一种海洋工程技术领域的剪切流下斜置立管的涡激振动旋转测试装置，包括：立管模型机构、测量分析系统平台模块、驱动模块、顶部悬臂模块、圆筒轴分段模块、底部立管固定模块和底部支撑模块，立管模型机构固定设置于顶部悬臂模块和底部立管固定模块之间，圆筒轴分段模块垂直置于海洋工程深水池中并分别与底部支撑模块、驱动模块和顶部悬臂模块和底部立管固定模块连接，底部支撑模块固定设置于升降底上，驱动模块与圆筒轴分段模块相连接并输出动力，顶部悬臂模块的两端与驱动模块或者圆筒轴分段模块以及圆筒轴分段模块相连，测量分析系统平台模块与立管模型、顶部悬臂模块以及底部立管固定模块相连。本发明专利技术能够模拟实际尺寸立管、剪切流场。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种海洋工程
的装置，具体是一种斜置于海洋工程深水 池中柔性立管模型在剪切流下的涡激振动旋转测试装置。
技术介绍
根据流体力学，将柱状结构物置于一定速度的来流当中，其两侧会发生交替泻涡。 与漩涡的生成和泻放相关联，柱体会受到横向和流向的脉动压力。如果此时柱体是弹性支 撑的，那么脉动流体力会引发柱体的振动，柱体的振动反过来又会改变其尾流结构。这种流 体结构物相互作用的问题称为涡激振动。例如在海流的作用下，悬置于海中的海洋平台立 管、拖缆、海底管线、spar平台的浮筒、系泊缆索等柔性管件上会出现涡激振动现象，将会导 致柔性管件的疲劳破坏。由于海洋油气开采向深水推进，深水环境中的立管可视为细长柔性结构，小变形 理论不再适用，这使得立管的涡激振动问题更加突出。目前为止，对柔性管件涡激振动现象 的研究最重要的方法之一就是模型测试方法。测试中模拟的现象更加接近于自然界中的真 实情况，采用先进的测试装置可以保证测试数据的可靠性。通过模型测试的方法可以设计 出更好的抑制海洋立管涡激振动的抑振装置。经过对现有技术的检索发现，目前的涡激振动测试装置一般在拖曳海洋工程深水 池中进行，有的在环形水槽中进行，有的用拖船拖动立管进行涡激振动测试。在第14届国IMXfM^il "Proceedings of the Fourteen (2004) International Offshore and PolarEngineering Conference"中白勺论文"Laboratory Investigation of Long Riser VIVResponse”(长立管涡激振动响应的测试研究)是关于柔性管件涡激振动测试研 究的，文中提到了一种柔性管件涡激振动模型测试技术，把柔性立管横置于拖曳水池中，拖 车拖动立管模型产生均勻流场。用布置在立管内部的加速度传感器来测量立管的运动，在 立管壁内布置光栅测量立管壁内的应变量。经分析，该测试技术的不足之处在于1. 一般 只能模拟小尺度管件的涡激振动，难以有效的进行实雷诺数下的涡激振动测试。2.受拖曳 海洋工程深水池长度的限制，所得到的测试段距离较小，测得的测试数据较少。3. —般只能 模拟均勻流场中立管的涡激振动，不能模拟阶梯流场中立管的涡激振动。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种剪切流下斜置立管的涡激振动旋 转测试装置，能够模拟实际尺寸立管、不同流剖面剪切流场、且可以长时间置于海洋工程深 水池中进行柔性立管模型的涡激振动旋转测试。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括立管模型机构、测量分析系统平 台模块、驱动模块、顶部悬臂模块、圆筒轴分段模块、底部立管固定模块和底部支撑模块，其 中立管模型机构固定设置于顶部悬臂模块和底部立管固定模块之间，圆筒轴分段模块垂 直置于海洋工程深水池中并分别与底部支撑模块、驱动模块和顶部悬臂模块和底部立管固定模块垂直连接，底部支撑模块固定设置于海洋工程深水池的升降底上，驱动模块与圆筒 轴分段模块相连接并输出动力，顶部悬臂模块上部与驱动模块或者圆筒轴分段模块相连， 下部与圆筒轴分段模块相连，测量分析系统平台模块分别与立管模型、顶部悬臂模块以及 底部立管固定模块相连并接收检测数据。所述的立管模型机构包括立管模型、万向节、三分力传感器、滑动轴、立管固定接 头、直线轴承、缓冲弹簧和立管固定座，其中三分力传感器设置于立管模型的顶端，第一立 管固定接头的两端分别与立管模型的顶端和第一万向节的一端相连，第一万向节的另一端 固定设置于固定设置于立管固定座上，第二立管固定接头的两端分别与立管模型的底端和 第二万向节的一端相连，第二万向节的另一端固定设置于三分力传感器上，直线轴承与滑 动轴相连，直线轴承和缓冲弹簧相连。所述的立管模型的单位长度质量与其单位长度排开水的质量之比为1 1。