本实用新型专利技术公开了一种倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置，包括海底管道模型、横向试验支持架、拖车、应变采集仪和计算机，海底管道模型的一端设有第一端部支撑装置，海底管道模型的另一端设有第二端部支撑装置，海底管道模型的中部设有多跨支撑装置，第一端部支撑装置和第二端部支撑装置的顶部分别与横向试验支持架的两端连接，多跨支撑装置的顶部与横向试验支持架的中部连接；横向试验支持架固定于拖车的底部；海底管道模型包括若干条导线和一薄壁铜管，导线和拉力传感器与应变采集仪联接，应变采集仪与计算机连接。本实用新型专利技术最大限度的减小了多跨支撑装置对流场的干扰。支持住两端通过钢丝绳和拉力张紧器固定，增强了多跨支撑的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及的是一种海洋工程
的试验装置，具体地说，涉及的是一种倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置。
技术介绍
随着陆地石油资源日益匮乏，海洋油气资源的开发得到了迅猛发展，海底管线的数量逐年增多。由于海底地形复杂，环境恶劣，海底管道不可避免的形成了悬跨段，甚至多跨段。海水流过悬跨管道时，管道后缘将产生交替的漩涡脱落，当漩涡脱落频率与管道自振频率相近时，管道的振动将迫使漩涡脱落频率固定在管道自振频率附近，从而发生“锁定”现象。管道的涡激振动和“锁定”现象是导致管道失稳和疲劳破坏的主要因素。特别需要注意的是，海底管道遭受的海流冲刷有时会带有倾角，即来流方向与海底管道不垂直，研究倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动具有重要的理论和现实意义。目前，研究倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动现象的最可靠和最有效的手段是模型试验。通过模型试验，可以比较全面的观测到涡激振动现象和主要特征以及倾角来流对涡激振动的影响，获得较为可靠的试验结果。试验结果可用来效验理论和数值模型的精度。通过试验测试的方式可以更好的探究倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动及抑制的机理，为工程实际积累经验。海底管道涡激振动的抑制对于海洋石油的开采中的工程安全具有重要意义。经过对现有技术文献的调研发现，现阶段多跨管道涡激振动的研究开展还很不充分，试验方面的研究远滞后于工程实际的需求。挪威的MARINTEK研究机构在2000年到2003年期间开展了部分多跨管道的涡激振动试验，并进一步完善了规范DNV-RP-F105(2006),在2002年召开的21界海洋离岸及极地工程国际会议上的文章“VIVresponseoflongfreespanningpipelines”(长自由悬跨管道涡激振动响应研究)详细介绍了试验细节，采用线性弹簧模拟多段悬跨的支撑作用，增加了对来流流场的扰动。然而实际工程实际中，海底管道轴向与来流垂直方向并不完全重合，存在一定倾斜角度。倾角的存在使得多跨海底管道涡激振动变得十分复杂，至今仍缺乏相关的研究工作。主要原因是缺少必要的试验装备，近似模拟实际海洋工程中的倾角均匀来流条件与多跨支撑条件。
技术实现思路
本技术针对倾角均匀来流条件多跨管道试验研究存在的不足，提供了研究倾角均匀来流条件多跨管道涡激振动的试验装置，能够模拟倾角均匀来流条件和海底悬跨管道跨中的边界条件，对多跨管道开展试验研究，探究其涡激振动发生机理，为工程实际提供必要的参考和借鉴。为了解决上述技术问题，本技术一种倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置，包括海底管道模型、横向试验支持架、拖车、应变采集仪和计算机，所述海底管道模型的一端设有第一端部支撑装置，所述海底管道模型的另一端设有第二端部支撑装置，所述海底管道模型的中部设有多跨支撑装置，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，所述多跨支撑装置的顶部与所述横向试验支持架的中部连接；所述所述横向试验支持架固定于所述拖车的底部；所述海底管道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8mm、壁厚为1mm；