傾角均勻來流海洋立管渦激-參激耦合振動試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的試驗(yàn)裝置，具體的說，涉及的是一種傾角均勻來流海洋立管渦激-參激耦合振動試驗(yàn)裝置
【背景技術(shù)】
[0002]立管是進(jìn)行深水石油天然氣開采必不可少的設(shè)備，它所承受的海洋環(huán)境荷載主要來自于海流的作用。當(dāng)海流經(jīng)過立管結(jié)構(gòu)物時(shí)，會在立管兩側(cè)產(chǎn)生交替的旋渦脫落，誘使渦激振動現(xiàn)象發(fā)生，渦激振動是造成立管發(fā)生疲勞破壞的主要原因。
[0003]海洋立管頂端一般與浮式平臺連接。平臺隨著波浪發(fā)生升沉運(yùn)動，給立管頂端一個(gè)位移時(shí)程響應(yīng)，引起立管軸向力隨浮體運(yùn)動而發(fā)生周期性變化，從而導(dǎo)致立管在水平方向上發(fā)生參激振動。參激振動可以引起立管平衡位置的不穩(wěn)定性，加劇立管振動和疲勞破壞。
[0004]目前，學(xué)術(shù)界對海洋立管渦激振動的研究更多關(guān)注結(jié)構(gòu)軸向與來流垂直的情況，實(shí)際的海洋工程中，立管結(jié)構(gòu)軸向與來流并不完全垂直，存在一定傾斜角度。針對這種復(fù)雜的情況，有學(xué)者提出傾斜柔性圓柱渦激振動的不相關(guān)原則，即假定傾斜柔性圓柱渦激振動與來流速度在結(jié)構(gòu)軸向的垂直方向投影分量引起的垂直圓柱情況等價(jià)。然而，不相關(guān)原則的正確與否至今仍然存在爭議。研究傾角來流條件海洋立管渦激振動最可靠和最有效的手段是模型試驗(yàn)。通過模型試驗(yàn)，可以比較全面的觀測到渦激振動現(xiàn)象、主要特征以及來流的傾角對渦激振動產(chǎn)生的影響，獲得較為可靠的試驗(yàn)結(jié)果來效驗(yàn)理論和數(shù)值模型的精度。為工程實(shí)際積累經(jīng)驗(yàn)。
[0005]海洋立管的渦激振動與參激振動一般同時(shí)發(fā)生，并且相互之間存在耦合作用。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索調(diào)研發(fā)現(xiàn):傾角均勻來流海洋立管渦激-參激耦合振動發(fā)生機(jī)制以及振動特性研究仍存在諸多不足。主要原因是缺乏試驗(yàn)測量裝置，特別是無法實(shí)現(xiàn)傾角均勻來流渦激振動與參數(shù)振動耦合作用同時(shí)觀測，并很好的控制傾角來流渦激振動與參數(shù)振動的發(fā)生條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對傾角均勻來流變軸向力海洋立管渦激-參激耦合振動試驗(yàn)研究存在的難點(diǎn)和不足，提供了研究傾角均勻來流變軸向力立管渦激-參激耦合振動的試驗(yàn)裝置，能夠模擬傾角來流條件，對變軸向力海洋立管開展渦激-參激耦合振動試驗(yàn)研究，探究其振動特性及抑制措施，為工程實(shí)際提供參考和借鑒。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種傾角均勻來流海洋立管渦激-參激耦合振動試驗(yàn)裝置，包括海洋立管模型、橫向試驗(yàn)支持架、軸向力往復(fù)裝置、拖車、應(yīng)變采集儀和計(jì)算機(jī)，所述海洋立管模型的一端設(shè)有第一端部支撐裝置，所述海洋立管模型的另一端設(shè)有第二端部支撐裝置，所述第一端部支撐裝置和第二端部支撐裝置的頂部分別與所述橫向試驗(yàn)支持架的兩端連接，所述橫向試驗(yàn)支持架固定于所述拖車的底部；所述海洋立管模型包括若干條導(dǎo)線和一薄壁銅管，所述導(dǎo)線的外徑為0.3_，所述導(dǎo)線為7芯導(dǎo)線，所述薄壁銅管的外徑為8mm、壁厚為;自所述薄壁銅管的外表面依次向