局部流速增大傾角來流多跨海底管道渦激振動(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，涉及的是一種局部流速增大傾角來流多跨海底管道渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著陸地石油資源日益匱乏，海洋油氣資源的開發(fā)得到了迅猛發(fā)展，海底管線的數(shù)量逐年增多。由于海底地形復(fù)雜，環(huán)境惡劣，海底管道不可避免的形成了懸跨段，甚至多跨段。海水流過懸跨管道時(shí)，管道后緣將產(chǎn)生交替的漩渦脫落，當(dāng)漩渦脫落頻率與管道自振頻率相近時(shí)，管道的振動(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。管道的渦激振動(dòng)和“鎖定”現(xiàn)象是導(dǎo)致管道失穩(wěn)和疲勞破壞的主要因素。特別需要注意的是，海底管道遭受的海流沖刷有時(shí)會(huì)帶有傾角，即來流方向與海底管道不垂直，研究傾角均勻來流條件多跨海底管道渦激振動(dòng)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]目前，研究傾角均勻來流條件多跨海底管道渦激振動(dòng)現(xiàn)象的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(dòng)現(xiàn)象和主要特征以及傾角來流對(duì)渦激振動(dòng)的影響，獲得較為可靠的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果可用來效驗(yàn)理論和數(shù)值模型的精度。通過試驗(yàn)測試的方式可以更好的探究傾角均勻來流條件多跨海底管道渦激振動(dòng)及抑制的機(jī)理，為工程實(shí)際積累經(jīng)驗(yàn)。海底管道渦激振動(dòng)的抑制對(duì)于海洋石油的開采中的工程安全具有重要意義。
[0004]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段多跨管道渦激振動(dòng)的研究開展還很不充分，試驗(yàn)方面的研究遠(yuǎn)滯后于工程實(shí)際的需求。挪威的MARINTEK研究機(jī)構(gòu)在2000年到2003年期間開展了部分多跨管道的渦激振動(dòng)試驗(yàn)，并進(jìn)一步完善了規(guī)范DNV-RP-F105(2006)，在2002年召開的21界海洋離岸及極地工程國際會(huì)議上的文章“VIV response of longfree spanning pipelines”(長自由懸跨管道禍激振動(dòng)響應(yīng)研究)詳細(xì)介紹了試驗(yàn)細(xì)節(jié)，采用線性彈簧模擬多段懸跨的支撐作用，增加了對(duì)來流流場的擾動(dòng)。
[0005]然而實(shí)際工程實(shí)際中，海底管道軸向與來流垂直方向并不完全重合，存在一定傾斜角度。傾角的存在使得多跨海底管道渦激振動(dòng)變得十分復(fù)雜，至今仍缺乏相關(guān)的研究工作。同時(shí)，在懸空段沿著管道軸向的流速截面并不是一成不變的，存在局部流速增大的情況。因此，設(shè)計(jì)一套既能試驗(yàn)?zāi)M局部流速增大、傾角來流、又能實(shí)現(xiàn)多跨管道渦激振動(dòng)測量的試驗(yàn)裝置勢(shì)在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)帶流速增大裝置的傾角來流條件多跨管道試驗(yàn)研究存在的不足，提供了可以局部增大流速的多跨管道試驗(yàn)裝置，能夠模擬傾角來流條件和海底懸跨管道跨中的邊界條件，對(duì)多跨管道開展試驗(yàn)研究，探究其渦激振動(dòng)發(fā)生機(jī)理，為工程實(shí)際提供必要的參考和借鑒。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種局部流速增大傾角來流多跨海底管道渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置，包括海底管道模型、橫向試驗(yàn)支持架、流速增大裝置、拖車、應(yīng)變采集儀和計(jì)算機(jī)，所述海底管道模型穿過流速增大裝置側(cè)面的大圓孔，其一端設(shè)有第一端部支撐裝置，所述海底管道模型的另一端設(shè)有第二端部支撐裝置，所述海底管道模型的中部設(shè)有多跨支撐裝置，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，所述多跨支撐裝置的頂部與所述橫向試驗(yàn)支持架的中部連接；所述橫向試驗(yàn)支持架固定于所述拖車的底部；所述海底管道模型包括若干條導(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8mm、壁厚為Imm ；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)變的電阻應(yīng)變片，所述電阻應(yīng)變片；通過接線端子與導(dǎo)線的一端相連，導(dǎo)線的另一端延伸出海底管道模型的一端；所述海底管道模型的一端通過銷釘連接有第一圓柱接頭，所述海底管道模型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)的另一端與所述海底管道模型上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)管道安裝孔；該試驗(yàn)裝置中包括有四個(gè)角度卡板，每個(gè)角度卡板上的管道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；自海底管道模型上的第二圓柱接頭、穿過第二支撐板上的鋼絲繩過孔后繞過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底管道模的軸線在同一平面內(nèi)；所述多跨支撐裝置的頂部與所述橫向試驗(yàn)支持架的中部連接；所述多跨支撐裝置包括固定支持柱、可轉(zhuǎn)動(dòng)支持柱和多個(gè)管道模型支撐卡板；所述海底管道模型上套裝有流速增大裝置，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，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)支持裝置包括固定支持柱和可轉(zhuǎn)動(dòng)支持柱；所述固定支持柱的頂部和中部分別設(shè)有連接板，所述固定支持柱的底部固定有固定板，所述固定板與所述固定支持柱呈垂直布置，所述固定板上設(shè)有兩個(gè)第一通孔；所述可轉(zhuǎn)動(dòng)支持柱的頂部固定有角度固定板，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)支持柱的中部兩側(cè)焊接有加固繩索連接螺母；所述角度固定板上設(shè)有兩個(gè)為一組的四組第二通孔，所述角度固定板上第二通孔與所述固定板上第一通孔的位置關(guān)系是:每組第二通孔與兩個(gè)第一通孔的中心距相同，四組第二通孔的中心連線匯交與點(diǎn)A，所述點(diǎn)A與每組第二通孔的中心連線的中點(diǎn)重合，四組第二通孔的中心連線分別記為中心連線L1、中心連線L2、中心連線L3和中心連線L4，所述中心連線LI與兩個(gè)第一通孔的中心連線的水平投影重合，中心連線L2、中心連線L3和中心連線L4依次與中心連線LI的夾角為15度、30度和45度；所述固定支持柱和所述可轉(zhuǎn)動(dòng)支撐柱之間通過在所述固定板上的兩個(gè)第一通孔和所述角度固定板上的其中一組第二通孔中設(shè)置的固定板連接螺栓連接；所述多跨支撐裝置中的可轉(zhuǎn)動(dòng)支持柱的底部與一個(gè)管道模型卡板(連接；每個(gè)管道模型卡板包括由對(duì)接的兩個(gè)半片組成的板體，所述板體的對(duì)接處設(shè)有支撐孔，兩個(gè)半片的上端通過螺絲與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)支持柱固定，兩個(gè)半片的下端通過螺絲與一卡板固定板固定；四個(gè)管道模型卡板上支撐孔的軸線與板體厚度方向的夾角分別為O度、15度、30度和45度；位于所述可轉(zhuǎn)動(dòng)支持柱的中部兩側(cè)焊接的加固繩索連接螺母與所述橫向試驗(yàn)支持架之間分別設(shè)有斜拉鋼絲繩，所述斜拉鋼絲繩上連接有拉力張緊器；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)明解決了多跨海底管道渦激振動(dòng)試驗(yàn)中流速增大裝置的設(shè)計(jì)問題和多跨支撐的施加問題，可以模擬傾角來流條件，增大部分管道流速，同時(shí)更符合于海洋工程實(shí)際工況。本發(fā)明中的支持柱為翼型，最大限度的減小了多跨支撐裝置對(duì)流場的干擾。支持柱兩端通過鋼絲繩和拉力張緊器固定，增強(qiáng)了多跨支撐的穩(wěn)定性。本發(fā)明裝置設(shè)計(jì)簡單精巧，加工操作方便，造價(jià)低廉，增大了流速。它是研究帶流速增大裝置的傾角來流條件下多跨海底管道渦激振動(dòng)重要的試驗(yàn)裝備，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明中帶流速增大裝置的傾角來流條件多跨海底管道渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2-1是本發(fā)明中裸管式海底管道模型及兩端接頭示意圖；
[0012]圖2-2是本發(fā)明中帶有螺旋列管的海底管道模型及兩端接頭示意圖；
[0013]圖3是圖1中所示橫向試驗(yàn)支持架的俯視圖；
[0014]圖4是圖3所示橫向試驗(yàn)支持架的右視圖；
[0015]圖5是圖1中所示第一、第二端部支撐裝置與海底管道模型連接部分示意圖；
[0016]圖6是圖1中所示支撐板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖7是圖1中所示導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖8是橫向試驗(yàn)支持架與拖車相互位置一的俯視圖；
[0019]圖9是圖8所示橫向試驗(yàn)支持架與拖車相互位置一的的右視圖；
[0020]圖10-1橫向試驗(yàn)支持架與拖車相互位置二的俯視圖；
[0021]圖10-2是橫向試驗(yàn)支持架與拖車相互位置三的俯視圖；
[0022]圖10-3是橫向試驗(yàn)支持架與拖車相互位置四的俯視圖；
[0023]圖11是角度盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖12-1是圖10-1所示狀態(tài)下管道與來流之間傾角示意圖；
[0025]圖12-2是圖10-2所示狀態(tài)下管道