雙向強迫振蕩狀態(tài)下的深海細長立管的動力響應測試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙向強迫振蕩狀態(tài)下的深海細長立管的動力響應測試裝置，本發(fā)明可以實現(xiàn)立管在均勻來流作用下的渦激振動測試；可以充分利用海洋工程深水池的升降底增加大型關鍵安裝的安全系數(shù)；可以充分利用海洋工程深水池的深度模擬大型管件的實雷諾數(shù)渦激振動；可以充分利用海洋工程深水池的寬度在大型管件周邊布置實時監(jiān)控設備，根據(jù)不同需要對模型的形狀進行調(diào)整；采用模塊化設計，優(yōu)點在于便于安裝，便于升級與更改，并滿足不同的功能要求；能夠模擬立管頂部海洋平臺運動，進行更為真實的渦激振動測試。
【專利說明】雙向強迫振蕩狀態(tài)下的深海細長立管的動力響應測試裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋工程領域，具體地涉及一種雙向強迫振蕩狀態(tài)下的深海細長立管的動力響應測試裝置。

【背景技術】
[0002]在風浪流的作用下，海洋浮式結構物將帶動懸鏈線立管在水中作周期性往復運動，從而在立管運動方向上產(chǎn)生相對振蕩來流，這種振蕩來流將激勵立管懸垂段發(fā)生“間歇性”的渦激振動。近幾年來，隨著深海石油系統(tǒng)的開發(fā)，工程上開始大量采用懸鏈式立管。深水環(huán)境中的立管可視為細長柔性結構，此時小變形理論不再適用，這使得立管的渦激振動問題更加突出，因此對于細長柔性立管頂部平臺作用下的整體渦激振動響應特性的分析是其能否應用于工程實踐的關鍵所在。
[0003]以往預報細長海洋結構物的渦激振動危害最常用的方法是數(shù)值計算SHEAR7、VIVA、VIVANA，這種通過理論公式來預測荷載和響應的方法至今仍具有很大的不確定性。目前為止，對柔性管渦激振動現(xiàn)象的研究最重要的方法之一就是模型試驗方法。模型試驗中觀察到的現(xiàn)象更接近于自然界的真實情況。通過對現(xiàn)有技術的檢索，立管模型試驗一般在拖曳海洋工程深水池中進行，有的在環(huán)形水槽中進行，有的用拖船拖動立管進行渦激振動的測試。發(fā)表于“Applied Ocean Research(2013) ”43 刊中的論文“Experiments with asteel catenary riser model in a towing tank”(拖曳水池細長柔性立管模型實驗)，在拖曳水池中通過運行與立管相連接的車廂來模擬立管周圍的穩(wěn)定流場，在立管上安裝微型加速度測量儀監(jiān)測立管的狀態(tài)。分析此種測試技術，發(fā)現(xiàn)其不足點在于:1、考慮到拖曳水池的深度，一般只能模擬小尺度管件的渦激振動，難以有效地進行實雷諾數(shù)下的渦激振動測試2、不易于布置立管周圍的水下監(jiān)控設備，在進行緩波型立管模型測試時不能調(diào)節(jié)立管的形狀3、不能進行一定流速下的強迫振蕩實驗4、在實驗中安裝立管過程較復雜5、不能有效模擬海洋平臺的運動。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種均勻流下測量細長立管動力響應測試裝置，旨在分析細長柔性立管頂部平臺作用下的整體渦激振動響應特性。