接的整流罩外殼和整流罩邊板，其中，所述整流罩外殼與所述整流罩邊板連接，四個(gè)所述整流罩邊板分別與兩個(gè)所述垂直軌道的外表面連接，每個(gè)所述垂直軌道上對(duì)稱安裝兩個(gè)所述整流罩模塊，所述整流罩外殼呈機(jī)翼型剖面。
優(yōu)選地，所述測(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、以及電機(jī)控制單元，其中，所述光纖數(shù)據(jù)采集單元分別與所述多個(gè)深海立管模塊連接，所述力數(shù)據(jù)采集單元分別與所述頂部支撐模塊和底部支撐模塊連接，所述電機(jī)控制單元與四個(gè)所述電機(jī)模塊連接，所述光纖數(shù)據(jù)采集單元、力數(shù)據(jù)采集單元和電機(jī)控制單元各自獨(dú)立，所述光纖數(shù)據(jù)采集單元和力數(shù)據(jù)采集單元用于記錄和分析試驗(yàn)中所述立管模型的應(yīng)變和受力，所述電機(jī)控制單元用于控制四個(gè)所述電機(jī)，從而控制兩個(gè)所述垂直軌道模塊、頂部支撐模塊以及底部支撐模塊各自的運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，所述深海立管模塊的個(gè)數(shù)等于二，兩個(gè)所述深海立管模塊為豎直陣列布置或者水平陣列布置。優(yōu)選地，所述深海立管模塊的個(gè)數(shù)等于三，三個(gè)所述深海立管模塊為三角陣列布置。本發(fā)明能夠安裝大尺度立管模型，從而避免尺度效應(yīng)，本發(fā)明能夠充分利用垂直軌道模塊和水平軌道模塊來(lái)模擬大尺度立管模型在海洋平臺(tái)的影響下的渦激振動(dòng)，本發(fā)明能夠根據(jù)實(shí)際需要模擬深海立管模塊所形成的不同陣列。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為實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例的兩立管豎直列陣的斜視圖；圖3為實(shí)施例的垂直軌道模塊和水平軌道模塊的連接示意4為實(shí)施例的深海立管模塊示意5為實(shí)施例的頂部支撐模塊側(cè)視6為實(shí)施例的底部支撐模塊側(cè)視7為實(shí)施例的底部支撐模塊仰視8為實(shí)施例的垂直軌道模塊示意9為實(shí)施例的水平軌道模塊示意10為實(shí)施 歹1的整流罩模塊示意圖；圖11為實(shí)施 歹1的電機(jī)模塊示意圖；圖12為實(shí)施 歹1的測(cè)量分析控制模塊系統(tǒng)框圖；圖13為實(shí)施 歹2的兩立管水平列陣的斜視圖；圖14為實(shí)施 歹3的三立管三角列陣的斜視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明和
具體實(shí)施例方式各實(shí)施例以本發(fā)明所述及技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出詳細(xì)的實(shí)施方式和過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1
在本實(shí)施例中，所述均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置包括多個(gè)深海立管模塊1、頂部支撐模塊2、底部支撐模塊3、兩個(gè)垂直軌道模塊4、水平軌道模塊5、四個(gè)電機(jī)模塊6、四個(gè)整流罩模塊7、以及測(cè)量分析控制模塊9。其中，兩個(gè)所述垂直軌道模塊4分別與所述水平軌道模塊5的底部、頂部支撐模塊2、以及底部支撐模塊3連接，所述水平軌道模塊5分別與拖車10另一側(cè)的底部和兩個(gè)所述垂直軌道模塊4的頂部連接，所述深海立管模塊1的兩端分別與所述頂部支撐模塊2和所述底部支撐模塊3連接，四個(gè)所述整流罩模塊7的整流罩邊板39分別穿過(guò)且固定于兩個(gè)所述垂直軌道模塊4的外部，每個(gè)所述垂直軌道模塊4上有兩個(gè)所述整流罩模塊7，所述測(cè)量分析控制模塊9設(shè)置于拖車10上，所述測(cè)量分析控制模塊9通過(guò)導(dǎo)線分別與所述深海立管模塊1、頂部支撐模塊2、底部支撐模塊3、以及四個(gè)電機(jī)模塊6連接，四個(gè)所述電機(jī)模塊6分為兩組，其中的兩個(gè)所述電機(jī)模塊6 安裝在所述水平軌道模塊5上來(lái)控制兩個(gè)所述垂直軌道模塊4的運(yùn)動(dòng)，剩余的兩個(gè)所述電機(jī)模塊6分別安裝在兩個(gè)所述垂直軌道模塊4的頂部上來(lái)控制兩個(gè)所述垂直軌道模塊4上的所述滑塊34的運(yùn)動(dòng)，從而控制所述頂部支撐模塊2和底部支撐模塊3運(yùn)動(dòng)，其中，所述深海立管模塊1的個(gè)數(shù)為兩個(gè)以上，多個(gè)所述深海立管模塊構(gòu)成深海立管模塊列陣。優(yōu)選地，如圖2所示，當(dāng)所述深海立管模塊1的個(gè)數(shù)等于2時(shí)，兩個(gè)所述深海立管模塊1為豎直陣列布置。