一种内外流联合作用下海洋立管群干涉效应试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及水利工程技术领域，具体涉及一种内外流联合作用下海洋立管群干涉效应试验装置，用于模拟海洋立管群内外流与干涉效应的耦联作用，包括支撑架、立管群和内流施压结构，所述支撑架顶部设有顶张力系统，所述立管群两端与旋转结构连接，旋转结构固定在顶张力系统底部；立管群通过管道与内流施压结构连接。所述支撑架包括立柱，立柱上设有走线管，立柱顶部设有固定框，所述固定框顶部与顶张力系统连接，固定框底部与旋转结构连接。本发明专利技术通过对立管群角度、间距和施力上的精确控制得到精确的外流试验数据，通过控制阀门和电子流量计的配合使用得到精确的立管内流体的内流试验数据。据。据。

【技术实现步骤摘要】
一种内外流联合作用下海洋立管群干涉效应试验装置


[0001]本专利技术涉及水利工程
，具体涉及一种内外流联合作用下海洋立管群干涉效应试验装置。

技术介绍

[0002]在海洋油气开发系统中，海洋立管用于连接海上平台和海底井口，是所有类型平台结构传输油气必需的管道，承担着介质外输、钻探、传递信息等作用。在油气开发系统运行期间，立管内部一般有高压的油或气流过，外部则需承受波浪、海流、冰等各种复杂海洋环境荷载的作用；顶部有与之相连的平台，底部与海床相互作用。立管复杂的受力状态、结构构造和逐渐增加的开发水深，使得许多关键问题的解决迫在眉睫。
[0003]在立管的实际服役过程中，管内常常有流体介质流经管道，从而引发内流效应，当内部流体流经立管的弯曲管壁时会引发离心加速度和科氏加速度，立管所经历的这些加速度会反过来影响立管的动力特性，从而引发立管的附加振动。当内流速接近临界值时会显著降低立管的固有频率，使立管的“锁振”区间位于较小的流速范围，这有可能会使得立管系统过早的失效。
[0004]海洋立管在服役过程中不止以孤立状态存在，较多情况下以“串”、“列”及“群”的结构形式广泛存在于实际工程中，布置形式多样。立管之间的相互“干涉效应”使得管群受力及运动状态与单管存在较大差异；多重流体作用的非线性叠加以及由排列间距和角度决定的尾流多样性，使得管群的动力响应难以采用归一化模型来阐述，并加大了立管间相互碰撞的可能性，而立管一旦发生破坏，将造成巨大的经济损失和环境灾难，对原本脆弱的海洋生态体系造成不可恢复的破坏。而目前研究大多数是基于外部环境荷载作用下进行结构的动力响应分析，而目前针对干涉效应和内流联合作用下的立管涡激振动试验研究目前尚且存在空白。