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明的實施例提供一種雙向強迫振蕩狀態(tài)下的深海細長立管的動力響應測試裝置，包括深海立管模塊，頂部邊界模塊，底部邊界模塊，頂部垂向滑動模塊，頂部滑動模塊，底部固定模塊，測量分析控制模塊，所述頂部邊界模塊通過螺絲和深海立管模塊相連接，所述頂部邊界模塊固定在頂部垂向滑動模塊上，所述底部邊界模塊通過螺絲I和深海立管模塊相連接，所述底部固定模塊上焊接有底部固定板，所述底部固定板頂部垂向滑動模塊中的一端安裝在頂部滑動模塊上，底部固定模塊的底端連接在底部邊界模塊上，拖車上放置測量分析控制模塊，深海立管模塊包括深海立管模型，光纖傳感器，所述光纖傳感器布置在深海立管模型上，所述深海立管模型的頂端和頂部邊界模塊相連接，所述深海立管模型的底部和底部邊界模塊相連接，所述頂部邊界模塊包括頂部夾具外緣，螺絲，頂部夾具底板，第一墊板，第一萬向節(jié)固定板，第一萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置，第二萬向節(jié)固定板，第一三分力儀固定板，第一三分力儀，第一調(diào)整組件，第一楔塊，所述頂部夾具外緣通過螺絲11和深海立管模型相連接，兩者在同一平面內(nèi)，所述頂部夾具底板與頂部夾具外緣固接，所述頂部夾具底板與第一墊板用螺絲相連接，所述第一萬向節(jié)固定板與第一墊板和第一萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置相連接，所述第一萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置與第一萬向節(jié)固定板和第二萬向節(jié)固定板固接，所述第二萬向節(jié)固定板和三分力儀固定板一側(cè)連接，所述三分力儀固定板的另一側(cè)和三分力儀連接，所述三分力儀的末端與第一調(diào)整組件相連接，所述第一調(diào)整組件的另一側(cè)固接在第一楔塊上，所述底部邊界模塊包括底部夾具外緣，螺絲I，底部夾具底板，第二墊板，第三萬向節(jié)固定板，第二萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置，第四萬向節(jié)固定板，第二三分力儀固定板，第二三分力儀，底部固定板，所述底部夾具外緣通過螺絲I和深海立管模型相連接，兩者在同一平面內(nèi)，所述底部夾具底板與底部夾具外緣固接，所述底部夾具外緣與第二墊板固接，所述第三萬向節(jié)固定板與第二墊板和第二萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置相連接，所述第二萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置與第三萬向節(jié)固定板和第四萬向節(jié)固定板固接，第四萬向節(jié)固定板和第二三分力儀固定板一側(cè)連接，所述三分力儀固定板的另一側(cè)和三分力儀連接，所述三分力儀的末端與底部固定板相連接，所述頂部滑動模塊包括第一動力組件，第一法蘭裝置，第一滑塊，第一導鏈，第一滑動軌道，第一支撐架，其中第一動力組件通過第一法蘭裝置與第一滑動軌道相連接，所述第一動力組件的旋轉(zhuǎn)軸通過第一導鏈連接至第一滑塊上，所述第一滑塊滑動支撐在第一滑動軌道上，并且與頂部垂向滑動模塊上的垂直滑動軌道相連接，所述第一支撐架固接在測量分析控制模塊上，使其可以連動，所述的底部固定模塊包括小假底面板，面板補板，面板連接塊，第二動力組件，第二法蘭裝置，第二連接塊，第二導鏈，底部固定軌道和第二支撐架，所述小假底面板的底端連接底部固定板上，所述面板連接塊焊接在小假底面板的正下方，并與兩塊面板補板相連接，所述面板補板焊接在第二連接塊上，所述第二動力組件通過第二法蘭裝置與底部固定軌道相連接，所述第二動力組件的旋轉(zhuǎn)軸通過第二導鏈連接至第二連接塊上，第二連接塊固接在底部固定軌道上，第二支撐架支撐在水池假底上，所述頂部垂向滑動模塊包括第三動力組件，第三法蘭裝置，整流罩，頂部垂向滑動軌道和垂直滑動塊；所述的垂直滑動軌道安裝在頂部固定模塊的第一連接塊上，其上滑動安裝有垂直滑動塊，兩側(cè)分別安裝有整流罩，所述的垂直滑動塊與頂部邊界模塊中的第一楔塊相固接，所述第三動力組件通過第三法蘭裝置與垂直滑動軌道相連接，第三動力組件的旋轉(zhuǎn)軸通過第一導鏈連接至垂直滑動塊上，所述垂直滑動塊滑動支撐在頂部垂向滑動軌道上，所述頂部垂向滑動軌道與第一連接塊相連接，所述第三動力組件通過第三法蘭裝置與頂部垂向滑動軌道相連接。