所述深海立管模塊1包括光纖光柵傳感器13、兩個(gè)立管固定接頭14、以及立管模型15，其中，所述光纖光柵傳感器13沿所述立管模型15表面軸向均勻布置，所述立管模型 15兩端分別與兩個(gè)所述立管固定接頭14連接，兩個(gè)所述立管固定接頭14分別與所述頂部部支撐模塊2和所述底部支撐模塊3連接，所述光纖光柵傳感器13與所述測(cè)量分析控制模塊9連接。所述深海立管模塊1用來(lái)模擬實(shí)際海洋中的立管。所述深海立管模型15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。所述頂部支撐模塊2包括頂部連接架16、水平支座17、支撐板18、以及若干個(gè)頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)19，其中，所述頂部連接架16的一端和所述垂直軌道模塊4上的滑塊34連接，另一端和所述水平支座17連接，所述支撐板18分別和所述水平支座17以及所述頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)19相連。所述頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)19分別與所述多個(gè)深海立管模塊1中的一個(gè)一一對(duì)應(yīng)連接，若干個(gè)所述頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)19和所述測(cè)量分析控制模塊9連接。所述頂部支撐模塊2用來(lái)固定深海立管模塊1的一端。所述頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)19包括第一傳感器21、以及第一萬(wàn)向節(jié)20，其中，所述第一傳感器21分別與所述支撐板18、第一萬(wàn)向節(jié)20、以及測(cè)量分析控制模塊9連接，所述第一萬(wàn)向節(jié)20與對(duì)應(yīng)的所述深海立管模塊1連接。所述底部支撐模塊3包括底部連接架對(duì)、支架安裝座25、彈性滑動(dòng)組件22、直線軸承26、以及若干個(gè)底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)23，其中，所述底部連接架M的一端和另一個(gè)所述垂直軌道模塊4上的滑塊34連接，另一端和所述支架安裝座25連接，所述支架安裝座25 與所述直線軸承26連接，所述彈性滑動(dòng)組件22穿過(guò)所述支架安裝座25且與若干個(gè)所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)23連接，若干個(gè)所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)23分別與所述多個(gè)深海立管模塊 1中的一個(gè)一一對(duì)應(yīng)連接，若干個(gè)所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)23和所述測(cè)量分析控制模塊9連接。所述底部支撐模塊3用來(lái)所述固定深海立管模塊1的另一端，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。所述彈性滑動(dòng)組件22包括前支撐板27、滑動(dòng)軸28、緩沖彈簧29、以及后支撐板 30，其中，所述緩沖彈簧四套在所述滑動(dòng)軸28外部且分別與所述后支撐板30和所述直線軸承26連接，所述前支撐板27、滑動(dòng)軸觀、后支撐板30依次串聯(lián)連接，所述前支撐板27分別和若干個(gè)所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)23連接。所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)23包括第二傳感器31和第二萬(wàn)向節(jié)32，其中，所述第二傳感器31分別與所述彈性滑動(dòng)組件21、第二萬(wàn)向節(jié)32以及測(cè)量分析控制模塊9連接，所述第二萬(wàn)向節(jié)32與對(duì)應(yīng)的所述深海立管模塊1連接。所述垂直軌道模塊4包括垂直軌道33、滑塊34、以及頂部連接塊12，所述垂直軌道33垂直于所述水平軌道模塊5和拖曳水池11池底。所述垂直軌道33通過(guò)所述頂部滑塊12與所述水平軌道模塊5的底部滑塊37相連，可以在所述水平軌道模塊5上做水平方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述滑塊34安裝在所述垂直軌道33上，且分別與所述頂部支撐模塊2的頂部連接架16以及所述底部支撐模塊3的底部連接架M相連，從而將所述垂直軌道模塊4 與所述頂支撐模塊2以及所述底部模塊3連接起來(lái)，兩個(gè)所述整流罩模塊7對(duì)稱的布置在所述垂直軌道33的一側(cè)。所述垂直軌道模塊4為所述深海立管模塊1提供支撐作用。