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塑管和一层硅胶管，所述薄壁铜管与所述热塑管之间设有多片用于采集应变的电阻应变片，所述电阻应变片通过接线端子与导线的一端相连，导线的另一端延伸出海底管道模型的一端；所述海底管道模型的一端通过销钉连接有第一圆柱接头，所述海底管道模型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，所述主体横梁的两侧顶部均分别设有角度盘；所述主体横梁的顶部设有槽钢，所述拖车支撑在槽钢上；所述第一端部支撑装置包括竖直方向的第一支撑管，所述第一支撑管的顶部连接有水平布置的第一角度板，所述第一支撑管的底部连接有第一支撑板，所述第一支撑板的内侧通过螺栓连接有与所述第一支撑板平行的第一导流板，所述第一导流板的下部设有一个通孔，所述通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上，所述万向联轴节的另一端与所述海底管道模型上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管，所述第二支撑管的顶部连接有水平布置的第二角度板，所述第二支撑管的底部连接有第二支撑板，所述第二支撑板的内侧通过螺栓连接有与所述第二支撑板平行的第二导流板，所述第二导流板的下部设有一个长方形豁口，所述长方形豁口内设有角度卡板，所述角度卡板上设有一个管道安装孔；该试验装置中包括有四个角度卡板，每个角度卡板上的管道安装孔的轴线与角度卡板厚度方向的夹角分别为0度、15度、30度、45度；所述第二支撑板的外侧设有一个滑轮，所述滑轮的滑轮座与第二支撑板之间设有滑轮座垫块，所述滑轮座垫块为楔形块，所述第二支撑板上位于滑轮座的下方分别设有一钢丝绳过孔；该试验装置中包括有三个滑轮座垫块，每个滑轮座垫块上的斜面与第二支撑板接触面之间的夹角分别为15度、30度、45度；所述主体横梁上、位于与第二端部支撑装置的连接端一侧连接有一个拉力传感器，所述拉力传感器的另一端依次连接有拉力张紧器和拉力弹簧；自海底管道模型上的第二圆柱接头、穿过第二支撑板上的钢丝绳过孔后绕过滑轮至拉力弹簧的另一端连接有钢丝绳；所述钢丝绳和所述海底管道模的轴线在同一平面内；所述多跨支撑装置包括固定支持柱、可转动支持柱和多个管道模型支撑卡板；所述固定支持柱的顶部和中部分别设有连接板，所述固定支持柱的底部固定有固定板，所述固定板与所述固定支持柱呈垂直布置，所述固定板上设有两个第一通孔；所述可转动支持柱的顶部固定有角度固定板，所述可转动支持柱的中部两侧焊接有绳索加固结构，所述可转动支持柱的底部与一个管道模型卡板连接；所述角度固定板上设有两个为一组的四组第二通孔，所述角度固定板上第二通孔与所述固定板上第一通孔的位置关系是：每组第二通孔与两个第一通孔的中心距相同，四组第二通孔的中心连线汇交与点A，所述点A与每组第二通孔的中心连线的中点重合，四组第二通孔的中心连线分别记为中心连线L1、中心连线L2、中心连线L3和中心连线L4，所述中心连线L1与两个第一通孔的中心连线的水平投影重合，中心连线L2、中心连线L3和中心连线L4依次与中心连线L1的夹角为15度、30度和45度；所述固定支持柱和所述可转动支持柱之间通过在所述固定板上的两个第一通孔和所述角度固定板上的其中一组第二通孔中设置的固定板连接螺栓连接；每个管道模型卡板包括由对接的两个半片组成的板体，所述板体的对接处设有支撑孔，两个半片的上端通过螺丝与所述可转动支持柱固定，两个半片的下端通过螺丝与一卡板固定板固定；四个管道模型卡板上支撑孔的轴线与板体厚度方向的夹角分别为0度、15度、30度和45度；位于所述可转动支持柱的中部两侧焊接的绳索加固结构与所述横向试验支持架之间分别设有斜拉钢丝绳，所述斜拉钢丝绳上连接有拉力张紧器；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。