含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验装置及方法，其特征在于：在波流水槽（1）中的动床试验段（2）设有变坡海床模型（3），所述变坡海床模型（3）上铺设有悬链线管道（4），所述悬链线管道（4）位于变坡海床模型（3）上的外表面设有若干组位移传感器（5）和电阻应变片（6），顶端连接三维驱动装置（7）；以驱动悬链线管道（4）在横向、纵向和竖向三个方向的循环往复运动。目的在于有效模拟铺设管道与不同型式斜坡海床的动力相互作用。与不同型式斜坡海床的动力相互作用。与不同型式斜坡海床的动力相互作用。

Experimental device and method for dynamic study of pipe laying in wave current flume with variable slope seabed model

【技术实现步骤摘要】
含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验装置及方法


[0001]本专利技术属于海洋工程铺管试验
，尤其涉及一种含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验装置及方法。

技术介绍

[0002]海底管道是海洋油气重要的集输运手段，被誉为海上油气田生产系统的“生命线”。随着海洋油气资源的开发逐渐走向深海，油气管道需要从浅海铺向深海，深海环境条件恶劣，海床存在斜坡，铺设管道与斜坡海床动力相互作用导致管道受力变形响应显著，成为当前铺管设计与施工亟需考虑解决的问题。目前已有的铺管模型试验装置系统中，往往都是在平坦海床上进行的，忽略了斜坡海床对管道动力响应的影响，无法模拟铺设管道与斜坡海床的动力相互作用，现有技术可以参考中国专利202121548128.3。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的缺陷和不足，本专利技术的目的在于提供一种含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验装置及方法，目的在于有效模拟铺设管道与不同型式斜坡海床的动力相互作用。该系统结构简单新颖，试验功能强大，变坡海床模型能够对复杂海床环境进行便捷处理，以便有效模拟多种型式的斜坡海床，在驱动装置和波流水槽提供的海洋环境铺管动力条件下，进行铺管动力模型试验研究。基于该装置，本专利技术还提供一种含变坡海床模型的铺管动力试验研究方法。
[0004]本专利技术具体采用以下技术方案：一种含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验装置，其特征在于：在波流水槽（1）中的动床试验段（2）设有变坡海床模型（3），所述变坡海床模型（3）上铺设有悬链线管道（4），所述悬链线管道（4）位于变坡海床模型（3）上的外表面设有若干组位移传感器（5）和电阻应变片（6），顶端连接三维驱动装置（7）；以驱动悬链线管道（4）在横向、纵向和竖向三个方向的循环往复运动。
[0005]进一步地，所述波流水槽（1）底部为水平混凝土面，中部设有动床试验段（2），所述动床试验段（2）为一段有一定深度的试验坑；所述波流水槽（1）两侧为玻璃水槽壁，水槽壁顶部铺设有三维驱动装置（7）的水平钢架导轨。
[0006]进一步地，所述变坡海床模型（3）包括架设在动床试验段（2）坑底的可调节倾斜式工作台（10），以及工作台面上用螺栓安装设置的预制长方体木盒（11），用于填装预制饱和砂土或粘土，以模拟海床土壤。
[0007]进一步地，所述三维驱动装置（7）竖向运动的滑块（15）上接有一钢制杆件（16），所述悬链线管道（4）顶部嵌套在钢制杆件（16）上，并悬垂在变坡海床模型（3）的海床土壤表面，末端与海床接触，形成一段触地段管道。
[0008]进一步地，所述悬链线管道（4）顶部嵌套在钢制杆件（16）上的连接部安装有管道连接器。
[0009]进一步地，所述悬链线管道（4）上的若干组位移传感器（5）和电阻应变片（6）为等间距设置，且电阻应变片（6）采用防水薄膜包裹。
[0010]进一步地，所述可调节倾斜式工作台（10）由相互之间构成可调式转动连接的工作台面和圆弧底座（13）；摇把（12）作为二者可调式转动连接的延伸部，用于手动控制工作台沿圆弧面滑动，以向前向后倾斜；所述圆弧底座（13）侧面有角度刻度，用于设定工作台的倾斜角度，以实现不同倾斜方向、不同角度的斜面海床模拟。
[0011]进一步地，其试验方法，包括以下步骤：步骤S1：使用量纲分析法，根据几何、运动和动力相似原则进行缩尺比换算，确定满足试验条件的管道、变坡海床模型和钢制杆件的最佳尺寸；步骤S2：用水浸泡海床土，制备饱和海床土样，测定土样基本特征参数，将土样铺设在变坡海床模型的木盒中；步骤S3：在选定好材料和尺寸的管道外表面根据试验需要以一定间隔布置位移传感器和电阻应变片，并采用防水薄膜包裹粘合；步骤S4：将管道上端与三维驱动器竖向滑块连接的钢制杆件嵌套相连，并用管道连接器加固嵌套处；管道下部铺设在变坡海床模型土样表面，在自重条件下形成悬链线形状；步骤S5：在波流水槽中蓄水，达到预定水深后，启动波流水槽的造流和造波系统，设定好流速、波高和周期；步骤S6：待水槽中形成稳定的水流和波浪后，启动三维驱动装置，分别设置好三个方向滑块运动的幅度和周期，由此带动管道顶端运动；步骤S7：位移和应变数据采集系统以一定采样频率采集试验过程中管道各测点的位移和应变数据，试验结束后，先关闭数据采集系统，再关闭三维驱动器以及造流和造波系统。
