均匀流下受预张力的深海立管列阵模型涡激模拟试验装置制造方法及图纸

一种海洋工程技术领域的均匀流下受预张力的深海立管列阵模型涡激模拟试验装置，包括：若干个深海立管模块、第一端部支撑模块、第二端部支撑模块、第一固定柱模块、第二固定柱模块、加力模块、两个整流罩模块、两个压浪板模块和测量分析控制模块，本发明专利技术利用拖车和拖曳水池的相对运动模拟不同流速的均匀来流，且能够对深海立管列阵模型两端施加预张力，从而实现在实验室环境下模拟深海立管列阵涡激振动，本发明专利技术测试时间长且能够测试流速高的横置于拖曳水池中的深海立管模型。

【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，具体是一种均勻流下受预张力的深海立管列阵模型涡激模拟试验装置。
技术介绍
根据流体力学知识，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。深海立管常常以列阵的形式出现，各立管由于彼此接近，相互之间会有水动力干扰，导致更为复杂的涡激振动。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。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试验方法。通过模型试验方法可以加深对柔性立管涡激振动机理的认识，并提供可靠的立管涡激振动预报途径和技术。为了使试验中模拟的现象更加接近于自然界中的真实情况，必须采用先进的试验装置。经过对现有技术文献的检索发现，目前的涡激振动测试装置一般只能安装单根立管。在第14届国际近海与极地工程会议“Proceedings of the Fourteen(2004) International Offshore and Polar Engineering Conference，，中白勺论文“Laboratory Investigation of Long Riser VIV Response”(长立管涡激振动响应的实验研究)是关于柔性管件涡激振动实验研究的，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，尺度效应难以避免；2、受海洋工程水池拖车速度限制，难以有效的进行实雷诺数下的涡激振动测试；3、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；4、只能进行单根立管模型的涡激振动试验，难以进行两根甚至多根立管列阵的涡激振动试验。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种均勻流下受预张力的深海立管列阵模型涡激模拟试验装置，本专利技术利用拖车和拖曳水池的相对运动模拟不同流速的均勻来流，且能够对深海立管列阵模型两端施加预张力，从而实现在实验室环境下模拟深海立管列阵涡激振动，本专利技术测试时间长且能够测试流速高的横置于拖曳水池中的深海立管模型。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括若干个深海立管模块、第一端部支撑模块、第二端部支撑模块、第一固定柱模块、第二固定柱模块、加力模块、两个整流罩模块、两个压浪板模块和测量分析控制模块，其中加力模块设置于第二固定柱模块内部且与第二端部支撑模块连接，第二固定柱模块分别与拖车一侧的底部和第二端部支撑模块连接，第一固定柱模块分别与拖车另一侧的底部和第一端部支撑模块连接，若干个深海立管模块两端分别与第二端部支撑模块和第一端部支撑模块连接，两个整流罩模块的整流罩边板分别固定于第一固定柱模块的下部外表面和加力端固定柱下分段的外表面，两个压浪板模块分别穿过且固定于第一固定柱模块和第二固定柱模块外部，测量分析控制模块设置于拖车上，测量分析控制模块分别与若干个深海立管模块、第一端部支撑模块、第二端部支撑模块和加力模块连接。所述的深海立管模块的个数大于等于2。所述的深海立管模块包括光纤光栅传感器、两个立管固定接头和深海立管模型， 其中光纤光栅传感器沿深海立管模型表面轴向均勻布置，深海立管模型两端分别与两个立管固定接头连接，两个立管固定接头分别与第二端部支撑模块和第一端部支撑模块连接，光纤光栅传感器与测量分析控制模块连接。深海立管模块用来模拟实际海洋中的立管。所述的第一端部支撑模块包括整流外伸组件、弹性滑动结构、直线轴承和若干个非加力端转动传感结构，其中直线轴承分别与整流外伸组件和弹性滑动结构连接，弹性滑动结构穿过整流外伸组件且分别与若干个非加力端转动传感结构连接，若干个非加力端转动传感结构分别与若干个深海立管模块一一对应连接，若干个非加力端转动传感结构和测量分析控制模块连接，整流外伸组件与第一固定柱模块连接。第一端部支撑模块用来固定若干个深海立管模块的一端，并对试验过程中若干个深海立管模块发生涡激振动时提供缓冲作用。所述的整流外伸组件包括整流板、整流板安装座、外伸支架和支架连接板，其中 整流板、整流板安装座、外伸支架和支架连接板依次串联连接，支架连接板分别与第一固定柱模块和直线轴承连接。所述的弹性滑动结构包括前支撑板、滑动轴、缓冲弹簧和后支撑板，其中缓冲弹簧套在滑动轴外部且分别与后支撑板和直线轴承连接，前支撑板、滑动轴和后支撑板依次串联连接，前支撑板分别与若干个非加力端转动传感结构连接。所述的非加力端转动传感结构包括传感器和万向节，其中传感器分别与弹性滑动结构、万向节和测量分析控制模块连接，万向节与对应的深海立管模块连接。所述的第二端部支撑模块包括整流轨道固定组件、若干个加力端转动传感结构、 滑动组件和齿轮组件，其中整流轨道固定组件与滑动组件活动连接，整流轨道固定组件分别与齿轮组件连接，齿轮组件分别与第二固定柱模块和加力模块连接，若干个加力端转动传感结构分别与若干个深海立管模块一一对应连接，滑动组件和测量分析控制模块均与若干个加力端转动传感结构连接。第二端部支撑模块用来固定若干个深海立管模块的另一端，并对若干个深海立管模块施加预张力。所述的整流轨道固定组件包括整流板、整流板安装座、轨道模块、同步传输盒模块、水平传动轴模块和导轨连接块，其中整流板、整流板安装座、轨道模块和同步传输盒模块依次串联连接，水平传动轴模块通过导轨连接块与轨道模块连接，轨道模块和水平传动轴模块均与齿轮组件连接，轨道模块与滑动组件活动连接。所述的加力端转动传感结构包括传感器和万向节，其中传感器分别与滑动组件、万向节和测量分析控制模块连接，万向节与对应的深海立管模块连接。所述的滑动组件包括滑块机构、滑块连接板和立管固定支座，其中滑块机构、 滑块连接板和立管固定支座依次串联连接，滑块机构与整流轨道固定组件连接，立管固定支座分别与若干个加力端转动传感结构连接。所述的齿轮组件包括箱体支座、齿轮箱和支撑斜齿轮，其中齿轮箱通过箱体支座与整流轨道固定组件连接，支撑斜齿轮设置于齿轮箱内部且与整流轨道固定组件连接， 齿轮箱和支撑斜齿轮分别与第二固定柱模块和加力模块连接。所述的第一固定柱模块垂直于拖车和拖曳水池池底且分别与拖车、第一端部支撑模块、整流罩模块和压浪板模块连接。第一固定柱模块为若干个深海立管模块提供固定支撑作用。所述的第二固定柱模块垂直于拖车和拖曳水池池底，该第二固定柱模块包括加力端固定柱上分段和加力端固定柱下分段，其中加力端固定柱上分段分别与拖车和加力端固定柱下分段连接，加力端固定柱下分段与第二端部支撑模块连接，加力端固定柱上分段和加力端固定柱下分段分别与整流罩模块和压浪板模块固定连接。第二固定柱模块为若干个深海立管模块提供固定支撑作用。所述的加力模块包括伺服驱动电机、减速器、传动轴模块和驱动斜齿轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种均匀流下受预张力的深海立管列阵模型涡激模拟试验装置，其特征在于，包括：若干个深海立管模块、第一端部支撑模块、第二端部支撑模块、第一固定柱模块、第二固定柱模块、加力模块、两个整流罩模块、两个压浪板模块和测量分析控制模块，其中：加力模块设置于第二固定柱模块内部且与第二端部支撑模块连接，第二固定柱模块分别与拖车一侧的底部和第二端部支撑模块连接，第一固定柱模块分别与拖车另一侧的底部和第一端部支撑模块连接，若干个深海立管模块两端分别与第二端部支撑模块和第一端部支撑模块连接，两个整流罩模块的整流罩边板分别固定于第一固定柱模块的下部外表面和加力端固定柱下分段的外表面，两个压浪板模块分别穿过且固定于第一固定柱模块和第二固定柱模块外部，测量分析控制模块设置于拖车上，测量分析控制模块分别与若干个深海立管模块、第一端部支撑模块、第二端部支撑模块和加力模块连接。

