[发明专利]一种面外均匀流下测量细长立管动力响应装置

说明书

技术领域

本发明属于海洋工程领域，具体地涉及一种面外均匀流下测量细长立管动力响应，同时监测涡激振动(VIV)的实验装置。

背景技术

在风浪流的作用下，海洋浮式结构物将带动悬链线立管在水中作周期性往复运动，从而在立管运动方向上产生相对振荡来流，这种振荡来流将激励立管悬垂段发生“间歇性”的涡激振动。近几年来，随着深海石油系统的开发，工程上开始大量采用悬链式立管。深水环境中的立管可视为细长柔性结构，此时小变形理论不再适用，这使得立管的涡激振动问题更加突出，因此对于细长柔性立管顶部平台作用下的整体涡激振动响应特性的分析是其能否应用于工程实践的关键所在。

以往预报细长海洋结构物的涡激振动危害最常用的方法是数值计算SHEAR7、VIVA、VIVANA，这种通过理论公式来预测荷载和响应的方法至今仍具有很大的不确定性。目前为止，对柔性管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。模型试验中观察到的现象更接近于自然界的真实情况。通过对现有技术的检索，立管模型试验一般在拖曳海洋工程深水池中进行，有的在环形水槽中进行，有的用拖船拖动立管进行涡激振动的测试。发表于“Applied Ocean Research(2013)”43刊中的论文“Exper iments with a stee l catenary riser model in a towing tank”(拖曳水池中的细长柔性立管模型实验),在拖曳水池中通过运行与立管相连接的车厢来模拟立管周围的稳定流场，在立管上安装微型加速度测量仪监测立管的状态。分析此种测试技术，发现其不足点在于：1、考虑到拖曳水池的深度，一般只能模拟小尺度管件的涡激振动，难以有效地进行实雷诺数下的涡激振动测试  2、不易于布置立管周围的水下监控设备，在进行缓波型立管模型测试时不能调节立管的形状  3、不能进行一定流速下的强迫振荡实验  4、在实验中安装立管过程较复杂  5、不能有效模拟海洋平台的运动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种面外均匀流下测量细长立管动力响应测试装置，旨在分析旨在分析细长柔性立管在90度水平均匀流作用下的整体涡激振动响应特性。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种均匀流下测量细长立管动力响应测试装置，包括深海立管模块、顶部边界模块、底部边界模块、固定模块、顶部滑动模块、底部滑动模块和测量分析控制模块，所述深海立管模块两端分别与顶部边界模块和底部边界模块相连接，所述固定模块与顶部边界模块和顶部滑动模块相连接，所述深海立管模块分别与固定模块，顶部滑动模块和底部滑动模块成90度夹角，所述顶部滑动模块还连接有拖车底部固定端，且顶部滑动模块所处平面与拖车运动方向平行，所述测量分析控制模块分别与深海立管模块、顶部边界模块、底部边界模块、固定模块、顶部滑动模块、底部滑动模块相连接，所述底部滑动模块与所述底部边界模块相连接，所述深海立管模块包括深海立管模型和光纤传感器，所述光纤传感器设置在所述深海立管模型上，所述深海立管模型的顶端和顶部边界模块相连接，所述深海立管模型的底部和底部边界模块相连接，且所述立管模型所在平面与底部固定轨道所在平面成90夹角，所述的顶部边界模块包括顶部夹具外缘，螺丝，顶部夹具底板，第一垫板，第一万向节固定板，第一万向节转动装置，第二万向节固定板，第一三分力仪固定板，第一三分力仪，第一调整组件，第一楔块，所述顶部夹具外缘通过螺丝和深海立管模型相连接，两者所在平面成90度夹角，所述顶部夹具底板与所述顶部夹具外缘固接，所述顶部夹具底板与通过螺丝与所述第一垫板相连，所述第一万向节固定板与第一垫板和第一万向节转动装置相连接，所述第一万向节转动装置与第一万向节固定板和第二万向节固定板固接，所述第二万向节固定板和三分力仪固定板一侧连接，所述三分力仪固定板的另一侧和三分力仪连接，所述三分力仪的末端与第一调整组件相连接，所述第一调整组件的另一侧固接在第一楔块上，所述的底部边界模块包括底部夹具外缘，螺丝Ⅰ，底部夹具底板，第二垫板，第三万向节固定板，第二万向节转动装置，第四万向节固定板，第二三分力仪固定板，第二三分力仪和底部固定板，所述底部夹具外缘通过螺丝Ⅰ与所述深海立管模型相连接，两者所在平面成90度夹角，所述底部夹具底板与所述底部夹具外缘固接，所述底部夹具底板与第二垫板固接，所述第三万向节固定板与第二垫板和第二万向节转动装置相连接，所述第二万向节转动装置与第三万向节固定板和第四万向节固定板固接，所述第四万向节固定板和第二三分力仪固定板一侧连接，所述三分力仪固定板的另一侧和三分力仪连接，所述三分力仪的末端与底部固定板相连接，所述固定模块包括整流罩，垂直固定板和垂直固定块，所述的顶部滑动模块包括第一动力组件，第一法兰装置，第一滑块，第一导链，第一滑动轨道和第一支撑架，所述的垂直固定板安装在第一滑块上，所述垂直固定板上滑动安装有垂直固定块，两侧分别安装有整流罩，所述垂直固定块与第一楔块相固接，所述第一动力组件通过第一法兰装置与第一滑动轨道相连接，所述第一动力组件的旋转轴通过第一导链连接至第一滑块上，所述第一滑块滑动支撑在第一滑动轨道上，并且与垂直固定板相连接，所述底部滑动模块包括小假底面板，面板补板，面板连接块，第二动力组件，第二法兰装置，第二滑块，第二导链，第二滑动轨道和第二支撑架，所述小假底面板的底端连接在底部固定板上，所述面板连接块焊接在小假底面板的正下方，并与两块面板补板相连接，所述面板补板焊接在第二滑块上，所述第二动力组件通过第二法兰装置与第二滑动轨道相连接，所述第二动力组件的旋转轴通过第二导链连接至第二滑块上，所述第二滑块滑动支撑在第二滑动轨道上，且第二滑动轨道与小假底面板成90度夹角。