外設(shè)有相互緊密接觸的若干層熱縮管和一層硅膠管，所述薄壁銅管與所述熱縮管之間設(shè)有多片用于采集應(yīng)變的應(yīng)變片，所述應(yīng)變片通過接線端子與所述導(dǎo)線相連，所述導(dǎo)線的兩端與所述薄壁銅管的一端或分別與所述薄壁銅管的兩端固定；所述薄壁銅管的一端通過銷釘連接有第一圓柱接頭，所述薄壁銅管的另一端通過銷釘連接有第二圓柱接頭；所述橫向試驗(yàn)支持架包括主體橫梁，所述主體橫梁的兩側(cè)頂部均分別設(shè)有角度盤；所述主體橫梁的頂部設(shè)有槽鋼，所述拖車支撐在槽鋼上；所述第一端部支撐裝置包括豎直方向的第一支撐管，所述第一支撐管的頂部連接有水平布置的第一角度板，所述第一支撐管的底部連接有第一支撐板，所述第一支撐板的內(nèi)側(cè)通過螺栓連接有與所述第一支撐板平行的第一導(dǎo)流板，所述第一導(dǎo)流板的下部設(shè)有一個(gè)通孔，所述通孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)萬向聯(lián)軸節(jié)，所述萬向聯(lián)軸節(jié)的一端通過萬向聯(lián)軸節(jié)螺絲固定在第一支撐板上，所述萬向聯(lián)軸節(jié)的另一端與所述海洋立管模型中的第一圓柱接頭連接；所述第二端部支撐裝置包括豎直方向的第二支撐管，所述第二支撐管的頂部連接有水平布置的第二角度板，所述第二支撐管的底部連接有第二支撐板，所述第二支撐板的內(nèi)側(cè)通過螺栓連接有與所述第二支撐板平行的第二導(dǎo)流板，所述第二導(dǎo)流板的下部設(shè)有一個(gè)長方形豁口，所述長方形豁口內(nèi)設(shè)有角度卡板，所述角度卡板上設(shè)有一個(gè)立管安裝孔；該試驗(yàn)裝置中包括有四個(gè)角度卡板，每個(gè)角度卡板上的立管安裝孔的軸線與角度卡板厚度方向的夾角分別為O度、15度、30度、45度；所述第二支撐板的外側(cè)設(shè)有一個(gè)滑輪，所述滑輪的滑輪座與第二支撐板之間設(shè)有滑輪座墊塊，所述滑輪座墊塊為楔形塊，所述第二支撐板上位于滑輪座的下方分別設(shè)有一鋼絲繩過孔；該試驗(yàn)裝置中包括有三個(gè)滑輪座墊塊，每個(gè)滑輪座墊塊上的斜面與第二支撐板接觸面之間的夾角分別為15度、30度、45度；所述軸向力往復(fù)裝置包括支座、電機(jī)、連接桿、滑軌、滑塊、偏心孔盲板、上部滑輪和下部滑輪，所述支座通過螺絲固定在拖車的邊部，所述電機(jī)設(shè)置在支座的一端，所述滑軌設(shè)置在支座的中部，所述滑塊裝配在所述滑軌上，所述上部滑輪和下部滑輪均設(shè)置在所述支座的另一端，所述偏心孔盲板設(shè)置在電機(jī)的輸出軸上，所述偏心孔盲板上設(shè)有多個(gè)不同偏心位置的偏心孔，所述連接桿的一端設(shè)有徑向桿，所述徑向桿插接在其中一個(gè)偏心孔內(nèi)，所述連接桿的另一端與所述滑塊連接；位于所述第二端部支撐裝置底部的海洋立管模型的第二圓柱接頭連接有一鋼絲繩，該鋼絲繩穿過第二支撐板上的鋼絲繩過孔后繞過所述第二支撐板外側(cè)的滑輪后依次連接拉力張緊器、拉力彈簧和拉力傳感器后依次繞入軸向力往復(fù)裝置中的下部滑輪和上部滑輪后，最終連接至所述軸向力往復(fù)裝置中的滑塊上；所述鋼絲繩和所述海洋立管模型的軸線在同一平面內(nèi)；所述電機(jī)的輸出軸中心、所述連接桿的上下對稱面、所述滑塊的上下對稱面均與所述上部滑輪的滑輪槽的上部邊緣位于同一水平高度，所述上部滑輪的滑輪槽邊緣與所述下部滑輪的滑輪槽邊緣在一條直線上，所述電機(jī)連接有變頻器，所述電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過所述連接桿使所述滑塊在所述滑軌上往復(fù)運(yùn)動，往復(fù)運(yùn)動的振幅是所述連接桿與所述偏心孔盲板上連接位置點(diǎn)的偏心距，從而實(shí)現(xiàn)軸向力幅值的變化；在所述滑塊的往復(fù)運(yùn)動過程中，通過鋼絲繩帶動所述拉力彈簧作伸縮運(yùn)動；所述導(dǎo)線和所述拉力傳感器與所述應(yīng)變采集儀聯(lián)接，所述應(yīng)變采集儀與所述計(jì)算機(jī)連接。