局部流速增大立管束空間布置可變的渦激振動試驗裝置的制造方法
【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)域的試驗裝置，具體地說，涉及的是一種局部流速增大立管束空間布置可變的渦激振動試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟迅速發(fā)展，生產(chǎn)力的提高，能源消耗越來越大，我國由原來的石油出口國變?yōu)檫M口國。石油已成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，海洋石油開發(fā)是世界能源開發(fā)的重要領(lǐng)域。立管系統(tǒng)是深海石油開采系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵部分。立管連接了海底油氣田和海上作業(yè)平臺，使海上作業(yè)平臺可以進行鉆探、導(dǎo)液、導(dǎo)泥等工作。隨著油氣開采向深海進軍，立管的作業(yè)水深也越來越大，在深水區(qū)域，波浪和海面船體運動對立管造成的損傷逐漸減弱，但海流成為了造成立管損傷的主要因素。海流的作用水深范圍很大，當(dāng)海流經(jīng)過海洋立管時，立管后緣將產(chǎn)生交替的漩渦脫落，當(dāng)漩渦脫落頻率與立管自振頻率相近時，立管的振動將迫使漩渦脫落頻率固定在立管自振頻率附近，從而發(fā)生“鎖定”現(xiàn)象。另外海洋立管并不是單獨作業(yè)，在實際的工程應(yīng)用中，多根立管會組成立管束共同作業(yè)，不同立管的渦激振動會產(chǎn)生相互影響，因此探究多根立管渦激振動具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
[0003]在實際的海洋工程環(huán)境，不僅立管軸向與來流垂直方向存在一定傾角，同時從海平面到海底整個深度范圍內(nèi)的流速截面并不是一成不變的，例如墨西哥灣或者中國南海的深水區(qū)域，一般表層300米的范圍內(nèi)平均流速是300-800米水深的4到5倍，是800米水深以下的20倍以上，存在局部流速增大的區(qū)域。
[0004]研究存在局部流速增大來流條件的立管束渦激振動的最可靠和最有效的手段是模型試驗。通過模型試驗，可以比較全面的了解立管束渦激振動主要特征，以及采用何種方式的抑制措施對立管束渦激振動進行抑制。然而，經(jīng)過對現(xiàn)有的技術(shù)文獻調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外立管束渦激振動試驗研究非常少，主要原因缺乏必要的試驗設(shè)備。學(xué)術(shù)界對于如何設(shè)計試驗裝置、如何實現(xiàn)局部流速增大，如何實現(xiàn)多根立管的排布方式，如何能夠?qū)崿F(xiàn)簡單、高效的調(diào)整不同的立管束排布方式等還存在諸多未知。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對局部流速增大來流海洋立管束渦激振動試驗研究存在的難點和不足，提供了研究局部流速增大來流海洋立管束渦激振動或渦激振動抑制的試驗裝置，能夠模擬局部增大來流，對深海張緊式立管束開展試驗研究，探究局部增大來流條件下深海立管束渦激振動發(fā)生機理及抑制措施，為工程實際提供參考和借鑒。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種局部流速增大立管束空間布置可變的渦激振動試驗裝置，包括多個海洋立管模型、橫向試驗支持架、拖車、應(yīng)變采集儀和計算機，所述海洋立管模型的一端設(shè)有第一端部支撐裝置，所述海洋立管模型的另一端設(shè)有第二端部支撐裝置，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支持架的兩端連接，所述橫向試驗支持架固定于所述拖車的底部；所述海洋立管模型包括若干條導(dǎo)線和一薄壁銅管，所述導(dǎo)線的外徑為0.3mm，所述導(dǎo)線為7芯導(dǎo)線，所述薄壁銅管的外徑為8_、壁厚為1_ ;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)變的應(yīng)變片，所述應(yīng)變片通過接線端子與所述導(dǎo)線相連，所述導(dǎo)線的兩端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銷釘連接有第一圓柱接頭，所述薄壁銅管的另一端通過銷釘連接有第二圓柱接頭；所述橫向試驗支持架包括主體橫梁，所述主體橫梁固定在所述拖車上；所述主體橫梁的兩側(cè)分別與第一端部支撐裝置和第二端部支撐裝置連接；所述主體橫梁上、在位于第二端部支撐裝置連接端的外側(cè)設(shè)有多根拉力固定軸；所述第一端部支撐裝置包括豎直方向的第一支撐桿，所述第一支撐桿的頂部與所述主體橫