一種海洋立管渦激振動(dòng)抑制試驗(yàn)管道模型及其制作方法
【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)域的裝置，具體是一種海洋立管渦激振動(dòng)抑制試驗(yàn)管道模型及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源的消耗量與日俱增，我國已由原來的石油出口國變?yōu)檫M(jìn)口國，如何保障我國的能源安全已成為一個(gè)重要的課題。海洋油氣的開發(fā)，特別是南海深水區(qū)的油氣資源開發(fā)是解決我國能源短缺的一個(gè)有效途徑。海洋立管是海洋油氣生產(chǎn)輸運(yùn)過程中的不可或缺裝備，由于其長(zhǎng)度與直徑的比值很大，運(yùn)動(dòng)特性十分復(fù)雜。在一定速度的洋流中，海洋立管兩側(cè)會(huì)發(fā)生交替的旋渦脫落，產(chǎn)生一個(gè)周期性的可變力，使管道結(jié)構(gòu)在垂直于來流方向上發(fā)生振動(dòng)，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)又反作用于流場(chǎng)，使旋渦增強(qiáng)，阻力增加，這種典型的流-固耦合現(xiàn)象稱之為渦激振動(dòng)(VIV)。海洋立管渦激振動(dòng)會(huì)加速結(jié)構(gòu)的疲勞損傷、甚至破壞，對(duì)于海洋立管等柱狀結(jié)構(gòu)物而言，渦激振動(dòng)是工程設(shè)計(jì)以及后期運(yùn)行維護(hù)必須充分考慮的關(guān)鍵因素。采用何種方式抑制海洋立管渦激振動(dòng)一直是學(xué)術(shù)界和工程界關(guān)注的焦點(diǎn)，目前，國內(nèi)外已深入開展了海洋立管渦激振動(dòng)抑制試驗(yàn)研宄工作，其中螺旋列板裝置以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，抑制效果理想等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的認(rèn)可與應(yīng)用。然而，試驗(yàn)室中螺旋列板管道抑制模型的設(shè)計(jì)、制作仍然是一大難題。
[0003]經(jīng)過對(duì)已有技術(shù)文獻(xiàn)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段螺旋列板立管渦激振動(dòng)抑制模型的制作材料常采用玻璃鋼、金屬或者聚氯乙稀，如2005年第21期《Journal of Fluids andStructures〉〉雜志中的論文“Experimental investigat1n of vortex-1nduced vibrat1nof long marine risers”(細(xì)長(zhǎng)海洋立管禍激振動(dòng)試驗(yàn)研宄)提出了玻璃鋼材料制作的外徑27mm的抑制管道模型，采用加速度傳感器和光柵光纖應(yīng)變傳感器測(cè)量結(jié)構(gòu)振動(dòng)信息。2014 年第 44 期《Applied Ocean Research》雜志中的論文 “Investigat1n on theeffectiveness of helical strakes in suppressing VIV of flexible riser，，(螺方定列板對(duì)細(xì)長(zhǎng)柔性立管渦激振動(dòng)抑制效果試驗(yàn)研宄)采用聚氯乙烯材質(zhì)制作了外徑18mm抑制管道模型，采用CCD相機(jī)測(cè)量結(jié)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)特性。由于玻璃鋼材料的各向異性和聚氯乙烯的蠕變特性，上述抑制管道模型仍存在很多不足，同時(shí)測(cè)量裝置或者改變結(jié)構(gòu)整體完整性(如采用加速度傳感器，因其本身結(jié)構(gòu)尺度較大，安裝于抑制管上會(huì)出現(xiàn)局部凸起)，或者無法精確的測(cè)量運(yùn)動(dòng)特性(如采用CCD相機(jī)，由于水里光的折射以及水體的透明度等問題，測(cè)量誤差較大)，同時(shí)采用金屬材質(zhì)制作抑制管模型，測(cè)量時(shí)應(yīng)變傳感器或者加速度傳感器需直接布置于管體表面，加之大量導(dǎo)線，改變了結(jié)構(gòu)的表面光滑的特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種海洋立管渦激振動(dòng)抑制試驗(yàn)管道模型及其制作方法，這種模型設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，能夠承受較高流速，能激發(fā)高階模態(tài)渦激振動(dòng)且測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，制作過程操作方便。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種海洋立管渦激振動(dòng)抑制試驗(yàn)管道模型，包括若干條導(dǎo)線和薄壁銅管，所述導(dǎo)線的外徑為0.3_，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的設(shè)有相互緊密接觸的若干層熱塑管、一層硅膠管和呈螺旋線狀的硅膠帶，所述硅膠帶的橫斷面與試驗(yàn)管道螺旋列板的橫斷面的形狀相同，所述薄壁銅管與所述熱塑管之間設(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)線的兩端分別與所述薄壁銅管的一端或兩端固定。
[0006]上述海洋立管渦激振動(dòng)抑制試驗(yàn)管道模型的制作方法，步驟如下:取一外徑為8_、壁厚為1_的薄壁銅管，測(cè)量試驗(yàn)用管長(zhǎng)度，確定各應(yīng)變采集位置；去除薄壁銅管上位于每片應(yīng)變采集位置處的表面氧化層，采用半橋法在各應(yīng)變采集位置處分別粘貼應(yīng)變片，每個(gè)應(yīng)變片均分別通過接線端子連接導(dǎo)線，每條導(dǎo)線的兩端引至薄壁銅管的一端或兩端并用薄膠帶纏繞固定；在薄壁銅管上緊密地套上若干層熱塑管后再緊密的套上一層硅膠管，從而形成具有復(fù)合層的裸管；在該裸管的一側(cè)確定螺旋列板的粘接起點(diǎn)，在該起點(diǎn)處圍繞裸管表面畫一圓周線，根據(jù)螺旋列板的螺距和條數(shù)，在裸管的外表面上畫出螺旋線，按照螺旋線的位置粘貼硅膠帶，該所述硅膠帶的橫斷面與試驗(yàn)管道螺旋列板的橫斷面的形狀相同；最后將管體外表面上未粘接硅膠帶處的硅膠清理干凈。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0008]本發(fā)明的管道模型有效解決了試驗(yàn)室中進(jìn)行海洋立管渦激振動(dòng)及抑制試驗(yàn)時(shí)保證試驗(yàn)用管的柔性，最外側(cè)的硅膠管和硅膠條能夠保證水接觸表面相對(duì)光滑平整，硅膠管起到擴(kuò)大管徑的作用，根據(jù)需要可以選擇不同壁厚的硅膠管，并能起到對(duì)內(nèi)部測(cè)量應(yīng)變片和測(cè)量導(dǎo)線的防水絕緣作用；
[0009]本管道模型采取多位置應(yīng)變采集，能夠避免因某一處應(yīng)變片出現(xiàn)異常導(dǎo)致收集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的狀況，收集數(shù)據(jù)精確；
[0010]本管道模型能夠激發(fā)管道高階模態(tài)，能夠得到精確地試驗(yàn)結(jié)果；
[0011]本管道模型的測(cè)量裝置僅需采用傳統(tǒng)的電阻式應(yīng)變片，相比于光柵光纖測(cè)量系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，造價(jià)更低，可靠性也較好。
[0012]本管道模型實(shí)用、易加工制作。
【附圖說明】
[0013]圖1為海洋立管渦激振動(dòng)抑制試驗(yàn)管道模型的主視圖；
[0014]圖2為圖1所示管道模型的側(cè)視圖；
[0015]圖3為海洋立管渦激振動(dòng)抑制試驗(yàn)管道模型的立體分段解剖圖。
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