[发明专利]一种研究海洋立管在流场中涡激振动特征的试验装置

说明书

本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种研究海洋立管在流场中涡激振动特征的试验装置，包括海洋立管模块、运动模块、电动模块、拖动模块、固定模块、振荡模块和力施加模块；所述固定模块将所述运动模块固定在所述拖动模块底部，所述电动模块固定在所述运动模块的端部，所述振荡模块与所述运动模块滑动连接，并与所述电动模块电性连接，所述海洋立管模块两端与所述振荡模块相连，所述力施加模块固定在所述振荡模块上并与所述海洋立管模块的端部相连。本发明能够使海洋立管模块相对拖动模块振荡以产生振荡流场，振荡流场与拖动模块匀速拖航产生的均匀流场叠加形成时变组合流场，从而可以对组合流场中海洋立管模块的涡激振动响应开展试验研究。

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种研究海洋立管在流场中涡激振动特征的试验装置。

背景技术

海洋立管连接浮式平台与海底井口，输送石油、天然气等海底油气资源，是海底资源开采系统中的重要组成部分。立管造价较高，且一旦发生破坏，石油、天然气泄漏，将造成严重的经济损失和环境污染，因而立管的安全性至关重要。立管在海洋来流的作用下会发生涡激振动，涡激振动是立管疲劳损伤甚至结构破坏的关键因素之一。

海洋立管顶部一般与浮式平台相连。浮式平台在波浪作用下会发生横向振荡，并带动立管横向振荡，产生振荡流。振荡流与稳定的海洋来流叠加会形成复杂的组合流。立管的涡激振动响应与水流的实时流速密切相关，组合流中流速不停变化，使立管的涡激振动特征变得更为复杂，难以用理论或数值方法准确预报，为立管的设计带来了很大挑战。立管设计阶段不得不选取较大的安全系数，导致成本增加。

试验方法是研究立管涡激振动的重要手段，可对立管模型在特定流场中的实际响应进行直接测量，揭示涡激振动规律，并为数值方法的修正提供指导。立管在组合流中的涡激振动机理尚不清晰。均匀流与振荡流的叠加流场是典型的时变组合流场。然而目前的立管涡激振动试验研究大多只考虑定常流，时变组合流场的模拟较难通过试验手段实现。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种研究海洋立管在均匀流-振荡流组合流场中涡激振动特征的试验装置。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种研究海洋立管在组合流场中涡激振动特征的试验装置，能够使海洋立管模块相对拖动模块振荡以产生振荡流场，振荡流场与拖动模块匀速拖航产生的均匀流场叠加形成时变组合流场，从而可以对组合流场中海洋立管模块的涡激振动响应开展试验研究，以探究海洋立管模块在组合流中涡激振动的机理，为海洋工程实际提供参考和借鉴。

为实现上述目的，本发明提供了一种研究海洋立管在流场中涡激振动特征的试验装置，其特征在于，包括海洋立管模块、运动模块、电动模块、拖动模块、固定模块、振荡模块和力施加模块；所述固定模块将所述运动模块固定在所述拖动模块底部，所述电动模块固定在所述运动模块的端部，所述振荡模块与所述运动模块滑动连接，并与所述电动模块电性连接，所述海洋立管模块两端与所述振荡模块相连，所述力施加模块固定在所述振荡模块上并与所述海洋立管模块的端部相连。

在本发明的一个优选实施例中，所述固定模块包括顶部横梁和运动机构固定连接件；所述运动模块通过运动机构固定连接件与所述顶部横梁固定连接，所述顶部横梁的两端各设置有顶部纵梁、顶部吊挂、光轴、吊挂夹紧件、梁间固定连接件，所述顶部吊挂与所述顶部纵梁固定连接，并通过所述吊挂夹紧件与所述拖动模块固定连接，所述顶部纵梁通过所述梁间固定连接件与所述顶部横梁固定连接，所述光轴两端与所述顶部纵梁两端固定连接。