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0009]本發(fā)明解決了傾角均勻來流變軸向力海洋立管渦激振動-參數(shù)振動試驗(yàn)的裝備難題，通過設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)簡諧變化的軸向力和變化的來流傾角，使得試驗(yàn)條件更加符合實(shí)際海洋工程的復(fù)雜工況。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)渦激振動-變軸向力參激振動耦合，同時(shí)本發(fā)明裝置的設(shè)計(jì)簡單，安裝調(diào)試方便，造價(jià)低廉，是深海立管渦激振動與參數(shù)振動試驗(yàn)研究必不可少的裝置設(shè)施，彌補(bǔ)了學(xué)術(shù)界缺乏傾角均勻來流變軸向力海洋立管渦激振動試驗(yàn)裝備的空白，具有重要的推廣應(yīng)用價(jià)值和科學(xué)意義。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明中沒有抑制結(jié)構(gòu)的單根立管渦激振動試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明中沒有抑制結(jié)構(gòu)的海洋立管模型兩端的粗圓柱接頭和細(xì)圓柱接頭示意圖；
[0012]圖3是本發(fā)明中帶有抑制結(jié)構(gòu)的單根立管渦激振動試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4是本發(fā)明中帶有抑制結(jié)構(gòu)的海洋立管模型兩端的粗圓柱接頭和細(xì)圓柱接頭示意圖；
[0014]圖5是圖1中所示支撐板14結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖6是圖1中所示導(dǎo)流板11的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖7是橫向試驗(yàn)支持架結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0017]圖8是圖7所示橫向試驗(yàn)支持架的右視圖；
[0018]圖9是角度盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖10是橫向試驗(yàn)支持架與拖車相互位置一的俯視圖；
[0020]圖11是圖10所示橫向試驗(yàn)支持架與拖車相互位置一的的右視圖；
[0021]圖12-1橫向試驗(yàn)支持架與拖車相互位置二的俯視圖；
[0022]圖12-2是橫向試驗(yàn)支持架與拖車相互位置三的俯視圖；
[0023]圖12-3是橫向試驗(yàn)支持架與拖車相互位置四的俯視圖；
[0024]圖13-1是圖12-1所示狀態(tài)下立管與來流之間傾角示意圖；
[0025]圖13-2是圖12-2所示狀態(tài)下立管與來流之間傾角示意圖；
[0026]圖13-3是圖12-3所示狀態(tài)下立管與來流之間傾角示意圖；
[0027]圖14-1是滑輪墊塊的主視圖；
[0028]圖14-2是圖14-1所示滑輪墊塊的左視圖；
[0029]圖14-3是圖14-1所示滑輪墊塊的俯視圖；
[0030]圖15是帶有螺旋列板抑制裝置的海洋立管模型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖16是軸向力往復(fù)裝置的主視圖；
[0032]圖17是軸向力往復(fù)裝置的俯視圖。
[0033]圖中:
[0034]1