[0006]作為優(yōu)選，所述底部固定板焊接在底部固定模塊的小假底面板上。
[0007]作為優(yōu)選，所述第一楔塊的側(cè)面固定在頂部垂向滑動模塊中的垂直滑動塊上。
[0008]作為優(yōu)選，所述的測量分析控制模塊包括數(shù)據(jù)采集處理器，運動控制器和顯示器，所述數(shù)據(jù)采集處理器的輸入端與所述頂部邊界模塊中的三分力儀和底部邊界模塊中的單分力儀，以及光纖傳感器相連接，其輸出端與顯示器相連接；運動控制器包括運動控制輸出窗口和圖像顯示端口，運動控制輸出窗口與所述頂部滑動模塊的第一動力組件，底部固定模塊的第二動力組件相連接，圖像顯示端口與顯示器相連接。
[0009]本發(fā)明的上述技術方案的有益效果如下:
[0010]1、本發(fā)明可以實現(xiàn)立管在均勻來流作用下的渦激振動測試；
[0011]2、本發(fā)明可以充分利用海洋工程深水池的升降底增加大型關鍵安裝的安全系數(shù)；
[0012]3、本發(fā)明可以充分利用海洋工程深水池的深度模擬大型管件的實雷諾數(shù)渦激振動；
[0013]4、本發(fā)明可以充分利用海洋工程深水池的寬度在大型管件周邊布置實時監(jiān)控設備，根據(jù)不同需要對模型的形狀進行調(diào)整；
[0014]5、本發(fā)明采用模塊化設計，優(yōu)點在于便于安裝，便于升級與更改，并滿足不同的功能要求；
[0015]6、本發(fā)明能夠模擬立管頂部海洋平臺運動，進行更為真實的渦激振動測試。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明提供的實驗裝置的結構示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明提供的實驗裝置的頂部結構圖。
[0018]圖3是本發(fā)明提供的實驗裝置的底部結構圖。
[0019]圖4是本發(fā)明提供的深海立管模塊的結構示意圖。
[0020]圖5是本發(fā)明提供的頂部邊界模塊的結構示意圖。
[0021]圖6是本發(fā)明提供的底部邊界模塊的結構示意圖。
[0022]圖7是本發(fā)明提供的頂部垂向滑動模塊的側(cè)視圖。
[0023]圖8是本發(fā)明提供的頂部滑動模塊的結構示意圖。
[0024]圖9是本發(fā)明提供的頂部滑動模塊的側(cè)視圖。
[0025]圖10是本發(fā)明提供的底部固定模塊的結構示意圖。
[0026]圖11是本發(fā)明提供的底部固定模塊的局部示意圖。

【具體實施方式】
[0027]為使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0028]如圖1-11所示，本發(fā)明實施例提供了一種雙向強迫振蕩狀態(tài)下的深海細長立管的動力響應測試裝置，包括深海立管模塊I，頂部邊界模塊2，底部邊界模塊3，頂部垂向滑動模塊4，頂部滑動模塊5，底部固定模塊6，測量分析控制模塊7，所述頂部邊界模塊2通過螺絲11和深海立管模塊I相連接，所述頂部邊界模塊2固定在頂部垂向滑動模塊4上，所述底部邊界模塊3通過螺絲I 