一種隔水管繞流阻力系數(shù)和升力系數(shù)的測定裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及隔水管繞流阻力系數(shù)和升力系數(shù)的測定裝置，屬于油氣田開發(fā)技術領域。
【背景技術】
[0002]鈍體繞流是流體力學的經(jīng)典問題之一，1908年，Benard就記錄下了水中圓柱背對來流一側(cè)的周期性漩渦脫落。1911年馮.卡門從理論上研究了圓柱繞流產(chǎn)生的兩列渦街的穩(wěn)定性，此后引起了眾多學者對繞流問題廣泛的關注。隔水管是海洋石油鉆井的重要組成部分，作為傳輸管線廣泛用于連接井口、海底管道與浮式結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)場使用過程中，波浪、洋流經(jīng)過隔水管時會產(chǎn)生繞流作用，在隔水管背面出現(xiàn)周期性漩渦，并交替脫落。漩渦的產(chǎn)生和釋放過程中產(chǎn)生渦激振動現(xiàn)象，進而對隔水管產(chǎn)生周期性升力和阻力。阻力方向與洋流運動方向相反，大小呈周期性變化;升力方向與洋流方向垂直，大小也呈周期性變化。這兩種力的作用，將會使隔水管產(chǎn)生不同程度上的疲勞損壞甚至破裂，對隔水管產(chǎn)生摧毀性破壞現(xiàn)象屢見不鮮。因此，通過實驗模擬海洋隔水管的受力，對實際工程的研究具有十分重要的意義。在海洋實際工況下，洋流速度為0-1.5m/s，隔水管直徑大多在0.5-lm左右，可知隔水管所處水下環(huán)境雷諾數(shù)Re3 = O-1.5 X 106。在實驗裝置的設計中，考慮到實驗裝置、場地大小及操作難易程度，將直徑在Im左右的圓柱等比例縮小，圓環(huán)水槽兩壁面間距與圓柱試件直徑之比為40，可忽略壁面邊界流動對試件帶來的影響。要求實驗中流體流經(jīng)隔水管模型的流動特性必須和實際情況相近;研究表明當圓柱長徑比L/D>6時，能很好反應整個流場。模型縮小的理論依據(jù)為:雷諾數(shù)相似準則。不可壓縮流體動力學控制方程的無因次方程表明，只要控制方程中的雷諾數(shù)相同，無論任何牛頓流體，其流動形式是完全一樣的。因此，保證在實驗和實際工況下雷洛數(shù)Re相近時，將隔水管模型縮小是合理的。
[0003]目前用于模擬隔水管升力、阻力的實驗裝置申請專利有:一種深水立管的時域渦激升力確定方法(申請?zhí)?01110291358.0)、用于粧柱繞流試驗的作用力測量裝置(申請?zhí)?01210160094.X)、隔水管阻力系數(shù)的實驗與研究(方華燦，石油礦場機械)等。上述成果在一定程度上實現(xiàn)了現(xiàn)在隔水管阻力系數(shù)實驗，但仍存在以下問題:1.模擬水洞對實驗隔水管進行水力繞流測試，但并未進行升力測試，實驗數(shù)據(jù)對現(xiàn)場生產(chǎn)作用有限;2.模擬產(chǎn)生水洞如果要制造出符合現(xiàn)場狀態(tài)的水流情況，需要較大的空間和大功率水栗，增大實驗難度，增加實驗成本。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種隔水管繞流阻力系數(shù)和升力系數(shù)的測定裝置，本裝置改變傳統(tǒng)的水洞模型實驗裝置的工作方式，讓水體保持靜止，隔水管保持運動，從而能完成更多實驗數(shù)據(jù)采集，同時達到節(jié)約空間和減少動力裝置的目的。
[0005]本實用新型是通過下述技術方案來實現(xiàn)的:
[0006]一種隔水管繞流阻力系數(shù)和升力系數(shù)的測定裝置，包括轉(zhuǎn)動機構(gòu)、實驗機構(gòu)、控制系統(tǒng)和圓環(huán)形水槽;所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括支撐板、變頻電機、電機支座、聯(lián)軸器、軸承支座、軸承、轉(zhuǎn)軸;所述實驗機構(gòu)包括連桿、傳感器接頭一、測阻力傳感器、傳感器接頭二、測升力傳感器、試件夾具、緊定螺釘、圓柱試件;所述圓環(huán)形水槽為內(nèi)外兩層環(huán)形鐵板構(gòu)成的水槽，支撐板通過地腳螺栓安裝固定在圓環(huán)形水槽中部，保持轉(zhuǎn)動機構(gòu)中心位于圓環(huán)形水槽的圓心并與水平面保持垂直;變頻電機通過螺栓固定在電機支座下部；電機支座和軸承支座用螺栓分別固定在支撐板上部;軸承安裝于軸承支座中，轉(zhuǎn)軸下部與軸承和聯(lián)軸器連接，連桿一端與轉(zhuǎn)軸上部垂直連接，連桿保持水平;連桿另一端依次連接傳感器接頭一和測阻力傳感器，阻力傳感器保持水平;升力傳感器上端通過傳感器接頭二固定安裝在測阻力傳感器末端，升力傳感器垂直于水平面;試件夾具與傳感器接頭二用螺栓連接，圓柱試件與試件夾具用緊定螺釘連接，圓柱試件垂直于水平面。