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术解决了多跨海底管道涡激振本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置，包括海底管道模型(1)、横向试验支持架(2)、拖车、应变采集仪和计算机，其特征在于，所述海底管道模型(1)的一端设有第一端部支撑装置(3)，所述海底管道模型(1)的另一端设有第二端部支撑装置(4)，所述海底管道模型(1)的中部设有多跨支撑装置(5)，所述第一端部支撑装置(3)和第二端部支撑装置(4)的顶部分别与所述横向试验支持架(2)的两端连接，所述多跨支撑装置(5)的顶部与所述横向试验支持架(2)的中部连接；所述所述横向试验支持架(2)固定于所述拖车的底部；所述海底管道模型(1)包括若干条导线和一薄壁铜管(101)，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(101)的外径为8mm、壁厚为1mm；自所述薄壁铜管(101)的外表面依次向外设有相互紧密接触的若干层热塑管(102)和一层硅胶管(103)，所述薄壁铜管(101)与所述热塑管(102)之间设有多片用于采集应变的电阻应变片(104)，所述电阻应变片(104)通过接线端子与导线的一端相连，导线的另一端延伸出海底管道模型(1)的一端；所述海底管道模型(1)的一端通过销钉(6)连接有第一圆柱接头(7)，所述海底管道模型(1)的另一端通过销钉(6)连接有第二圆柱接头(8)；所述横向试验支持架(2)包括主体横梁，所述主体横梁的两侧顶部均分别设有角度盘(21)；所述主体横梁的顶部设有槽钢，所述拖车支撑在槽钢上；所述第一端部支撑装置(3)包括竖直方向的第一支撑管(31)，所述第一支撑管(31)的顶部连接有水平布置的第一角度板(32)，所述第一支撑管(31)的底部连接有第一支撑板(33)，所述第一支撑板(33)的内侧通过螺栓连接有与所述第一支撑板(33)平行的第一导流板(34)，所述第一导流板(34)的下部设有一个通孔，所述通孔内设有一个万向联轴节(35)，所述万向联轴节(35)的一端通过万向联轴节螺丝(36)固定在第一支撑板(33)上，所述万向联轴节(35)的另一端与所述海底管道模型(1)上的第一圆柱接头(7)连接；所述第二端部支撑装置(4)包括竖直方向的第二支撑管(41)，所述第二支撑管(41)的顶部连接有水平布置的第二角度板(42)，所述第二支撑管(41)的底部连接有第二支撑板(43)，所述第二支撑板(43)的内侧通过螺栓连接有与所述第二支撑板(43)平行的第二导流板(44)，所述第二导流板(44)的下部设有一个长方形豁口，所述长方形豁口内设有角度卡板(45)，所述角度卡板(45)上设有一个管道安装孔；该试验装置中包括有四个角度卡板(45)，每个角度卡板(45)上的管道安装孔的轴线与角度卡板(24)厚度方向的夹角分别为0度、15度、30度、45度；所述第二支撑板(43)的外侧设有一个滑轮(9)，所述滑轮(9)的滑轮座与第二支撑板(43)之间设有滑轮座垫块，所述滑轮座垫块为楔形块，所述第二支撑板(43)上位于滑轮座的下方分别设有一钢丝绳过孔；该试验装置中包括有三个滑轮座垫块，每个滑轮座垫块(10)上的斜面与第二支撑板(43)接触面之间的夹角分别为15度、30度、45度；所述主体横梁上、位于与第二端部支撑装置(4)的连接端一侧连接有一个拉力传感器(11)，所述拉力传感器(11)的另一端依次连接有拉力张紧器(12)和拉力弹簧(13)；自海底管道模型(1)上的第二圆柱接头(8)、穿过第二支撑板(43)上的钢丝绳过孔后绕过滑轮(9)至拉力弹簧(13)的另一端连接有钢丝绳(14)；所述钢丝绳(14)和所述海底管道模型(1)的轴线在同一平面内；所述多跨支撑装置(5)包括固定支持柱(51)、可转动支持柱(52)和多个管道模型支撑卡板(53)；所述固定支持柱(51)的顶部和中部分别设有连接板(54)，所述固定支持柱(51)的底部固定有固定板(55)，所述固定板(55)与所述固定支持柱(51)呈垂直布置，所述固定板(55)上设有两个第一通孔；所述可转动支持柱(52)的顶部固定有角度固定板(56)，所述可转动支持柱(52)的中部两侧焊接有绳索加固结构(57)，所述可转动支持柱(52)的底部与一个管道模型卡板(53)连接；所述角度固定板(56)上设有两个为一组的四组第二通孔，所述角度固定板(56)上第二通孔与所述固定板(55)上第一通孔的位置关系是：每组第二通孔与两个第一通孔的中心距相同，四组第二通孔的中心连线汇交与点A，所述点A与每组第二通孔的中心连线的中点重合，四组第二通孔的中心连线分别记为中心连线L1、中心连线L2、中心连线L3和中心连线L4，所述中心连线L1与两个第一通孔的中心连线的水平投影重合，中心连线L2、中心连线L3和中心连线L4依次与中心连线L1的夹角为15度、30度和45度；所述固定支持柱(51)和所述可转动支持柱(5...