梁的一端連接，所述第一支撐桿的底部連接有第一支撐板，所述第一支撐板的內(nèi)側(cè)通過導(dǎo)流板固定螺絲連接有與所述第一支撐板平行的第一導(dǎo)流板，所述第一支撐板的中部設(shè)有轉(zhuǎn)盤安裝孔，所述轉(zhuǎn)盤安裝孔中固定有第一支撐板轉(zhuǎn)盤，所述第一導(dǎo)流板上、在與所述第一支撐板轉(zhuǎn)盤對應(yīng)的位置設(shè)有導(dǎo)流板轉(zhuǎn)盤安裝孔，所述導(dǎo)流板轉(zhuǎn)盤安裝孔中固定有第一導(dǎo)流板轉(zhuǎn)盤，所述第一導(dǎo)流板轉(zhuǎn)盤與所述第一支撐板轉(zhuǎn)盤的大小相同且位置對正，所述第一支撐板轉(zhuǎn)盤與所述第一導(dǎo)流板轉(zhuǎn)盤之間通過轉(zhuǎn)盤固定螺絲連接；所述第一支撐板轉(zhuǎn)盤和第一導(dǎo)流板轉(zhuǎn)盤上均設(shè)有多個位置一一對應(yīng)的通孔，所述通孔的數(shù)量和位置分別與試驗時海洋立管模型的數(shù)量和安裝位置相同，所述第一導(dǎo)流板轉(zhuǎn)盤上的通孔為立管安裝孔，每個立管安裝孔內(nèi)設(shè)有一個萬向聯(lián)軸節(jié)，所述萬向聯(lián)軸節(jié)的一端通過萬向聯(lián)軸節(jié)螺絲固定在第一支撐板轉(zhuǎn)盤上，所述萬向聯(lián)軸節(jié)的另一端與一海洋立管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桿，所述第二支撐桿的頂部與所述主體橫梁的另一端連接，所述第二支撐桿的底部連接有第二支撐板，所述第二支撐板的內(nèi)側(cè)通過導(dǎo)流板固定螺絲連接有與所述第二支撐板平行的第二導(dǎo)流板，所述第二支撐板的中部設(shè)有轉(zhuǎn)盤安裝孔，所述轉(zhuǎn)盤安裝孔中固定有第二支撐板轉(zhuǎn)盤，所述第二導(dǎo)流板上、在與所述第二支撐板轉(zhuǎn)盤對應(yīng)的位置設(shè)有導(dǎo)流板轉(zhuǎn)盤安裝孔，所述導(dǎo)流板轉(zhuǎn)盤安裝孔中固定有第二導(dǎo)流板轉(zhuǎn)盤，所述第二導(dǎo)流板轉(zhuǎn)盤與所述第二支撐板轉(zhuǎn)盤的大小相同且位置對正，所述第二支撐板轉(zhuǎn)盤與所述第二導(dǎo)流板轉(zhuǎn)盤之間通過轉(zhuǎn)盤固定螺絲連接；所述第二支撐板轉(zhuǎn)盤和第二導(dǎo)流板轉(zhuǎn)盤上均設(shè)有多個位置一一對應(yīng)的通孔，所述通孔的數(shù)量和位置分別與試驗時海洋立管模型的數(shù)量和安裝位置相同；所述第二導(dǎo)流板轉(zhuǎn)盤上的通孔為立管安裝孔，所述第二支撐板轉(zhuǎn)盤的外側(cè)設(shè)有多個滑輪，所述滑輪的個數(shù)與試驗時安裝的海洋立管模型的數(shù)量相同，所述第二支撐板轉(zhuǎn)盤上位于每個滑輪的下方分別設(shè)有一鋼絲繩過線孔，所述海洋立管模型的第二圓柱接頭連接有一條鋼絲繩，所述鋼絲繩通過一鋼絲繩過線孔后繞入第二支撐板轉(zhuǎn)盤的一滑輪槽中，然后依次連接有拉力彈簧、拉力張緊器、拉力傳感器，最后固定在主體橫梁上的一根拉力固定軸上；所述鋼絲繩和與之連接的海洋立管模型的軸線在同一平面內(nèi)；所述導(dǎo)線和所述拉力傳感器與所述應(yīng)變采集儀聯(lián)接，所述應(yīng)變采集儀與所述計算機連接；所述海底管道模型的中部設(shè)有流速增大裝置，所述流速增大裝置包括流速增大罩和支持柱，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)流段的開口大小與喇叭形的小口端大小一致；所述增速段的進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的通孔；所述支持柱的頂端固定在橫向試驗支持架上，所述支持柱的頂部和中部分別焊接有連接板，所述連接板通過螺絲固定在所述橫向試驗支持架上，所述支持柱的底端與所述流速增大罩焊接；所述支持柱的中部兩側(cè)與所述橫向試驗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。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0008]本發(fā)明設(shè)計了局部流速增大來流海洋立管束渦激振動試驗裝置，可實現(xiàn)更加貼近于海洋工程實際的局部增大來流條件，并可完成不同排布的立管束渦激振動試驗研究，彌補了學(xué)術(shù)界在這方面的不足，同時本發(fā)明裝置設(shè)計制作簡單，安裝方便，容易推廣，造價低廉。試驗時針對不同的立管束排布方式，通過調(diào)整兩端支撐板轉(zhuǎn)盤，大大提高了試驗效率，優(yōu)化了試驗中多根立管模型的安裝。是海洋立管束渦激振動研究必不可少的試驗裝置。
【附圖說明】
[0009]圖1