22和深海立管模塊I相連接，所述底部固定模塊6上焊接有底部固定板，所述底部固定板頂部垂向滑動模塊4中的一端安裝在頂部滑動模塊5上，底部固定模塊6的底端連接在底部邊界模塊3上，拖車上放置測量分析控制模塊7，深海立管模塊I包括深海立管模型9，光纖傳感器8，所述光纖傳感器8布置在深海立管模型9上，所述深海立管模型9的頂端和頂部邊界模塊2相連接，所述深海立管模型9的底部和底部邊界模塊3相連接，所述頂部邊界模塊2包括頂部夾具外緣10，螺絲11，頂部夾具底板12，第一墊板13,第一萬向節(jié)固定板14,第一萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置15,第二萬向節(jié)固定板16,第一三分力儀固定板17，第一三分力儀18，第一調(diào)整組件19，第一楔塊20，所述頂部夾具外緣10通過螺絲11和深海立管模型9相連接，兩者在同一平面內(nèi)，所述頂部夾具底板12與頂部夾具外緣11固接，所述頂部夾具底板12與第一墊板13用螺絲11相連接，所述第一萬向節(jié)固定板14與第一墊板13和第一萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置15相連接，所述第一萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置15與第一萬向節(jié)固定板14和第二萬向節(jié)固定板16固接,所述第二萬向節(jié)固定板16和三分力儀固定板17一側(cè)連接，所述三分力儀固定板17的另一側(cè)和三分力儀18連接，所述三分力儀18的末端與第一調(diào)整組件19相連接，所述第一調(diào)整組件19的另一側(cè)固接在第一楔塊20上，所述底部邊界模塊3包括底部夾具外緣21，螺絲I 22，底部夾具底板23，第二墊板24，第三萬向節(jié)固定板25，第二萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置26，第四萬向節(jié)固定板27，第二三分力儀固定板28，第二三分力儀29，底部固定板30，所述底部夾具外緣21通過螺絲I 22和深海立管模型9相連接，兩者在同一平面內(nèi)，所述底部夾具底板23與底部夾具外緣21固接，所述底部夾具外緣21與第二墊板24固接，所述第三萬向節(jié)固定板25與第二墊板24和第二萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置26相連接，所述第二萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置26與第三萬向節(jié)固定板25和第四萬向節(jié)固定板27固接，第四萬向節(jié)固定板27和第二三分力儀固定板28 —側(cè)連接，所述三分力儀固定板28的另一側(cè)和三分力儀29連接，所述三分力儀29的末端與底部固定板30相連接，所述頂部滑動模塊5包括第一動力組件34,第一法蘭裝置35,第一滑塊36,第一導鏈37,第一滑動軌道38,第一支撐架39，其中第一動力組件34通過第一法蘭裝置35與第一滑動軌道38相連接，所述第一動力組件34的旋轉(zhuǎn)軸通過第一導鏈37連接至第一滑塊36上，所述第一滑塊36滑動支撐在第一滑動軌道38上，并且與頂部垂向滑動模塊4上的垂直滑動軌道32相連接，所述第一支撐架39固接在測量分析控制模塊7上，使其可以連動，所述的底部固定模塊6包括小假底面板40，面板補板41，面板連接塊42，第二動力組件43，第二法蘭裝置44，第二連接塊45，第二導鏈46，底部固定軌道47和第二支撐架48，所述小假底面板40的底端連接底部固定板30上，所述面板連接塊42焊接在小假底面板40的正下方，并與兩塊面板補板41相連接，所述面板補板I焊接在第二連接塊45上，所述第二動力組件43通過第二法蘭裝置44與底部固定軌道47相連接，所述第二動力組件43的旋轉(zhuǎn)軸通過第二導鏈46連接至第二連接塊45上，第二連接塊45固接在底部固定軌道47上，第二支撐架支撐在水池假底上，所述頂部垂向滑動模塊4包括第三動力組件49，第三法蘭裝置50，整流罩31，頂部垂向滑動軌道32和垂直滑動塊33 ;所述的垂直滑動軌道32安裝在頂部固定模塊5的第一連接塊36上，其上滑動安裝有垂直滑動塊33，兩側(cè)分別安裝有整流罩31，所述的垂直滑動塊33與頂部邊界模塊2中的第一楔塊20相固接，所述第三動力組件49通過第三法蘭裝置50與垂直滑動軌道32相連接，第三動力組件49的旋轉(zhuǎn)軸通過第一導鏈37連接至垂直滑動塊33上,所述垂直滑動塊33滑動支撐在頂部垂向滑動軌道32上,所述頂部垂向滑動軌道32與第一連接塊36相連接，所述第三動力組件49通過第三法蘭裝置50與頂部垂向滑動軌道32相連接。