技术实现思路

[0005]本专利技术公开了一种外流联合作用下海洋立管群干涉效应试验装置，解决内流和外流不能在一个装置上同时测试的问题。
[0006]本专利技术为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：一种内外流联合作用下海洋立管群干涉效应试验装置，包括支撑架、立管群和内流施压结构，所述支撑架顶部设有顶张力系统，所述立管群两端与旋转结构连接，旋转结构固定在顶张力系统底部；立管群通过管道与内流施压结构连接。
[0007]进一步地，所述支撑架包括立柱，立柱上设有走线管，立柱顶部设有固定框，所述固定框顶部与顶张力系统连接，固定框底部与旋转结构连接。
[0008]进一步地，所述顶张力系统包括施力仪和牵引绳，施力仪通过施力台固定在固定框顶部，施力台通过牵引绳与固定框底部的旋转结构连接。
[0009]进一步地，所述施力仪包括施力显示器、施力操作按钮和数据接口；数据接口用于
施力仪的数据传导；施力显示器用于显示实时施力数值；施力操作按钮调节施力数值。
[0010]进一步地，所述立管群包括多根立管，每根立管的两端都连接有万向节，所述万向节通过管道与内流施压结构连通。
[0011]进一步地，所述旋转结构包括固定板，固定板共两个，一个固定板固定在固定框底部，另一个固定板固定在支撑架底部；所述固定板上设有旋转轨道，旋转轨道中连接着伸缩件，所述伸缩件通过球形铰支座连接在旋转轨道内，位于固定框底部的伸缩件连接有张力计，张力计通过万向节与立管连接。
[0012]进一步地，所述伸缩件上设有导轨，滑块与立管连接，滑块与导轨相适配；所述旋转轨道上设有0
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、30
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、45
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和60
°
的凹槽，伸缩件两端设有凸体，所述凸体与凹槽相适配。
[0013]进一步地，所述内流施压结构包括电子流量计、控制阀门和水泵；水泵通过管道与万向节连通，电子流量计和控制阀门都连接在管道上，控制阀门用于控制内流变化，电子流量计用于搜集管道内流体流速变化过程。
[0014]进一步地，所述支撑架上设有加强件，所述加强件固定在立柱上。
[0015]本专利技术的有益技术效果是：本专利技术的实验方法通过增加并利用多个立管进行试验，使得到的实验结果更加贴近现实情况。通过顶张力系统精确的施加顶张力，然后通过牵引绳将顶张力传递到立管群上，施力操作按钮设置顶张力数值，使各个立管都受力均匀，提高了试验结果的准确性。立管群可以通过伸缩件能够在旋转轨道里旋转，能够使立管群处于0
°
、30
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的状态，更加全面的得到试验数据。每个立管都与滑块连接，立管通过滑块在轨道里滑动，改变立管之间的距离，更加全面的模拟现实情况，得到更加准确的实验结果。通过将立管中的流体施加力，模拟立管内流体的内流，并且通过控制阀门对流量的大小进行精细控制，电子流量计能够实时收集流体的流速，以此得到更加准确更加贴近现实的实验数据。本专利技术通过对立管群角度、间距和施力上的精确控制得到精确的外流试验数据，通过控制阀门和电子流量计的配合使用得到精确的立管内流体的内流试验数据。
附图说明
[0016]图1为支撑架与顶张力系统连接示意图。
[0017]图2为支撑架示意图。
[0018]图3为顶张力系统示意图。
[0019]图4为固定板示意图。
[0020]图5为内流施压结构示意图。
[0021]图中：1、支撑架；2、立管群；3、内流施压结构；4、顶张力系统；5、旋转结构；11、立柱；12、走线管；13、固定框；14、加强件；21、施力仪；22牵引绳；23、施力台；24、显示器；25、施力操作按钮；26、数据接口；31、立管；32、万向节；33、连接口；41、固定板；42、旋转轨道；43、伸缩件；44、球形铰支座；45、凹槽；46、凸体；47、导轨；48、滑块；51、电子流量计；52、控制阀门；53、水泵。
具体实施方式
[0022]如图1所示，一种内外流联合作用下海洋立管群干涉效应试验装置，包括支撑架1、
立管群2和内流施压结构3，所述支撑架1顶部设有顶张力系统4，所述立管群2两端与旋转结构5连接，旋转结构5固定在顶张力系统4底部；立管群2通过管道与内流施压结构3连接。本专利技术通过顶张力系统4精确的对立管群2施加张力，立管群2通过旋转结构5实现立管群2的旋转，得到立管群2处于不同角度的受力情况，更加准确、全面的模拟现实外流情况，得到更加准确的外流试验数据。立管群2与内流施压结构3连通，使立管群2内的流体产生流速，得到内流的试验数据。此装置能使外流和内流试验同步进行，并且能够准确、全面的测得试验数据，使得到的试验数据更加的贴合实际。
[0023]如图2所示，所述支撑架1包括立柱11，立柱11上设有走线管12，立柱11顶部设有固定框13，所述固定框13顶部与顶张力系统4连接，固定框13底部与旋转结构5连接。所述支撑架1上设有加强件14，所述加强件14固定在立柱11上，使立柱11更加的稳定，降低对试验数据的影响。位于装置上的线圈可以通过走线管12进行连接。
[0024]如图3所示，所述顶张力系统4包括施力仪本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内外流联合作用下海洋立管群（2）干涉效应试验装置，其特征在于，包括支撑架（1）、立管群（2）和内流施压结构（3），所述支撑架（1）顶部设有顶张力系统（4），所述立管群（2）两端与旋转结构（5）连接，旋转结构（5）固定在顶张力系统（4）底部；立管群（2）通过管道与内流施压结构（3）连接。2.根据权利要求1所述的一种内外流联合作用下海洋立管群（2）干涉效应试验装置，其特征在于，所述支撑架（1）包括立柱（11），立柱（11）上设有走线管（12），立柱（11）顶部设有固定框（13），所述固定框（13）顶部与顶张力系统（4）连接，固定框（13）底部与旋转结构（5）连接。3.根据权利要求2所述的一种内外流联合作用下海洋立管群（2）干涉效应试验装置，其特征在于，所述顶张力系统（4）包括施力仪（21）和牵引绳（22），施力仪（21）通过施力台（23）固定在固定框（13）顶部，施力台（23）通过牵引绳（22）与固定框（13）底部的旋转结构（5）连接。4.根据权利要求3所述的一种内外流联合作用下海洋立管群（2）干涉效应试验装置，其特征在于，所述施力仪（21）包括施力显示器（24）、施力操作按钮（25）和数据接口（26）；数据接口（26）用于施力仪（21）的数据传导；施力显示器（24）用于显示实时施力数值；施力操作按钮（25）调节施力数值。5.根据权利要求3所述的一种内外流联合作用下海洋立管群（2）干涉效应试验装置，其特征在于，所述立管群（2）包括多根立管（31），每根立管（31）的两端都连接有万向节（32），所述万向节（32）通过管道与内流施压结构（3）连通。6.根据权利要求2所述的一种内外流联合作用下...

【专利技术属性】
技术研发人员：李朋，任啸辉，陈鑫，陈小龙，侯浩，胡泽博，曾万，王业硕，苏泰宁，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：