[0007]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)軸下部為直徑不同的兩段，分別與軸承和聯(lián)軸器連接，連接方式均為過渡配合。
[0008]優(yōu)選的，所述連桿與轉(zhuǎn)軸上部采用熱裝方式安裝，將轉(zhuǎn)軸加熱到安裝孔能放入連桿后，冷卻至連桿安裝緊固。
[0009]優(yōu)選的，所述阻力傳感器用于測量試件運動時所受阻力Fd，升力傳感器用于測量圓柱試件運動時受到的升力Fu
[0010]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)上設有無線接收裝置，接收操作信號，并操作變頻電機啟停和轉(zhuǎn)速。
[0011]優(yōu)選的，所述實驗機構(gòu)上設有無線發(fā)送裝置，發(fā)送阻力傳感器和升力傳感器所檢測到的數(shù)據(jù)。
[0012]優(yōu)選的，所述圓柱試件有多個類型，各類型直徑不同，根據(jù)實驗需求，選擇安裝對應直徑的圓柱試件進行實驗;在同一直徑的情況下，選擇不同表面織構(gòu)，如光滑表面，凹坑表面，凹槽表面的圓柱試件進行對比實驗。
[0013]優(yōu)選的，所述裝置旋轉(zhuǎn)半徑與圓柱試件半徑相比極大，圓柱試件沿著圓周方向的轉(zhuǎn)動近似直線運動。
[0014]本實用新型還提供一種煙葉復烤智能化自動擺把裝置的工作方法，步驟如下:
[0015]I)初始狀態(tài)下，安裝好所選類型的圓柱試件，向圓環(huán)形水槽中灌入清水或配制出的海水，水深控制到圓柱試件上端，保持水面平靜；
[0016]2)啟動裝置，系統(tǒng)開始自檢，自檢完成后，設定變頻電機轉(zhuǎn)速，開啟變頻電機；
[0017]3)轉(zhuǎn)動機構(gòu)帶動實驗機構(gòu)開始轉(zhuǎn)動，并達到勻速圓周運動；
[0018]4)阻力傳感器和升力傳感器檢測實驗過程中的阻力和升力，通過無線發(fā)送裝置傳送到控制系統(tǒng)中保存并進行轉(zhuǎn)換，從而得到不同雷諾數(shù)下阻力系數(shù)Cd和升力系數(shù)&的大?。?br>[0019]5)本組數(shù)據(jù)測試完畢后，改變頻率重復上述步驟，得到不同雷諾數(shù)下阻力和升力系數(shù)；
[0020]6)實驗結(jié)束后，關閉設備并排出圓環(huán)形水槽中的水，清理實驗裝置。
[0021 ]本實用新型的優(yōu)點在于:
[0022]1.本實用新型改變傳統(tǒng)水洞實驗裝置的水體流動、試件靜止的模式，讓水體靜止、試件運動，利用水體與試件的相對運動完成實驗，在保證實驗效果的同時，簡化了實驗裝置，極大的提高了實驗的可操作性。
[0023]2.裝置采用變頻電機提供動力，能輸出不同的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)雷諾數(shù)。
[0024]3.各部分采用分離式設計，通過螺栓連接，易于拆卸和安裝。
[0025]4.實驗利用單向傳感器測力，測量數(shù)據(jù)精準。
【附圖說明】
[0026]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0027]圖2是本實用新型的主體部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖俯視圖。
[0029]圖中所示:1_支撐板、2-變頻電機、3-電機支座、4-聯(lián)軸器、5-軸承支座、6-軸承、7-轉(zhuǎn)軸、8-連桿、9-傳感器接頭、10-測阻力傳感器、11-傳感器接頭、12-測升力傳感器、13-試件夾具、14-緊定螺釘、15-圓柱試件、16-圓環(huán)形水槽。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合說明書附圖和實施例對本實用新型做詳細的說明，但不限于此。
[0031]如圖1?圖3所示，一種隔水管繞流阻力系數(shù)和升力系數(shù)的測定裝置，包括轉(zhuǎn)動機構(gòu)，實驗機構(gòu)、控制系統(tǒng)和圓環(huán)形水槽16 ；所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括支撐板1、變頻電機2、電機支座
3、聯(lián)軸器4、軸承支座5、軸承6、轉(zhuǎn)軸7，轉(zhuǎn)動機構(gòu)上設有無線接收裝置，接收操作信號，并操作變頻電機啟停和轉(zhuǎn)速;所述實驗機構(gòu)包括連桿8、傳感器