本发明专利技术公开了一种局部流速增大立管束空间布置可变的涡激振动试验装置，包括多个海洋立管模型、横向试验支持架、拖车、应变采集仪和计算机，所述横向试验支持架的主体横梁的一端外侧设有多根拉力固定轴；所述海洋立管模型与拉力固定轴之间连接有钢丝绳，所述海底管道模型的中部设有流速增大装置，所述流速增大装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顺次布置的增速段和稳流段，所述增速段的进水端与出水端的面积比为该流速增大装置所要增大的流速倍数；本发明专利技术能够模拟局部增大来流，对深海张紧式立管束开展试验研究，探究局部增大来流条件下深海立管束涡激振动发生机理及抑制措施，为工程实际提供参考和借鉴。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种海洋工程
的试验装置，具体地说，涉及的是一种局部流速增大立管束空间布置可变的涡激振动试验装置。
技术介绍
随着经济迅速发展，生产力的提高，能源消耗越来越大，我国由原来的石油出口国变为进口国。石油已成为制约我国经济发展的瓶颈，海洋石油开发是世界能源开发的重要领域。立管系统是深海石油开采系统中不可缺少的关键部分。立管连接了海底油气田和海上作业平台，使海上作业平台可以进行钻探、导液、导泥等工作。随着油气开采向深海进军，立管的作业水深也越来越大，在深水区域，波浪和海面船体运动对立管造成的损伤逐渐减弱，但海流成为了造成立管损伤的主要因素。海流的作用水深范围很大，当海流经过海洋立管时，立管后缘将产生交替的漩涡脱落，当漩涡脱落频率与立管自振频率相近时，立管的振动将迫使漩涡脱落频率固定在立管自振频率附近，从而发生“锁定”现象。另外海洋立管并不是单独作业，在实际的工程应用中，多根立管会组成立管束共同作业，不同立管的涡激振动会产生相互影响，因此探究多根立管涡激振动具有重要的理论和现实意义。在实际的海洋工程环境，不仅立管轴向与来流垂直方向存在一定倾角，同时从海平面到海底整个深度范围内的流速截面并不是一成不变的，例如墨西哥湾或者中国南海的深水区域，一般表层300米的范围内平均流速是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区域。研究存在局部流速增大来流条件的立管束涡激振动的最可靠和最有效的手段是模型试验。通过模型试验，可以比较全面的了解立管束涡激振动主要特征，以及采用何种方式的抑制措施对立管束涡激振动进行抑制。然而，经过对现有的技术文献调研发现，国内外立管束涡激振动试验研究非常少，主要原因缺乏必要的试验设备。学术界对于如何设计试验装置、如何实现局部流速增大，如何实现多根立管的排布方式，如何能够实现简单、高效的调整不同的立管束排布方式等还存在诸多未知。
技术实现思路
本专利技术针对局部流速增大来流海洋立管束涡激振动试验研究存在的难点和不足，提供了研究局部流速增大来流海洋立管束涡激振动或涡激振动抑制的试验装置，能够模拟局部增大来流，对深海张紧式立管束开展试验研究，探究局部增大来流条件下深海立管束涡激振动发生机理及抑制措施，为工程实际提供参考和借鉴。为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种局部流速增大立管束空间布置可变的涡激振动试验装置，包括多个海洋立管模型、横向试验支持架、拖车、应变采集仪和计算机，所述海洋立管模型的一端设有第一端部支撑装置，所述海洋立管模型的另一端设有第二端部支撑装置，所述第一端部支撑装置和第二端部支撑装置的顶部分别与所述横向试验支持架的两端连接，所述横向试验支持架固定于所述拖车的底部；所述海洋立管模型包括若干条导线和一薄壁铜管，所述导线的外径为0.3mm，所述导线为7芯导线，所述薄壁铜管的外径为8_、壁厚为1_ ;自所述薄壁铜管的外表面依次向外设有相互紧密接触的若干层热缩管和一层硅胶管，所述薄壁铜管与所述热缩管之间设有多片用于采集应变的应变片，所述应变片通过接线端子与所述导线相连，所述导线的两端与所述薄壁铜管的一端或分别与所述薄壁铜管的两端固定；所述薄壁铜管的一端通过销钉连接有第一圆柱接头，所述薄壁铜管的另一端通过销钉连接有第二圆柱接头；所述横向试验支持架包括主体横梁，所述主体横梁固定在所述拖车上；所述主体横梁的两侧分别与第一端部支撑装置和第二端部支撑装置连接；所述主体横梁上、在位于第二端部支撑装置连接端的外侧设有多根拉力固定轴；所述第一端部支撑装置包括竖直方向的第一支撑杆，所述第一支撑杆的顶部与所述主体横梁的一端连接，所述第一支撑杆的底部连接有第一支撑板，所述第一支撑板的内侧通过导流板固定螺丝连接有与所述第一支撑板平行的第一导流板，所述第一支撑板的中部设有转盘安装孔，所述转盘安装孔中固定有第一支撑板转盘，所述第一导流板上、在与所述第一支撑板转盘对应的位置设有导流板转盘安装孔，所述导流板转盘安装孔中固定有第一导流板转盘，所述第一导流板转盘与所述第一支撑板转盘的大小相同且位置对正，所述第一支撑板转盘与所述第一导流板转盘之间通过转盘固定螺丝连接；所述第一支撑板转盘和第一导流板转盘上均设有多个位置一一对应的通孔，所述通孔的数量和位置分别与试验时海洋立管模型的数量和安装位置相同，所述第一导流板转盘上的通孔为立管安装孔，每个立管安装孔内设有一个万向联轴节，所述万向联轴节的一端通过万向联轴节螺丝固定在第一支撑板转盘上，所述万向联轴节的另一端与一海洋立管模型中的第一圆柱接头连接；所述第二端部支撑装置包括竖直方向的第二支撑杆，所述第二支撑杆的顶部与所述主体横梁的另一端连接，所述第二支撑杆的底部连接有第二支撑板，所述第二支撑板的内侧通过导流板固定螺丝连接有与所述第二支撑板平行的第二导流板，所述第二支撑板的中部设有转盘安装孔，所述转盘安装孔中固定有第二支撑板转盘，所述第二导流板上、在与所述第二支撑板转盘对应的位置设有导流板转盘安装孔，所述导流板转盘安装孔中固定有第二导流板转盘，所述第二导流板转盘与所述第二支撑板转盘的大小相同且位置对正，所述第二支撑板转盘与所述第二导流板转盘之间通过转盘固定螺丝连接；所述第二支撑板转盘和第二导流板转盘上均设有多个位置一一对应的通孔，所述通孔的数量和位置分别与试验时海洋立管模型的数量和安装位置相同；所述第二导流板转盘上的通孔为立管安装孔，所述第二支撑板转盘的外侧设有多个滑轮，所述滑轮的个数与试验时安装的海洋立管模型的数量相同，所述第二支撑板转盘上位于每个滑轮的下方分别设有一钢丝绳过线孔，所述海洋立管模型的第二圆柱接头连接有一条钢丝绳，所述钢丝绳通过一钢丝绳过线孔后绕入第二支撑板转盘的一滑轮槽中，然后依次连接有拉力弹簧、拉力张紧器、拉力传感器，最后固定在主体横梁上的一根拉力固定轴上；所述钢丝绳和与之连接的海洋立管模型的轴线在同一平面内；所述导线和所述拉力传感器与所述应变采集仪联接，所述应变采集仪与所述计算机连接；所述海底管道模型的中部设有流速增大装置，所述流速增大装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顺次布置的增速段和稳流段，所述增速段呈喇叭形，所述增速段的进水端为喇叭形的大口端，所述增速段的出水端为喇叭形的小口端，所述稳流段的开口大小与喇叭形的小口端大小一致；所述增速段的进水端与出水端的面积比为该流速增大装置所要增大的流速倍数；所述稳流段设有用于所述海底管道模型穿过的通孔；所述支持柱的顶端固定在横向试验支持架上，所述支持柱的顶部和中部分别焊接有连接板，所述连接板通过螺丝固定在所述横向试验支持架上，所述支持柱的底端与所述流速增大罩焊接；所述支持柱的中部两侧与所述横向试验支持架之间分别连接有斜拉钢丝绳，所述斜拉钢丝绳上连接有拉力张紧器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:本专利技术设计了局部流速增大来流海洋立管束涡激振动试验装置，可实现更加贴近于海洋工程实际的局部增大来流条件，并可完成不同排布的立管束涡激振动试验研究，弥补了学术界在这方面的不足，同时本专利技术装置设计制作简单，安装方便，容易推广，造价低廉。试验时针对不同的立管束排布方式，通过调整两端支撑板转盘，大大提高了试验效率，优化了试验中多根立管模型的安装。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种局部流速增大立管束空间布置可变的涡激振动试验装置，包括海洋立管模型(1)、横向试验支持架(3)、拖车(21)、应变采集仪和计算机；所述海洋立管模型(1)的一端设有第一端部支撑装置，所述海洋立管模型(1)的另一端设有第二端部支撑装置，所述第一端部支撑装置和第二端部支撑装置的顶部分别与所述横向试验支持架(3)的两端连接，所述横向试验支持架(3)固定于所述拖车(21)的底部；所述海洋立管模型(1)包括若干条导线和一薄壁铜管(8)，所述导线的外径为0.3mm，所述导线为7芯导线，所述薄壁铜管(8)的外径为8mm、壁厚为1mm；自所述薄壁铜管(8)的