所述深海立管模型模塊1可以在所述垂直軌道模塊4的作用下做垂直方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所述水平軌道模塊5包括掛鉤8、支撐梁35、水平軌道36、以及底部滑塊37，所述水平軌道36垂直于所述垂直軌道33，平行于水池11池底。所述水平軌道36通過(guò)所述掛鉤 8與拖車10的底部相連并且通過(guò)所述底部滑塊37與所述垂直軌道模塊4的頂部連接塊12 相連。所述深海立管模塊1可以在所述水平軌道模塊5的作用下做水平方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 所述支撐梁35的作用是將兩個(gè)所述水平軌道36連接起來(lái)。所述整流罩模塊7包括固定連接的整流罩外殼39和整流罩邊板40，其中，所述整流罩外殼39與所述整流罩邊板40連接，四個(gè)所述整流罩邊板40分別與兩個(gè)所述垂直軌道 33的外表面連接。每個(gè)所述垂直軌道33上安裝兩個(gè)所述整流罩模塊7，二者對(duì)稱布置。所述整流罩外殼39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11所示，所述四個(gè)電機(jī)模塊6為已有試驗(yàn)設(shè)備。四個(gè)所述電機(jī)模塊6分為兩組，其中的兩個(gè)所述電機(jī)模塊6安裝在所述水平軌道模塊5上來(lái)控制兩個(gè)所述垂直軌道模塊4的運(yùn)動(dòng)，剩余的兩個(gè)所述電機(jī)模塊6分別安裝在兩個(gè)所述垂直軌道模塊4的頂部來(lái)控制兩個(gè)所述垂直軌道模塊4上的滑塊34的運(yùn)動(dòng)，從而控制所述頂部支撐模塊2和所述底部支撐模塊3運(yùn)動(dòng)。所述測(cè)量分析控制模塊9包括光纖數(shù)據(jù)采集單元41、力數(shù)據(jù)采集單元42和電機(jī)控制單元43，其中，所述光纖數(shù)據(jù)采集單元41分別與多個(gè)所述深海立管模塊1連接，所述力數(shù)據(jù)采集單元42分別與所述頂部支撐模塊2和底部支撐模塊3連接，所述電機(jī)控制單元 43與四個(gè)所述電機(jī)模塊6連接，所述光纖數(shù)據(jù)采集單元41、力數(shù)據(jù)采集單元42和電機(jī)控制單元43各自獨(dú)立，均位于拖車10上。所述光纖數(shù)據(jù)采集單元41和力數(shù)據(jù)采集單元42含有實(shí)時(shí)采集分析軟件，能夠記錄和分析試驗(yàn)中所述立管模型1的應(yīng)變和受力。所述電機(jī)控制單元43能夠控制四個(gè)所述電機(jī)6，從而控制兩個(gè)所述垂直軌道模塊4、頂部支撐模塊2以及底部支撐模塊3各自的運(yùn)動(dòng)。實(shí)施例2
如圖13所示，當(dāng)所述深海立管模塊1的個(gè)數(shù)等于2時(shí)，兩個(gè)所述深海立管模塊1為水平陣列布置。實(shí)施例3
如圖14所示，當(dāng)所述深海立管模塊1的個(gè)數(shù)等于3時(shí)，三個(gè)所述深海立管模塊1為三角陣列布置。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可實(shí)現(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，為海底立管模型15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。根據(jù)本發(fā)明提供的所述裝置有以下優(yōu)點(diǎn)1、所述裝置能夠安裝大尺度立管模型 15，從而避免尺度效應(yīng)；2、所述裝置能夠充分利用拖車10的高速來(lái)模擬大尺度立管模型15 實(shí)雷諾數(shù)渦激振動(dòng)。3、所述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)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。4、所述裝置能夠利用垂直軌道模塊和水平軌道模塊來(lái)進(jìn)行立管的強(qiáng)迫振蕩試驗(yàn)。5、所述裝置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。6、所述裝置能夠根據(jù)實(shí)際需要模擬深海立管模塊1所形成的不同陣列。7、所述裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，安裝和拆卸均非常方便。
權(quán)利要求