【技术特征摘要】
1.一种均勻流下受预张力的深海立管列阵模型涡激模拟试验装置，其特征在于，包括 若干个深海立管模块、第一端部支撑模块、第二端部支撑模块、第一固定柱模块、第二固定柱模块、加力模块、两个整流罩模块、两个压浪板模块和测量分析控制模块，其中加力模块设置于第二固定柱模块内部且与第二端部支撑模块连接，第二固定柱模块分别与拖车一侧的底部和第二端部支撑模块连接，第一固定柱模块分别与拖车另一侧的底部和第一端部支撑模块连接，若干个深海立管模块两端分别与第二端部支撑模块和第一端部支撑模块连接，两个整流罩模块的整流罩边板分别固定于第一固定柱模块的下部外表面和加力端固定柱下分段的外表面，两个压浪板模块分别穿过且固定于第一固定柱模块和第二固定柱模块外部，测量分析控制模块设置于拖车上，测量分析控制模块分别与若干个深海立管模块、第一端部支撑模块、第二端部支撑模块和加力模块连接。2.根据权利要求1所述的均勻流下受预张力的深海立管列阵模型涡激模拟试验装置， 其特征是，所述的深海立管模块包括光纤光栅传感器、两个立管固定接头和深海立管模型，其中光纤光栅传感器沿深海立管模型表面轴向均勻布置，深海立管模型两端分别与两个立管固定接头连接，两个立管固定接头分别与第二端部支撑模块和第一端部支撑模块连接，光纤光栅传感器与测量分析控制模块连接。3.根据权利要求1所述的均勻流下受预张力的深海立管列阵模型涡激模拟试验装置， 其特征是，所述的第一端部支撑模块包括整流外伸组件、弹性滑动结构、直线轴承和若干个非加力端转动传感结构，其中直线轴承分别与整流外伸组件和弹性滑动结构连接，弹性滑动结构穿过整流外伸组件且分别与若干个非加力端转动传感结构连接，若干个非加力端转动传感结构分别与若干个深海立管模块一一对应连接，若干个非加力端转动传感结构和测量分析控制模块连接，整流外伸组件与第一固定柱模块连接。4.根据权利要求1所述的均勻流下受预张力的深海立管列阵模型涡激模拟试验装置， 其特征是，所述的第二端部支撑模块包括整流轨道固定组件、若干个加力端转动传感结构、滑动组件和齿轮组件，其中整流轨道固定组件与滑动组件活动连接，整流轨道固定组件分别与齿轮组...

【专利技术属性】
技术研发人员：付世晓，陈蓥，杨建民，汪学峰，彭涛，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31