一种研究海洋立管在流场中涡激振动特征的试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种研究海洋立管在流场中涡激振动特征的试验装置，包括海洋立管模块、运动模块、电动模块、拖动模块、固定模块、振荡模块和力施加模块；所述固定模块将所述运动模块固定在所述拖动模块底部，所述电动模块固定在所述运动模块的端部，所述振荡模块与所述运动模块滑动连接，并与所述电动模块电性连接，所述海洋立管模块两端与所述振荡模块相连，所述力施加模块固定在所述振荡模块上并与所述海洋立管模块的端部相连。本发明专利技术能够使海洋立管模块相对拖动模块振荡以产生振荡流场，振荡流场与拖动模块匀速拖航产生的均匀流场叠加形成时变组合流场，从而可以对组合流场中海洋立管模块的涡激振动响应开展试验研究。响应开展试验研究。响应开展试验研究。

【技术实现步骤摘要】
一种研究海洋立管在流场中涡激振动特征的试验装置


[0001]本专利技术涉及海洋工程
，具体涉及一种研究海洋立管在流场中涡激振动特征的试验装置。

技术介绍

[0002]海洋立管连接浮式平台与海底井口，输送石油、天然气等海底油气资源，是海底资源开采系统中的重要组成部分。立管造价较高，且一旦发生破坏，石油、天然气泄漏，将造成严重的经济损失和环境污染，因而立管的安全性至关重要。立管在海洋来流的作用下会发生涡激振动，涡激振动是立管疲劳损伤甚至结构破坏的关键因素之一。
[0003]海洋立管顶部一般与浮式平台相连。浮式平台在波浪作用下会发生横向振荡，并带动立管横向振荡，产生振荡流。振荡流与稳定的海洋来流叠加会形成复杂的组合流。立管的涡激振动响应与水流的实时流速密切相关，组合流中流速不停变化，使立管的涡激振动特征变得更为复杂，难以用理论或数值方法准确预报，为立管的设计带来了很大挑战。立管设计阶段不得不选取较大的安全系数，导致成本增加。
[0004]试验方法是研究立管涡激振动的重要手段，可对立管模型在特定流场中的实际响应进行直接测量，揭示涡激振动规律，并为数值方法的修正提供指导。立管在组合流中的涡激振动机理尚不清晰。均匀流与振荡流的叠加流场是典型的时变组合流场。然而目前的立管涡激振动试验研究大多只考虑定常流，时变组合流场的模拟较难通过试验手段实现。
[0005]因此，本领域的技术人员致力于开发一种研究海洋立管在均匀流
‑
振荡流组合流场中涡激振动特征的试验装置。