1.一種均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括多個(gè)深海立管模塊、頂部支撐模塊、底部支撐模塊、兩個(gè)垂直軌道模塊、水平軌道模塊、四個(gè)電機(jī)模塊、四個(gè)整流罩模塊、以及測(cè)量分析控制模塊，兩個(gè)所述垂直軌道模塊分別與所述水平軌道模塊的底部、頂部支撐模塊、以及底部支撐模塊連接，所述水平軌道模塊與兩個(gè)所述垂直軌道模塊的頂部連接，所述深海立管模塊的兩端分別與所述頂部支撐模塊和所述底部支撐模塊連接，四個(gè)所述整流罩模塊的整流罩邊板分別穿過(guò)且固定于兩個(gè)所述垂直軌道模塊的外部，每個(gè)所述垂直軌道模塊上有兩個(gè)所述整流罩模塊，所述測(cè)量分析控制模塊通過(guò)導(dǎo)線分別與所述深海立管模塊、頂部支撐模塊、底部支撐模塊、以及四個(gè)電機(jī)模塊連接；所述深海立管模塊包括光纖光柵傳感器、兩個(gè)立管固定接頭、以及立管模型，其中，所述光纖光柵傳感器沿所述立管模型表面軸向均勻布置，所述立管模型兩端分別與兩個(gè)所述立管固定接頭連接，兩個(gè)所述立管固定接頭分別與所述頂部部支撐模塊和所述底部支撐模塊連接，所述光纖光柵傳感器與所述測(cè)量分析控制模塊連接；其中，所述深海立管模塊的個(gè)數(shù)為兩個(gè)以上，多個(gè)所述深海立管模塊構(gòu)成深海立管模塊列陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置， 其特征在于，所述深海立管模型的單位長(zhǎng)度質(zhì)量與其單位長(zhǎng)度排開水的質(zhì)量之比為1 :1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置， 其特征在于，所述頂部支撐模塊包括頂部連接架、水平支座、支撐板、以及若干個(gè)頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)，其中，所述頂部連接架的一端和所述垂直軌道模塊上的滑塊連接，另一端和所述水平支座連接，所述支撐板分別和所述水平支座以及所述頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)相連，所述頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)分別與所述多個(gè)深海立管模塊中的一個(gè)一一對(duì)應(yīng)連接，若干個(gè)所述頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)和所述測(cè)量分析控制模塊連接，所述頂部支撐模塊固定深海立管模塊的一端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置， 其特征在于，所述頂部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)包括第一傳感器、以及第一萬(wàn)向節(jié)，其中，所述第一傳感器分別與所述支撐板、第一萬(wàn)向節(jié)、以及測(cè)量分析控制模塊連接，所述第一萬(wàn)向節(jié)與對(duì)應(yīng)的所述深海立管模塊連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置， 其特征在于，所述底部支撐模塊包括底部連接架、支架安裝座、彈性滑動(dòng)組件、直線軸承、以及若干個(gè)底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)，其中，所述底部連接架的一端和所述垂直軌道模塊上的滑塊連接，另一端和所述支架安裝座連接，所述支架安裝座與所述直線軸承連接，所述彈性滑動(dòng)組件穿過(guò)所述支架安裝座且與若干個(gè)所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)連接，若干個(gè)所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)分別與所述多個(gè)深海立管模塊中的一個(gè)一一對(duì)應(yīng)連接，若干個(gè)所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)和所述測(cè)量分析控制模塊連接，所述底部支撐模塊固定所述深海立管模塊的另一端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置， 其特征在于，所述彈性滑動(dòng)組件包括前支撐板、滑動(dòng)軸、緩沖彈簧、以及后支撐板，其中，所述緩沖彈簧套在所述滑動(dòng)軸外部且分別與所述后支撐板和所述直線軸承連接，所述前支撐板、滑動(dòng)軸、后支撐板依次串聯(lián)連接，所述前支撐板分別和若干個(gè)所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)連接，所述底部轉(zhuǎn)動(dòng)傳感結(jié)構(gòu)包括第二傳感器和第二萬(wàn)向節(jié)，其中，所述第二傳感器分別與所述彈性滑動(dòng)組件、第二萬(wàn)向節(jié)、以及測(cè)量分析控制模塊連接，所述第二萬(wàn)向節(jié)與對(duì)應(yīng)的所述深海立管模塊連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置， 