傾角局部流速增大來流海洋立管渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的試驗(yàn)裝置，具體地說，涉及的是一種傾角局部流速增大來流海洋立管渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]立管系統(tǒng)是深海石油開采系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵部分。立管連接了海底油氣田和海上作業(yè)平臺(tái)，使海上作業(yè)平臺(tái)可以進(jìn)行鉆探、導(dǎo)液、導(dǎo)泥等工作。隨著油氣開采向深海進(jìn)軍，立管的作業(yè)水深也越來越大，在深水區(qū)域，波浪和海面船體運(yùn)動(dòng)對(duì)立管造成的損傷逐漸減弱，但海流成為了造成立管損傷的主要因素。海流的作用水深范圍很大，當(dāng)海流經(jīng)過海洋立管時(shí)，立管后緣將產(chǎn)生交替的漩渦脫落，當(dāng)漩渦脫落頻率與立管自振頻率相近時(shí)，立管的振動(dòng)將迫使漩渦脫落頻率固定在管道自振頻率附近，從而發(fā)生“鎖定”現(xiàn)象。立管的渦激振動(dòng)和“鎖定”現(xiàn)象是導(dǎo)致立管失穩(wěn)和疲勞破壞的主要因素。立管在實(shí)際作業(yè)過程中，由于海上作業(yè)平臺(tái)在海面漂浮，經(jīng)常在海平面上偏離平衡位置，這經(jīng)常導(dǎo)致立管發(fā)生傾斜，即海流與立管之間的角度由90度發(fā)成偏轉(zhuǎn)。在傾角來流下立管渦激振動(dòng)的發(fā)生機(jī)理及抑制措施需要進(jìn)一步探究。
[0003]目前，學(xué)術(shù)界對(duì)渦激振動(dòng)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(duì)這種復(fù)雜的情況，有學(xué)者提出傾斜柔性圓柱渦激振動(dòng)的不相關(guān)原則，即假定傾斜柔性圓柱渦激振動(dòng)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(zhēng)議。亟需開展系統(tǒng)性研究。模型試驗(yàn)的方法是研究?jī)A角均勻來流條件深海立管渦激振動(dòng)及其抑制措施的最有效的手段。通過模型試驗(yàn)，可以全面的觀測(cè)渦激振動(dòng)現(xiàn)象、來流的傾角對(duì)渦激振動(dòng)的影響機(jī)制等。試驗(yàn)結(jié)果可用來效驗(yàn)理論和數(shù)值模型的正確性，為工程實(shí)際提供必要的試驗(yàn)支持。
[0004]在實(shí)際的海洋工程環(huán)境，不僅立管軸向與來流垂直方向存在一定傾角，同時(shí)從海平面到海底整個(gè)深度范圍內(nèi)的流速截面并不是一成不變的，例如墨西哥灣或者中國(guó)南海的深水區(qū)域，一般表層300米的范圍內(nèi)平均流速是300-800米水深的4到5倍，是800米水深以下的20倍以上，存在局部流速增大的區(qū)域。
[0005]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)局部流速增大傾角來流海洋立管渦激振動(dòng)研究非常少，主要原因是缺乏可實(shí)現(xiàn)傾角來流、并伴有局部流速增大的試驗(yàn)裝置。因此，如何合理的設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)?zāi)M立管在局部流速增大傾角來流條件下渦激振動(dòng)，是現(xiàn)階段需要克服的主要技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)傾角局部流速增大條件深海張緊式單根立管渦激振動(dòng)及其抑制試驗(yàn)研究存在的難點(diǎn)和不足，提供了研究?jī)A角局部流速增大來流條件下海洋立管渦激振動(dòng)及振動(dòng)抑制的試驗(yàn)裝置，能夠模擬有傾角的局部增大來流，對(duì)深海張緊式單根立管開展試驗(yàn)研究，探究其渦激振動(dòng)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)明提出的一種傾角局部流速增大來流海洋立管渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置，包括海洋立管模型、橫向試驗(yàn)支持架、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0.3mm，所述導(dǎo)線為7芯導(dǎo)線，所述薄壁銅管的外徑為8_、壁厚為1_ ;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(zhǎng)方形豁口，所述長(zhǎng)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；所述主體橫梁上、位于與第二端部支撐裝置的連接端一側(cè)連接有一個(gè)拉力傳感器，所述拉力傳感器的另一端依次連接有拉力張緊器和拉力彈簧；自海洋立管模型中的第二圓柱接頭、穿過第二支撐板上的鋼絲繩過孔后繞過所述滑輪至拉力彈簧的另一端連接有鋼絲繩；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；所述海底管道模型的中部設(shè)有流速增大裝置，所述流速增大裝置包括流速增大罩和可轉(zhuǎn)動(dòng)支持裝置，所述流速增大罩包括按水流方向順次布置的增速段和穩(wěn)流段，所述增速段呈喇叭形，所述增速段的進(jìn)水端為喇叭形的大口端，所述增速段的出水端為喇叭形的小口端，所述穩(wěn)流段的開口大小與喇叭形的小口端大小一致；所述增速段的進(jìn)水端與出水端的面積比為該流速增大裝置所要增大的流速倍數(shù)；所述穩(wěn)流段設(shè)有用于所述海底管道模型穿過的通孔；所述可轉(zhuǎn)動(dòng)支持裝置的頂端固定在橫向試驗(yàn)支持架上，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)支持裝置的底端與所述流速增大罩焊接。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0009]本發(fā)明解決了傾角局部流速增大條件下沒有或帶有抑制裝置的深海張緊式單根立管渦激振動(dòng)試驗(yàn)中缺乏必要試驗(yàn)裝備的難題。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)局部來流增大、變化的來流傾角，可為學(xué)術(shù)界在這方面的試驗(yàn)研究提供裝備支持，同時(shí)本發(fā)明裝置設(shè)計(jì)制作簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，安裝方便，容易推廣，是研究?jī)A角局部流速增大來流海洋立管渦激振動(dòng)必要的設(shè)備。
【附圖說明】
[0010]圖1是無抑制結(jié)構(gòu)的帶流速增大裝置的單根立管渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明中無抑制結(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帶有抑制結(jié)構(gòu)的帶流速增大裝置的單根立管渦激振動(dòng)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