技术实现思路
/>[0006]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了一种研究海洋立管在组合流场中涡激振动特征的试验装置，能够使海洋立管模块相对拖动模块振荡以产生振荡流场，振荡流场与拖动模块匀速拖航产生的均匀流场叠加形成时变组合流场，从而可以对组合流场中海洋立管模块的涡激振动响应开展试验研究，以探究海洋立管模块在组合流中涡激振动的机理，为海洋工程实际提供参考和借鉴。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种研究海洋立管在流场中涡激振动特征的试验装置，其特征在于，包括海洋立管模块、运动模块、电动模块、拖动模块、固定模块、振荡模块和力施加模块；所述固定模块将所述运动模块固定在所述拖动模块底部，所述电动模块固定在所述运动模块的端部，所述振荡模块与所述运动模块滑动连接，并与所述电动模块电性连接，所述海洋立管模块两端与所述振荡模块相连，所述力施加模块固定在所述振荡模块上并与所述海洋立管模块的端部相连。
[0008]在本专利技术的一个优选实施例中，所述固定模块包括顶部横梁和运动机构固定连接件；所述运动模块通过运动机构固定连接件与所述顶部横梁固定连接，所述顶部横梁的两端各设置有顶部纵梁、顶部吊挂、光轴、吊挂夹紧件、梁间固定连接件，所述顶部吊挂与所述
顶部纵梁固定连接，并通过所述吊挂夹紧件与所述拖动模块固定连接，所述顶部纵梁通过所述梁间固定连接件与所述顶部横梁固定连接，所述光轴两端与所述顶部纵梁两端固定连接。
[0009]在本专利技术的一个优选实施例中，所述振荡模块包括中部横梁、左端上折弯件、左端下折弯件、侧板、扰流板、右端竖板、套筒、运动机构滑块、垫块、直线轴承和L形板，所述中部横梁左端与所述左端上折弯件通过L形板固定，右端与所述右端竖板通过L形板固定，所述垫块固定连接在所述中部横梁的顶侧中间，所述运动机构滑块表面设置圆柱凸起与所述垫块设置的插孔相配合插接，所述运动机构滑块与所述运动模块的轨道滑动连接，并与所述电动模块电性连接，所述侧板安装在所述左端上折弯件和所述右端竖板两侧。所述直线轴承安装在所述侧板上，所述光轴穿过所述直线轴承，所述左端上折弯件的折弯面板与所述左端下折弯件的折弯面板叠放固定，两者接触面积可调，所述扰流板安装在所述左端下折弯件和右端竖板偏底部位置，所述套筒安装在所述右端竖板的外侧。
[0010]在本专利技术的一个优选实施例中，所述直线轴承的轴心与光轴的轴心对齐。
[0011]在本专利技术的一个优选实施例中，所述力施加模块包括直线电机、力传感器、万向节、可调螺母、直线电机滑块、滑块盖板、带钩螺栓、钢丝绳、端部滑轮、内侧滑轮、端部连接件和弹簧，所述直线电机与所述右端竖板固定连接，所述直线电机滑块通过滑动锁定机构与所述直线电机轨道连接，所述滑块盖板固定于所述直线电机滑块表面，所述带钩螺栓与所述滑块盖板固定连接，所述可调螺母的一端通过万向节与所述海洋立管模块的右端连接，另一端与所述力传感器的一端连接，所述力传感器另一端与所述端部连接件的一端连接，所述端部连接件的另一端伸入所述套筒并与所述弹簧的一端连接，所述弹簧的另一端与所述钢丝绳的一端连接，所述钢丝绳的另一端依次经过所述端部滑轮和所述内侧滑轮后与所述带钩螺栓的钩子相连。
[0012]在本专利技术的一个优选实施例中，所述带钩螺栓的钩子设置为弯钩状、圆钩状或其它能固定所述钢丝绳的钩状物。
[0013]在本专利技术的一个优选实施例中，所述海洋立管模块包括管件、应变片、热缩管和介质，所述应变片贴在所述管件的外表面，位于所述管件和所述热缩管之间，所述热缩管套在所述管件的外表面，加热缩小后与所述管件和所述应变片紧贴，所述管件内部充满所述介质。
[0014]在本专利技术的一个优选实施例中，所述管件材质包括但不限于为PPR、钢管、铜管、硅胶管。
[0015]在本专利技术的一个优选实施例中，所述介质包括但不限于固体、液体、气体或多相混合物。
[0016]在本专利技术的一个优选实施例中，所述应变片和所述力传感器与动态信号采集仪连接后再与计算机连接。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]1、提出了可以模拟均匀流和振荡流组合时变外流场的立管涡激振动试验装置，克服了现有技术通常只能模拟定常流场的不足，通过运动模块和光轴，使得海洋立管模块在被拖动模块匀速拖动模拟均匀流的同时，还能稳定地往复运动模拟需要的振荡流，两种流场叠加实现对复杂组合流场的模拟。
[0019]2、本专利技术技术方案中部横梁联立运动机构滑块、左端上折弯件和右端竖板，使用单个电机就可控制立管两端同步振荡，大大降低试验成本。直线电机与右端竖板固定，随海洋立管模块同步振荡，通过精确控制弹簧长度来控制施加给海洋立管模块的张力，配合力传感器对力的监测，实现海洋立管模块试验过程中张力的稳定、精确施加。左端上折弯件与左端下折弯件的接触面积可调，万向节与力传感器间的间距可通过可调螺母改变，使试验装置对不同长度的海洋立管模块都有较好的适应性，配合直线电机使张力的调节更加容易，并提高了能提供的张力范围。
[0020]3、本专利技术提出的试验装置所需构件通用性强、安装和拆卸方便、成本较低、易维护、调试方便、易推广。
[0021]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例中试验装置整体结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例中试验装置主视图；
[0024]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种研究海洋立管在流场中涡激振动特征的试验装置，其特征在于，包括海洋立管模块(18)、运动模块(1)、电动模块(2)、拖动模块(37)、固定模块、振荡模块和力施加模块；所述固定模块将所述运动模块(1)固定在所述拖动模块(37)底部，所述电动模块(2)固定在所述运动模块(1)的端部，所述振荡模块与所述运动模块(1)滑动连接，并与所述电动模块(2)电性连接，所述海洋立管模块(18)两端与所述振荡模块相连，所述力施加模块固定在所述振荡模块上并与所述海洋立管模块(18)的端部相连。2.如权利要求1所述的研究海洋立管在流场中涡激振动特征的试验装置，其特征在于，所述固定模块包括顶部横梁(3)和运动机构固定连接件(21)；所述运动模块(1)通过运动机构固定连接件(21)与所述顶部横梁(3)固定连接，所述顶部横梁(3)的两端各设置有顶部纵梁(4)、顶部吊挂(5)、光轴(7)、吊挂夹紧件(19)、梁间固定连接件(20)，所述顶部吊挂(5)与所述顶部纵梁(4)固定连接，并通过所述吊挂夹紧件(19)与所述拖动模块(37)固定连接，所述顶部纵梁(4)通过所述梁间固定连接件(20)与所述顶部横梁(3)固定连接，所述光轴(7)两端与所述顶部纵梁(4)两端固定连接。3.如权利要求2所述的研究海洋立管在流场中涡激振动特征的试验装置，其特征在于，所述振荡模块包括中部横梁(6)、左端上折弯件(8)、左端下折弯件(9)、侧板(10)、扰流板(11)、右端竖板(12)、套筒(14)、运动机构滑块(22)、垫块(23)、直线轴承(24)和L形板(25)，所述中部横梁(6)左端与所述左端上折弯件(8)通过L形板(25)固定，右端与所述右端竖板(12)通过L形板(25)固定，所述垫块(23)固定连接在所述中部横梁(6)的顶侧中间，所述运动机构滑块(22)表面设置圆柱凸起与所述垫块(23)设置的插孔相配合插接，所述运动机构滑块(22)与所述运动模块(1)的轨道滑动连接，并与所述电动模块(2)电性连接，所述侧板(10)安装在所述左端上折弯件(8)和所述右端竖板(12)两侧，所述直线轴承(24)安装在所述侧板(10)上，所述光轴(7)穿过所述直线轴承(24)，所述左端上折弯件(8)的折弯面板与所述左端下折弯件(9)的折弯面板叠放固定，两者接触面积可调，所述扰流板(11)安装在所述左端下折弯件(9)和右端竖板(12)偏底部位置，所述套筒(14)安装在所述右端竖板(12)的外侧。4.如权利要求3所述的研究海洋立管在流场中涡...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁昱超，李星辉，唐文勇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：