其特征在于，所述垂直軌道模塊包括垂直軌道、滑塊、以及頂部連接塊，所述垂直軌道垂直于所述水平軌道模塊，所述垂直軌道通過(guò)所述頂部滑塊與所述水平軌道模塊的底部滑塊相連，可以在所述水平軌道模塊上做水平方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述滑塊安裝在所述垂直軌道上，且分別與所述頂部支撐模塊的頂部連接架以及所述底部支撐模塊的底部連接架相連， 從而將所述垂直軌道模塊與所述頂支撐模塊以及所述底部模塊連接起來(lái)，兩個(gè)所述整流罩模塊對(duì)稱的布置在所述垂直軌道的一側(cè)，所述垂直軌道模塊為所述深海立管模塊提供支撐作用，若干個(gè)所述深海立管模型模塊在所述垂直軌道模塊的作用下做垂直方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述水平軌道模塊包括掛鉤、支撐梁、水平軌道、以及底部滑塊，所述水平軌道垂直于所述垂直軌道，所述水平軌道通過(guò)所述底部滑塊與所述垂直軌道模塊的頂部連接塊相連，所述深海立管模塊在所述水平軌道模塊的作用下做水平方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述支撐梁將兩個(gè)所述水平軌道連接起來(lái)，所述水平軌道連接所述掛鉤。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置， 其特征在于，所述整流罩模塊包括固定連接的整流罩外殼和整流罩邊板，其中，所述整流罩外殼與所述整流罩邊板連接，四個(gè)所述整流罩邊板分別與兩個(gè)所述垂直軌道的外表面連接，每個(gè)所述垂直軌道上對(duì)稱安裝兩個(gè)所述整流罩模塊，所述整流罩外殼呈機(jī)翼型剖面，四個(gè)所述電機(jī)模塊分為兩組，其中的兩個(gè)所述電機(jī)模塊安裝在所述水平軌道模塊上來(lái)控制兩個(gè)所述垂直軌道模塊的運(yùn)動(dòng)，剩余的兩個(gè)所述電機(jī)模塊分別安裝在兩個(gè)所述垂直軌道模塊的頂部上來(lái)控制兩個(gè)所述垂直軌道模塊上的所述滑塊的運(yùn)動(dòng)，從而控制所述頂部支撐模塊和底部支撐模塊運(yùn)動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述測(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、以及電機(jī)控制單元，其中，所述光纖數(shù)據(jù)采集單元分別與多個(gè)所述深海立管模塊連接， 所述力數(shù)據(jù)采集單元分別與所述頂部支撐模塊和底部支撐模塊連接，所述電機(jī)控制單元與四個(gè)所述電機(jī)模塊連接，所述光纖數(shù)據(jù)采集單元、力數(shù)據(jù)采集單元和電機(jī)控制單元各自獨(dú)立，所述光纖數(shù)據(jù)采集單元和力數(shù)據(jù)采集單元用于記錄和分析試驗(yàn)中所述立管模型的應(yīng)變和受力，所述電機(jī)控制單元用于控制四個(gè)所述電機(jī)，從而控制兩個(gè)所述垂直軌道模塊、頂部支撐模塊以及底部支撐模塊各自的運(yùn)動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述深海立管的個(gè)數(shù)為如下數(shù)量中的任一種所述深海立管模塊的個(gè)數(shù)等于二，兩個(gè)所述深海立管模塊為豎直陣列布置或者水平陣列布置；或者所述深海立管模塊的個(gè)數(shù)等于三，三個(gè)所述深海立管模塊為三角陣列布置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種均勻流下頂端可運(yùn)動(dòng)深海立管列陣模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置，包括多個(gè)深海立管模塊、頂部支撐模塊、底部支撐模塊、兩個(gè)垂直軌道模塊、水平軌道模塊、四個(gè)電機(jī)模塊、四個(gè)整流罩模塊和測(cè)量分析控制模塊，所述深海立管模塊的兩端分別與所述頂部支撐模塊和所述底部支撐模塊連接，測(cè)量分析控制模塊通過(guò)導(dǎo)線分別與所述深海立管模塊連接。本發(fā)明能夠安裝大尺度立管模型，從而避免尺度效應(yīng)，本發(fā)明能夠充分利用垂直軌道模塊和水平軌道模塊來(lái)模擬大尺度立管模型在海洋平臺(tái)的影響下的渦激振動(dòng)，本發(fā)明能夠根據(jù)實(shí)際需要模擬深海立管模塊所形成的不同陣列。本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，安裝和拆卸均非常方便。
文檔編號(hào)G01M10/00GK102305697SQ201110219639
公開日2012年1月4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, 李鯉 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)