[0012]该试验用以模拟斜坡海床下铺设管道的动力响应，波流水槽生成波浪和海流，三维驱动设备模拟波流条件下铺管船运动对管道顶端的激励作用。
[0013]进一步地，在模拟不同型式和坡角斜坡海床下铺管时，只需在步骤S2中调节可调节倾斜式工作台的倾斜度，即可分别模拟正坡和负坡海床，设置不同坡角的斜坡海床；然后重复步骤S3到步骤S7，即可得到在不同斜坡型式和坡角的海床下铺设管道的位移和应变响应结果。
[0014]相比于现有技术，本专利技术及其优选方案具有以下有益效果：该含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验系统结构简单新颖，试验功能强大，波流水槽能够模拟波浪和海流环境，通过驱动设备牵引管道顶端进行三维周期运动，可以有效模拟铺管船运动对管道的激励作用。通过变坡海床模型能够对复杂海床环境的模拟进行便捷处理，以便模拟多种型式的斜坡海床。位移传感器和电阻应变片能够测得试验中管道位移和应变时程，由此得到管道受力变形响应。该试验装置系统能够有效模拟铺设管道与斜坡海床动力相互作用，开展斜坡海床下铺管动力模型试验研究。
附图说明
[0015]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细的说明：
图1为本专利技术实施例整体结构示意图一。
[0016]图2为本专利技术实施例整体结构示意图二（不含变坡海床模型）。
[0017]图3为本专利技术实施例变坡海床模型结构示意。
[0018]图4为本专利技术实施例可调节倾斜式工作台结构示意。
具体实施方式
[0019]为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下。
[0020]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0021]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0022]如图1~图4所示，本实施例提供了一种含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验装置，包括波流水槽1，波流水槽中的动床试验段2设有变坡海床模型3，海床上铺设有悬链线管道4，管道外表面设有若干组位移传感器5和电阻应变片6，管道顶端连接着三维驱动装置7，以驱动其在横向、纵向、竖向三个方向循环往复运动。
[0023]在本实施例中，波流水槽总长55m，宽1m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验装置，其特征在于：在波流水槽（1）中的动床试验段（2）设有变坡海床模型（3），所述变坡海床模型（3）上铺设有悬链线管道（4），所述悬链线管道（4）位于变坡海床模型（3）上的外表面设有若干组位移传感器（5）和电阻应变片（6），顶端连接三维驱动装置（7）；以驱动悬链线管道（4）在横向、纵向和竖向三个方向的循环往复运动。2.根据权利要求1所述的含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验装置，其特征在于：所述波流水槽（1）底部为水平混凝土面，中部设有动床试验段（2），所述动床试验段（2）为一段有一定深度的试验坑；所述波流水槽（1）两侧为玻璃水槽壁，水槽壁顶部铺设有三维驱动装置（7）的水平钢架导轨。3.根据权利要求2所述的含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验装置，其特征在于：所述变坡海床模型（3）包括架设在动床试验段（2）坑底的可调节倾斜式工作台（10），以及工作台面上用螺栓安装设置的预制长方体木盒（11），用于填装预制饱和砂土或粘土，以模拟海床土壤。4.根据权利要求3所述的含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验装置，其特征在于：所述三维驱动装置（7）竖向运动的滑块（15）上接有一钢制杆件（16），所述悬链线管道（4）顶部嵌套在钢制杆件（16）上，并悬垂在变坡海床模型（3）的海床土壤表面，末端与海床接触，形成一段触地段管道。5.根据权利要求4所述的含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验装置，其特征在于：所述悬链线管道（4）顶部嵌套在钢制杆件（16）上的连接部安装有管道连接器。6.根据权利要求1所述的含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验装置，其特征在于：所述悬链线管道（4）上的若干组位移传感器（5）和电阻应变片（6）为等间距设置，且电阻应变片（6）采用防水薄膜包裹。7.根据权利要求3所述的含变坡海床模型的波流水槽铺管动力研究试验装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐普，杜志新，张挺，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：