一种深海大长细比悬链线立管涡激振动模型实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种深海大长细比悬链线立管涡激振动模型实验装置，其特征在于：包括一拖车、一支管架、一底部托盘、一限位器、一定滑轮、一钢丝绳、一钢板、一L型操作平台、一实心钢制管和一直角竖向板条组合、一可变张力系统、两个万向铰以及多个加速度传感器。拖车与支管架焊接，支管架与底部托盘通过螺栓连接，支管架顶端固接一L形操作平台，其长边中轴线位置固定一实心钢制管和一直角竖向板条组合且远支管架端固定一定滑轮；限位器安装于底部托盘上，其中间靠下处设置限位孔；底部托盘远直角边中间位置安装一万向铰并与定滑轮之间设置一悬链线立管模型；可变张力系统包括一拉力传感器、一张紧器和一电动推拉杆。

【技术实现步骤摘要】
一种深海大长细比悬链线立管涡激振动模型实验装置
本专利技术涉及一种深海大长细比悬链线立管涡激振动模型实验装置，特别是关于一种深海大长细比抗弯刚度较小的悬链线立管模型的涡激振动实验装置。
技术介绍
海洋立管是连接浮动平台和水下钻井系统的关键结构。由于深水环境的复杂性和管道构造的多样性等因素的影响，在海流的作用下，圆柱结构两侧会出现交替的漩涡脱落，产生周期变化的流体力，使立管产生振动，立管振动又反作用于流场，这种典型的流—固耦合现象称为“涡激振动”。深水立管极易在涡激振动影响下造成损伤。为了减小涡激振动对柔性立管的损伤，首要任务便是深入了解各种水动力环境下柔性立管的涡激振动机理。开展大长细比悬链线立管模型的涡激振动物理模型实验是现阶段行之有效的手段之一，它能够为数值模拟的准确性提供判定依据，形成粘性力、质量比、阻尼比、轴向张力等准确性更高、覆盖范围更大的涡激振动力系数数据库，为实际工程应用分析提供数据依据。在过去的一百多年里涡激振动己经得到世界各地学者的广泛研究。关于柱状体涡激振动的频率锁定、最大动力响应、激发模态、尾流模式等现象在理论上已经得到很好的解释。对于细长柔性管的研究多数为对细长竖直柔性立管和刚悬链线(SCR)的研究。近些年来，Vandiver观察到了在剪切来流下，大长细比立管不同位置处可能发生不同模态的锁定现象。同时Vandiver提出，当锁定发生时，由于轴向张力的变化可能会导致一阶模态变化到另一阶模态。对于钢悬链线立管，Larsen等对钢悬链线立管的涡激振动进行了时域和频域内的分析。Srinil等完善了处于海流中悬链线立管涡激振动研究的降阶模型。对于以往开展的悬链线立管模型试验，为了保持SCR的悬链线形态，不惜增大立管模型的抗弯刚度而忽视科学比尺定义的立管模型刚度，这样对实验的准确性造成巨大影响；目前国内外的立管模型试验中，鲜有既考虑波浪载荷有考虑流速载荷的涡激振动实验研究，这与实际工程环境是背离的，本专利技术提供的“一种深海大长细比悬链线立管涡激振动模型实验装置”可有效解决此问题；另一方面，由于实验所用较小的悬链线立管模型试验中，立管会在流的作用下发生较大整体位移而无法保留悬链线姿态，悬链线触地点的限位器不仅能保持立管悬链线姿态，而且它与立管的弹性连接设置可以有效模拟实际工况中泥沙对立管触地管段的摩擦力和吸力。
技术实现思路