【技术特征摘要】
1.一种倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置，包括海底管道模型(1)、横向试验支持架(2)、拖车、应变采集仪和计算机，其特征在于，所述海底管道模型(1)的一端设有第一端部支撑装置(3)，所述海底管道模型(1)的另一端设有第二端部支撑装置(4)，所述海底管道模型(1)的中部设有多跨支撑装置(5)，所述第一端部支撑装置(3)和第二端部支撑装置(4)的顶部分别与所述横向试验支持架(2)的两端连接，所述多跨支撑装置(5)的顶部与所述横向试验支持架(2)的中部连接；所述所述横向试验支持架(2)固定于所述拖车的底部；
所述海底管道模型(1)包括若干条导线和一薄壁铜管(101)，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(101)的外径为8mm、壁厚为1mm；自所述薄壁铜管(101)的外表面依次向外设有相互紧密接触的若干层热塑管(102)和一层硅胶管(103)，所述薄壁铜管(101)与所述热塑管(102)之间设有多片用于采集应变的电阻应变片(104)，所述电阻应变片(104)通过接线端子与导线的一端相连，导线的另一端延伸出海底管道模型(1)的一端；所述海底管道模型(1)的一端通过销钉(6)连接有第一圆柱接头(7)，所述海底管道模型(1)的另一端通过销钉(6)连接有第二圆柱接头(8)；
所述横向试验支持架(2)包括主体横梁，所述主体横梁的两侧顶部均分别设有角度盘(21)；所述主体横梁的顶部设有槽钢，所述拖车支撑在槽钢上；
所述第一端部支撑装置(3)包括竖直方向的第一支撑管(31)，所述第一支撑管(31)的顶部连接有水平布置的第一角度板(32)，所述第一支撑管(31)的底部连接有第一支撑板(33)，所述第一支撑板(33)的内侧通过螺栓连接有与所述第一支撑板(33)平行的第一导流板(34)，所述第一导流板(34)的下部设有一个通孔，所述通孔内设有一个万向联轴节(35)，所述万向联轴节(35)的一端通过万向联轴节螺丝(36)固定在第一支撑板(33)上，所述万向联轴节(35)的另一端与所述海底管道模型(1)上的第一圆柱接头(7)连接；
所述第二端部支撑装置(4)包括竖直方向的第二支撑管(41)，所述第二支撑管(41)的顶部连接有水平布置的第二角度板(42)，所述第二支撑管(41)的底部连接有第二支撑板(43)，所述第二支撑板(43)的内侧通过螺栓连接有与所述第二支撑板(43)平行的第二导流板(44)，所述第二导流板(44)的下部设有一个长方形豁口，所述长方形豁口内设有角度卡板(45)，所述角度卡板(45)上设有一个管道安装孔；该试验装置中包括有四个角度卡板(45)，每个角度卡板(45)上的管道安装孔的轴线与角度卡板(24)厚度方向的夹角分别为0度、15度、30度、45度；
所述第二支撑板(43)的外侧设有一个滑轮(9)，所述滑轮(9)的滑轮座与第二支撑板(43)之间设有滑轮座垫块，所述滑轮座垫块为楔形块，所述第二支撑板(43)上位于滑轮座的下方分别设有一钢丝绳过孔；该试验装置中包括有三个滑轮座垫块，每个滑轮座垫块(10)上的斜面与第二支撑板(43)接触面之间的夹角分别为15度、30度、45度；
所述主体横梁上、位于与第二端部支撑装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐万海，芦燕，崔溦，马烨璇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津;12
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