外表面依次向外设有相互紧密接触的若干层热缩管(26)和一层硅胶管(27)，所述薄壁铜管(8)与所述热缩管(26)之间设有多片用于采集应变的应变片(25)，所述应变片(25)通过接线端子与所述导线相连，所述导线的两端与所述薄壁铜管(8)的一端或分别与所述薄壁铜管(8)的两端固定；所述薄壁铜管(8)的一端通过销钉(7)连接有第一圆柱接头(5)，所述薄壁铜管(8)的另一端通过销钉(7)连接有第二圆柱接头(6)；所述横向试验支持架(3)包括主体横梁，所述主体横梁的两侧分别与第一端部支撑装置和第二端部支撑装置连接；所述主体横梁的顶部设有槽钢，所述拖车(21)支撑在槽钢上；其特征在于：所述主体横梁上、在位于第二端部支撑装置连接端的外侧设有多根拉力固定轴(9)；所述第一端部支撑装置包括竖直方向的第一支撑杆，所述第一支撑杆的顶部与所述主体横梁的一端连接，所述第一支撑杆的底部连接有第一支撑板，所述第一支撑板的内侧通过导流板固定螺丝连接有与所述第一支撑板平行的第一导流板，所述第一支撑板的中部设有转盘安装孔，所述转盘安装孔中固定有第一支撑板转盘(13)，所述第一导流板上、在与所述第一支撑板转盘(13)对应的位置设有导流板转盘安装孔，所述导流板转盘安装孔中固定有第一导流板转盘，所述第一导流板转盘与所述第一支撑板转盘的大小相同且位置对正，所述第一支撑板转盘与所述第一导流板转盘之间通过转盘固定螺丝连接；所述第一支撑板转盘和第一导流板转盘上均设有多个位置一一对应的通孔，所述通孔的数量和位置分别与试验时海洋立管模型的数量和安装位置相同，所述第一导流板转盘上的通孔为立管安装孔，每个立管安装孔内设有一个万向联轴节(4)，所述万向联轴节(4)的一端通过万向联轴节螺丝(22)固定在第一支撑板转盘上，所述万向联轴节(4)的另一端与一海洋立管模型(1)中的第一圆柱接头(5)连接；所述第二端部支撑装置包括竖直方向的第二支撑杆，所述第二支撑杆的顶部与所述主体横梁的另一端连接，所述第二支撑杆的底部连接有第二支撑板，所述第二支撑板的内侧通过导流板固定螺丝连接有与所述第二支撑板平行的第二导流板，所述第二支撑板的中部设有转盘安装孔，所述转盘安装孔中固定有第二支撑板转盘(14)，所述第二导流板上、在 与所述第二支撑板转盘(14)对应的位置设有导流板转盘安装孔，所述导流板转盘安装孔中固定有第二导流板转盘，所述第二导流板转盘与所述第二支撑板转盘的大小相同且位置对正，所述第二支撑板转盘与所述第二导流板转盘之间通过转盘固定螺丝连接；所述第二支撑板转盘和第二导流板转盘上均设有多个位置一一对应的通孔，所述通孔的数量和位置分别与试验时海洋立管模型的数量和安装位置相同；所述第二导流板转盘上的通孔为立管安装孔，所述第二支撑板转盘的外侧设有多个滑轮(10)，所述滑轮(10)的个数与试验时安装的海洋立管模型的数量相同，所述第二支撑板转盘上位于每个滑轮(10)的下方分别设有一钢丝绳过线孔，所述海洋立管模型的第二圆柱接头(6)连接有一条钢丝绳(34)，所述钢丝绳(34)通过一钢丝绳过线孔后绕入第二支撑板转盘的一滑轮槽中，然后依次连接有拉力弹簧(30)、拉力张紧器(31)、拉力传感器(32)，最后固定在主体横梁上的一根拉力固定轴(9)上；所述钢丝绳和与之连接的海洋立管模型的轴线在同一平面内；所述导线和所述拉力传感器与所述应变采集仪联接，所述应变采集仪与所述计算机连接；所述海底管道模型(1)的中部设有流速增大装置(38)，所述流速增大装置(38)包括流速增大罩(39)和支持柱(35)，所述流速增大罩(39)包括按水流方向顺次布置的增速段(40)和稳流段(41)，所述增速段(40)呈喇叭形，所述增速段(41)的进水端为喇叭形的大口端，所述增速段(40)的出水端为喇叭形的小口端，所述稳流段(41)的开口大小与喇叭形的小口端大小一致；所述增速段(40)的进水端与出水端的面积比为该流速增大装置(38)所要增大的流速倍数；所述稳流段(41)设有用于所述海底管道模型(1)穿过的通孔；所述支持柱(35)的顶端固定在横向试验支持架(3)上，所述支持柱(35)的顶部和中部分别焊接有连接板(3...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐万海，马烨璇，及春宁，杨钢，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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