针对以上问题，本技术旨在提供一种牢靠稳定的深海大长细比悬链线立管涡激振动模型实验装置。此实验装置能够在实际物理模型试验中真实有效模拟大长细比悬链线立管模型的涡激振动特性。为实现上述目的，本专利技术采取技术方案是：本技术涉及一种深海大长细比悬链线立管涡激振动模型实验装置，其特征在于：所述实验装置包括一拖车、一支管架、一底部托盘、一限位器、一定滑轮、一钢丝绳、一钢板、一L型操作平台、一实心钢制管和一直角竖向板条组合、一可变张力系统、两个万向铰以及多个加速度传感器；所述拖车在两端固定轨道上的运行，中间部位连接一可上下移动的钢板，钢板与支管架焊接；所述支管架正视图为直角梯形侧视图为矩形，支管架与底部托盘通过螺栓与拖车底端固定连接；所述底部托盘将支管架底面覆盖，底部托盘远直角边中间位置安装万向铰；所述限位器安装于底部托盘上，限位器中间靠下处设置限位孔；支管架顶端固接一L形操作平台，所述L形操作平台长边中轴线位置固定一直角竖向板条，竖向板条远支管架端穿过一实心钢制圆管，圆管顶端固定一定滑轮；所述底部托盘远直角边中间位置万向铰与所述定滑轮之间设置一悬链线立管模型；所述钢丝绳绕过定滑轮与一螺纹螺丝相连再与一万向铰连接，万向铰再与立管模型连接；所述可变张力系统包括在一拉力传感器、一张紧器、一电动推拉，所述钢丝绳与拉力传感器相连，张紧器固定在钢丝绳上，钢丝绳绕过定滑轮与电动推拉杆相连。所述悬链线立管模型顶端与所述万向铰连接，万向铰再与一螺纹螺丝连接并与绕过定滑轮的钢丝绳连接，钢丝绳的另一端绕过定滑轮连接拉力传感器、张紧器最后再与电动推拉杆连接；所述悬链线立管模型底端与所述底部托盘远直角边中间位置万向铰连接，触地点穿过所述限位器上所述限位孔，所述限位器与所述底部托盘用可控弹性系数弹簧连接，所述可控弹性系数弹簧与所述底部托盘通过螺栓等间距固定连接。所述可控弹性系数弹簧与所述底部托盘通过螺栓等间距固定连接。本专利技术采取上述技术方案后，具有以下优势：1、由于本专利技术采用了可变张力系统，可有效模拟深海悬链线立管涡激振动现象，电动推拉杆通过钢丝绳绕过定滑轮与立管模型连接，而不直接与立管相连，可有效减小电动推拉杆振动对立管模型涡激振动的干扰。2、由于本专利技术使悬链线立管竖直放置而不是横向放置，与实际海况更加接近，模拟结果更准确。3、由于限位器的设置，不仅试验中允许使用抗弯刚度更小的立管模型，而且限位器的弹性设置可模拟悬链线立管触地点与泥沙的相互作用力。4、本专利技术可通过张力系统通过对钢丝绳作用给悬链线立管模型初始顶张力和拉力，同时通过调整限位器与立管模型悬挂点的垂直距离来适应悬链线立管的悬挂倾角。附图说明图1是本技术结构示意图。图2是本技术张力系统结构示意图。图3是本技术立管模型三维立体图。具体实施方式:本技术包括一拖车1、一支管架2、一底部托盘7、一限位器4、一定滑轮5、一钢丝绳10、、一L型操作平台9、两个万向铰6、一悬链线立管模型8、一钢板3以及多个加速度传感器、一实心钢制管和一直角竖向板条组合、一可变张力系统，所述可变张力系统包括一电动推拉杆13、一拉力传感器11和一张紧器12。拖车1与地面保持平行,通过一螺栓连接的可上下调整高度的竖向钢板与支管架焊接，并沿其固定轨道运行。支管架2由矩形桁架焊接而成并与底部托盘通过螺栓等间距固接。实验过程中，由于钢板3的高度可调性可以有效控制立管模型的入水深度，支管架带动着悬列线立管模型随着拖车的运动而模拟海上波、流对海洋立管的作用。支管架2顶端固接为一L形操作平台9，L形操作平台9长边中轴线位置固定一实心钢制管和一直角竖向板条组合；电动推拉杆13通过推拉作用可以给悬链线立管模型8一初始作用力同时也可以控制竖向立管的位置及角度。