[0029]所述底部固定板30焊接在底部固定模塊6的小假底面板40上。
[0030]所述第一楔塊20的側(cè)面固定在頂部垂向滑動模塊4中的垂直滑動塊33上。
[0031]所述的測量分析控制模塊7包括數(shù)據(jù)采集處理器，運動控制器和顯示器，所述數(shù)據(jù)采集處理器的輸入端與所述頂部邊界模塊中的三分力儀和底部邊界模塊中的單分力儀，以及光纖傳感器相連接，其輸出端與顯示器相連接；運動控制器包括運動控制輸出窗口和圖像顯示端口，運動控制輸出窗口與所述頂部滑動模塊的第一動力組件，底部固定模塊的第二動力組件相連接，圖像顯示端口與顯示器相連接。
[0032]本具體實施工作原理:試驗時將光纖傳感器四向均勻布置在深海立管模塊上，并在立管上套上熱縮管(必要時可以加浮力塊)，立管的兩端分別連接在頂部邊界模塊和底部邊界模塊上，它們分別與頂部垂向滑動模塊，頂部滑動模塊和底部固定模塊相連接，試驗時，依靠假底的升降和拖車的移動，使得立管模型到達指定的位置，呈現(xiàn)指定的形態(tài)，通過測量分析模塊中的電腦控制電機，使得立管做雙向強迫振蕩，立管的運動由高速攝像機記錄，應變由光纖傳感器測量，并將數(shù)據(jù)傳給電腦進行后處理。
[0033]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.雙向強迫振蕩狀態(tài)下的深海細長立管的動力響應測試裝置，其特征在在于，包括深海立管模塊，頂部邊界模塊，底部邊界模塊，頂部垂向滑動模塊，頂部滑動模塊，底部固定模塊，測量分析控制模塊，所述頂部邊界模塊通過螺絲和深海立管模塊相連接，所述頂部邊界模塊固定在頂部垂向滑動模塊上，所述底部邊界模塊通過螺絲I和深海立管模塊相連接，所述底部固定模塊上焊接有底部固定板，所述底部固定板頂部垂向滑動模塊中的一端安裝在頂部滑動模塊上，底部固定模塊的底端連接在底部邊界模塊上，拖車上放置測量分析控制模塊，深海立管模塊包括深海立管模型，光纖傳感器，所述光纖傳感器布置在深海立管模型上，所述深海立管模型的頂端和頂部邊界模塊相連接，所述深海立管模型的底部和底部邊界模塊相連接，所述頂部邊界模塊包括頂部夾具外緣，螺絲，頂部夾具底板，第一墊板，第一萬向節(jié)固定板，第一萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置，第二萬向節(jié)固定板，第一三分力儀固定板，第一三分力儀，第一調(diào)整組件，第一楔塊，所述頂部夾具外緣通過螺絲和深海立管模型相連接，兩者在同一平面內(nèi)，所述頂部夾具底板與頂部夾具外緣固接，所述頂部夾具底板與第一墊板用螺絲相連接，所述第一萬向節(jié)固定板與第一墊板和第一萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置相連接，所述第一萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置與第一萬向節(jié)固定板和第二萬向節(jié)固定板固接，所述第二萬向節(jié)固定板和三分力儀固定板一側(cè)連接，所述三分力儀固定板的另一側(cè)和三分力儀連接，所述三分力儀的末端與第一調(diào)整組件相連接，所述第一調(diào)整組件的另一側(cè)固接在第一楔塊上，所述底部邊界模塊包括底部夾具外緣，螺絲I，底部夾具底板，第二墊板，