所述的测量分析系统平台模块包括测量单元、水下录像单元、计算单元和无线传 输单元，其中计算单元设置于海洋工程深水池的拖车机房内并与无线传输单元相连接以 传输水下录像单元和测量单元输出的无线测量信号，计算单元实时地对接收到的无线测量 信号进行存储和处理。所述的驱动模块为整个系统提供动力，并对装置的转动速度进行精确控制。该驱 动模块包括伺服驱动电机、齿轮传动机构、变速齿轮箱、驱动齿轮、驱动轴和可调节支撑底 座，其中伺服驱动电机与变速齿轮箱相连接，变速齿轮箱与驱动轴相连接，驱动轴与驱动 齿轮相连接，伺服驱动电机、变速齿轮箱、驱动齿轮、驱动轴分别固定设置于可调节支撑底 座，实现封装。安装的时候将整个驱动模块直接固定到拖车上。并通过模块与拖车之间的 连接件设计，实现驱动模块的上下及左右移动，以补偿假底升沉控制精度的不足。驱动模块 上部留有连接头与测量分析系统平台模块相连接；下部通过法兰与顶部悬臂模块相连接。所述的变速齿轮箱的减速比为40 1。所述的该齿轮传动机构的减速比为7。所述的顶部悬臂模块包括斜拉锁、悬臂、桁架、顶部悬臂圆筒轴，其中悬臂上部 使用斜拉锁和顶部悬臂圆筒轴相连接，为悬臂提供预应力，悬臂下部使用桁架和顶部悬臂 圆筒轴相连接。悬臂的末端将与立管模型机构中的顶端固定装置连接。数据线通过试件的 末端和悬臂进入圆筒轴，然后通过顶部悬臂圆筒轴向上连接到测量分析系统平台模块。顶 部悬臂模块上部通过连接法兰与驱动模块或者圆筒轴分段模块相连，下部通过连接法兰与 圆筒轴分段模块相连。所述的连接模块由万向节、拉力传感器和数据线接头组成。所述的悬臂采用预应力矩形钢桁架结构，该悬臂的长度为18m。所述的底部支撑模块包括底部支撑法兰盘、底部固定轴承、底部固定轴和底部基 座，其中底部固定轴上端通过底部支撑法兰盘与圆筒轴分段模块或底部立管固定模块连 接，下端整体插入到底部固定轴承内，轴承实现油密，底部固定轴承焊接在底部基座上，底 部基座通过高强度螺丝与水池升降底连接。所述的圆筒轴分段模块具体为若干段由连接法兰固定相连的圆筒轴分段机构，每 个圆筒轴分段机构的两个端部均环形布置有螺栓孔，圆筒轴分段机构与海洋工程深水池的 升降底相垂直。所述的底部立管固定模块为以下三种结构中的任意一种a)该底部立管固定模块包括连接法兰盘、底部固定圆筒轴、圆板桁架和支撑圆 板，其中支撑圆板的一端与底部固定圆筒轴相连接，另一端与立管模型的下端相连接；底 部固定圆筒轴上部通过连接法兰盘与圆筒轴分段模块连接，下部通过底部支撑法兰盘与底 部支撑模块连接；连接法兰盘安装于底部固定圆筒轴上端的位置并与圆筒轴分段模块相连 接，圆板桁架安装于支撑圆板的下方位置并与底部固定圆筒轴相连接。b)该底部立管固定模块包括连接法兰盘、底部固定圆筒轴、矩形钢桁架和矩形 支撑板，其中矩形支撑板的一端与底部固定圆筒轴相连接，另一端与所述立管模型的下端 相连接，底部固定圆筒轴上部通过连接法兰盘与圆筒轴分段模块连接，下部通过底部支撑 法兰盘与底部支撑模块连接，连接法兰盘安装于底部固定圆柱筒上端的位置并与圆筒轴分 段模块相连接，矩形钢桁架安装于矩形支撑板的下方位置并与底部固定圆筒轴相连接。c)该底部立管固定模块包括连接法兰盘、底部固定圆筒轴、立管底部固定端、底 部固定圆筒轴上开口、底部固定圆筒轴下开口，其中底部固定圆筒轴上部通本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种剪切流下斜置立管的涡激振动旋转测试装置，其特征在于，包括：立管模型机构、测量分析系统平台模块、驱动模块、顶部悬臂模块、圆筒轴分段模块、底部立管固定模块和底部支撑模块，其中：立管模型机构固定设置于顶部悬臂模块和底部立管固定模块之间，圆筒轴分段模块垂直置于海洋工程深水池中并分别与底部支撑模块、驱动模块和顶部悬臂模块和底部立管固定模块垂直连接，底部支撑模块固定设置于海洋工程深水池的升降底上，驱动模块与圆筒轴分段模块相连接并输出动力，顶部悬臂模块上部与驱动模块或者圆筒轴分段模块相连，下部与圆筒轴分段模块相连，测量分析系统平台模块分别与立管模型、顶部悬臂模块以及底部立管固定模块相连并接收检测数据；所述的立管模型机构包括：立管模型、万向节、三分力传感器、滑动轴、立管固定接头、直线轴承、缓冲弹簧和立管固定座，其中：三分力传感器设置于立管模型的顶端，第一立管固定接头的两端分别与立管模型的顶端和第一万向节的一端相连，第一万向节的另一端固定设置于固定设置于立管固定座上，第二立管固定接头的两端分别与立管模型的底端和第二万向节的一端相连，第二万向节的另一端固定设置于三分力传感器上，直线轴承与滑动轴相连，直线轴承和缓冲弹簧相连。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：付世晓，杨建民，任铁，李润培，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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