支管架与底部托盘通过螺栓与拖车底端固定连接；限位器通过可控弹性系数弹簧安装于底部托盘上，限位器中间靠下处设置限位孔，立管模型触地点穿过限位器，从而实现固定立管模型的作用。底部托盘将支管架底面覆盖，底部托盘远直角边中间位置布置一万向铰，万向铰与定滑轮之间设置一悬链线立管模型，悬链线立管模型与底部托盘远直角边位置的万向铰铰接并通过限位器的限位孔然后与上部悬挂的万向铰连接，上部悬挂的万向铰连接一螺纹螺丝，再与所述钢丝绳连接，使得悬链线立管与实验装置固定的同时又保证了立管端部弯矩为零。可变张力系统包括在沿竖直方向串接的一电动推拉杆、一拉力传感器和一张紧器。钢丝绳与拉力传感器相连，张紧器固定在钢丝绳上，钢丝绳绕过定滑轮与电动推拉杆相连。电动推拉杆与钢丝相连，拉动绕过定滑轮的钢丝绳施加力于悬链线立管，通过调节张紧器为实验中的悬链线立管模型提供初始预张力。在悬链线立管模型每隔60公分处布置一加速度传感器，用来测量不同荷载组合、不同工况情况下立管模型的运动情况，从而研究大长细比悬链线立管波流联合作用下立管模型的涡激振动。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深海大长细比悬链线立管涡激振动模型实验装置，其特征在于：所述实验装置包括一拖车、一支管架、一底部托盘、一限位器、一定滑轮、一钢丝绳、一钢板、一L形操作平台、一实心钢制管和一直角竖向板条组合、一可变张力系统、两个万向铰以及多个加速度传感器；所述拖车在两端固定轨道上的运行，中间部位连接一可上下移动的钢板，钢板与支管架焊接；所述支管架正视图为直角梯形侧视图为矩形，支管架与底部托盘通过螺栓与拖车底端固定连接；所述底部托盘将支管架底面覆盖，底部托盘远直角边中间位置安装万向铰；所述限位器安装于底部托盘上，限位器中间靠下处设置限位孔；支管架顶端固接一L形操作平台，所述L形操作平台长边中轴线位置固定一直角竖向板条，竖向板条远支管架端穿过一实心钢制圆管，圆管顶端固定一定滑轮；所述底部托盘远直角边中间位置万向铰与所述定滑轮之间设置一悬链线立管模型；所述钢丝绳绕过定滑轮与一螺纹螺丝相连再与一万向铰连接，万向铰再与立管模型连接；所述可变张力系统包括在一拉力传感器、一张紧器、一电动推拉，所述钢丝绳与拉力传感器相连，张紧器固定在钢丝绳上，钢丝绳绕过定滑轮与电动推拉杆相连。

【技术特征摘要】
1.一种深海大长细比悬链线立管涡激振动模型实验装置，其特征在于：所述实验装置包括一拖车、一支管架、一底部托盘、一限位器、一定滑轮、一钢丝绳、一钢板、一L形操作平台、一实心钢制管和一直角竖向板条组合、一可变张力系统、两个万向铰以及多个加速度传感器；所述拖车在两端固定轨道上的运行，中间部位连接一可上下移动的钢板，钢板与支管架焊接；所述支管架正视图为直角梯形侧视图为矩形，支管架与底部托盘通过螺栓与拖车底端固定连接；所述底部托盘将支管架底面覆盖，底部托盘远直角边中间位置安装万向铰；所述限位器安装于底部托盘上，限位器中间靠下处设置限位孔；支管架顶端固接一L形操作平台，所述L形操作平台长边中轴线位置固定一直角竖向板条，竖向板条远支管架端穿过一实心钢制圆管，圆管顶端固定一定滑轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵林，刘健，尹燕驹，孟炜皓，赵琦，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：新型
国别省市：山东,37