第三萬向節(jié)固定板，第二萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置，第四萬向節(jié)固定板，第二三分力儀固定板，第二三分力儀，底部固定板，所述底部夾具外緣通過螺絲I和深海立管模型相連接，兩者在同一平面內(nèi)，所述底部夾具底板與底部夾具外緣固接，所述底部夾具外緣與第二墊板固接，所述第三萬向節(jié)固定板與第二墊板和第二萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置相連接，所述第二萬向節(jié)轉(zhuǎn)動裝置與第三萬向節(jié)固定板和第四萬向節(jié)固定板固接，第四萬向節(jié)固定板和第二三分力儀固定板一側(cè)連接，所述三分力儀固定板的另一側(cè)和三分力儀連接，所述三分力儀的末端與底部固定板相連接，所述頂部滑動模塊包括第一動力組件，第一法蘭裝置，第一滑塊，第一導鏈，第一滑動軌道，第一支撐架，其中第一動力組件通過第一法蘭裝置與第一滑動軌道相連接，所述第一動力組件的旋轉(zhuǎn)軸通過第一導鏈連接至第一滑塊上，所述第一滑塊滑動支撐在第一滑動軌道上，并且與頂部垂向滑動模塊上的垂直滑動軌道相連接，所述第一支撐架固接在測量分析控制模塊上，使其可以連動，所述的底部固定模塊包括小假底面板，面板補板，面板連接塊，第二動力組件，第二法蘭裝置，第二連接塊，第二導鏈，底部固定軌道和第二支撐架，所述小假底面板的底端連接底部固定板上，所述面板連接塊焊接在小假底面板的正下方，并與兩塊面板補板相連接，所述面板補板焊接在第二連接塊上，所述第二動力組件通過第二法蘭裝置與底部固定軌道相連接，所述第二動力組件的旋轉(zhuǎn)軸通過第二導鏈連接至第二連接塊上，第二連接塊固接在底部固定軌道上，所述頂部垂向滑動模塊包括第三動力組件，第三法蘭裝置，整流罩，頂部垂向滑動軌道和垂直滑動塊；所述的垂直滑動軌道安裝在頂部固定模塊的第一連接塊上，其上滑動安裝有垂直滑動塊，兩側(cè)分別安裝有整流罩，所述的垂直滑動塊與頂部邊界模塊中的第一楔塊相固接，所述第三動力組件通過第三法蘭裝置與垂直滑動軌道相連接，第三動力組件的旋轉(zhuǎn)軸通過第一導鏈連接至垂直滑動塊上，所述垂直滑動塊滑動支撐在頂部垂向滑動軌道上，所述頂部垂向滑動軌道與第一連接塊相連接，所述第三動力組件通過第三法蘭裝置與頂部垂向滑動軌道相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙向強迫振蕩狀態(tài)下的深海細長立管的動力響應測試裝置，其特征在于，所述底部固定板焊接在底部固定模塊的小假底面板上。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙向強迫振蕩狀態(tài)下的深海細長立管的動力響應測試裝置，其特征在于，所述第一楔塊的側(cè)面固定在頂部垂向滑動模塊中的垂直滑動塊上。
4.根據(jù)權利要求1所述的雙向強迫振蕩狀態(tài)下的深海細長立管的動力響應測試裝置，其特征在于，所述的測量分析控制模塊包括數(shù)據(jù)采集處理器，運動控制器和顯示器，所述數(shù)據(jù)采集處理器的輸入端與所述頂部邊界模塊中的三分力儀和底部邊界模塊中的單分力儀，以及光纖傳感器相連接，其輸出端與顯示器相連接；運動控制器包括運動控制輸出窗口和圖像顯示端口，運動控制輸出窗口與所述頂部滑動模塊的第一動力組件，底部固定模塊的第二動力組件相連接，圖像顯示端口與顯示器相連接。
【文檔編號】G01M7/02GK104406754SQ201410692168
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權日:2014年11月25日
【發(fā)明者】石茜, 馬磊鑫, 蘇琳, 付世曉, 曾亞東, 易涵鎮(zhèn) 申請人:上海交通大學