傾角均勻來流條件深海張緊式單根立管渦激振動試驗裝置的制造方法
【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)域的試驗裝置，具體地說，涉及的是一種傾角均勻來流條件深海張緊式單根立管渦激振動試驗裝置。
【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，深海油氣田的開采量在總石油開采量中的比重逐年增加。立管系統(tǒng)是深海石油開采系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵部分。立管連接了海底油氣田和海上作業(yè)平臺，使海上作業(yè)平臺可以進(jìn)行鉆探、導(dǎo)液、導(dǎo)泥等工作。隨著油氣開采向深海進(jìn)軍，立管的作業(yè)水深也越來越大，在深水區(qū)域，波浪和海面船體運動對立管造成的損傷逐漸減弱，但海流成為了造成立管損傷的主要因素。海流的作用水深范圍很大，當(dāng)海流經(jīng)過海洋立管時，立管后緣將產(chǎn)生交替的漩渦脫落，當(dāng)漩渦脫落頻率與立管自振頻率相近時，立管的振動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。立管的渦激振動和“鎖定”現(xiàn)象是導(dǎo)致立管失穩(wěn)和疲勞破壞的主要因素。立管在實際作業(yè)過程中，由于海上作業(yè)平臺在海面漂浮，經(jīng)常在海平面上偏離平衡位置，這經(jīng)常導(dǎo)致立管發(fā)生傾斜，即海流與立管之間的角度由90度發(fā)成偏轉(zhuǎn)。在傾角來流下立管渦激振動的發(fā)生機(jī)理及抑制措施需要進(jìn)一步探究。
[0003]目前，學(xué)術(shù)界對渦激振動的研究更多關(guān)注結(jié)構(gòu)軸向與來流垂直的情況，實際的海洋工程中，立管結(jié)構(gòu)軸向與來流并不完全垂直，存在一定傾斜角度。針對這種復(fù)雜的情況，有學(xué)者提出傾斜柔性圓柱渦激振動的不相關(guān)原則，即假定傾斜柔性圓柱渦激振動與來流速度在結(jié)構(gòu)軸向的垂直方向投影分量引起的垂直圓柱情況等價。然而，不相關(guān)原則的正確與否至今仍然存在爭議。亟需開展系統(tǒng)性研究。模型試驗的方法是研究傾角均勻來流條件深海張緊式單根立管渦激振動及其抑制措施的最有效的手段。通過模型試驗，可以全面的觀測渦激振動現(xiàn)象、來流的傾角對渦激振動的影響機(jī)制等。試驗結(jié)果可用來效驗理論和數(shù)值模型的正確性，為工程實際提供必要的試驗支持。
[0004]經(jīng)對現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外對于傾角均勻來流條件深海張緊式單根立管渦激振動及抑制試驗研究非常少，實現(xiàn)傾角來流下渦激振動及抑制試驗研究的最大難點在于:如何設(shè)計合理的試驗裝置，模擬立管在傾角來流作用下的渦激振動行為。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對傾角均勻來流條件深海張緊式單根立管渦激振動及其抑制試驗研究存在的難點和不足，提供了研究傾角來流下單根立管渦激振動及振動抑制的試驗裝置，能夠模擬有傾角的來流，對深海張緊式單根立管開展試驗研究，探究其渦激振動特性及抑制措施，為工程實際提供參考和借鑒。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種傾角均勻來流條件深海張緊式單根立管渦激振動試驗裝置，包括海洋立管模型、橫向試驗支持架、拖車、應(yīng)變采集儀和計算機(jī)，所述海洋立管模型的一端設(shè)有第一端部支撐裝置，所述海洋立管模型的另一端設(shè)有第二端部支撐裝置，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支持架的兩端連接，所述橫向試驗支持架固定于所述拖車的底部；所述海洋立管模型包括若干條導(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8_、壁厚為1_ ;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塑管和一層硅膠管，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)線的兩端與所述薄壁銅管的一端或分別與所述薄壁銅管的兩端固定；所述薄壁銅管的一端通過銷釘連接有第一圓柱接頭，所述薄壁銅管的另一端通過銷釘連接有第二圓柱接頭；所述橫向試驗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)有一個通孔，所述通孔內(nèi)設(shè)有一個萬向聯(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)的另一端與所述海洋立管模型中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)有一個立管安裝孔；該試驗裝置中包括有四個角度卡板，每個角度卡板上的立管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；該試驗裝置中包括有三個滑輪座墊塊，每個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；自海洋立管模型中的第二圓柱接頭，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洋立管模型的軸線在同一平面內(nèi)；所述導(dǎo)線和所述拉力傳感器與所述應(yīng)變采集儀聯(lián)接，所述應(yīng)變采集儀與所述計算機(jī)連接。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0008]本發(fā)明解決了傾角均勻來流條件下沒有或帶有抑制裝置的深海張緊式單根立管渦激振動試驗中，單根立管排布和改變來流傾角的問題，彌補了學(xué)術(shù)界在這方面的不足，同時本發(fā)明裝置設(shè)計制作簡單，造價低廉，安裝方便，容易推廣，可為研究傾角均勻來流條件的海洋立管渦激振動提供必要的設(shè)備支持。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明中沒有抑制結(jié)構(gòu)的單根立管渦激振動試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2是本發(fā)明中沒有抑制結(jié)構(gòu)的海洋立管模型兩端的粗圓柱接頭和細(xì)圓柱接頭示意圖；
[0011]圖3是本發(fā)明中帶有抑制結(jié)構(gòu)的單根立管渦激振動試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖4是本發(fā)明中帶有抑制結(jié)構(gòu)的海洋立管模型兩端的粗圓柱接頭和細(xì)圓柱接頭示意圖；
[0013]圖5是圖1中所示支撐板14結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖6是圖1中所示導(dǎo)流板11的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖7是橫向試驗支持架結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0016]圖8是圖7所示橫向試驗支持架的右視圖；
[0017]圖9是角度盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖10是橫向試驗支持架與拖車相互位置一的俯視圖；
[0019]圖11是圖10所示橫向試驗支持架與拖車相互位置一的的右視圖；
[0020]圖12-1橫向試驗支持架與拖車相互位置二的俯視圖；
[0021]圖12-2是橫向試驗支持架與拖車相互位置一的俯視圖；
[0022]圖12-3是橫向試驗支持架與拖車相互位置一的俯視圖；
[0023]圖13-1是圖12-1所示狀態(tài)下立管與來流之間傾角示意圖；
[0024]圖13-2是圖12-2所示狀態(tài)下立管與來流之間傾角示意圖；
[0025]圖13-3是圖12-3所示狀態(tài)下立管與來流之間傾角示意圖；
[0026]圖14-1是滑輪墊塊的主視圖；
[0027]圖14-2是圖14-1所示滑輪墊塊的左視圖；
[0028]圖14-3是圖14-1所示滑輪墊塊的俯視圖；
[0029]圖15是帶有螺旋列板抑制裝置的海洋立管模型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中:
[0031]1-海洋立管模型 2-第一、第二端部支撐裝置 3-橫向試驗支持架
[0032]4-角度盤5-第一圓柱接頭6-第二圓柱接頭
[0033]7-銷釘51-薄壁銅管9-斜撐管
[0034]10-萬向聯(lián)軸節(jié)11-第一、第二導(dǎo)流板12-加強架
[0035]13-第一、第二支撐管14-第一、第二支撐板15-萬向聯(lián)軸節(jié)螺絲
[0036]16-滑輪17-鋼絲繩18-導(dǎo)流板固定螺絲
[0037]19-彈簧20-拖車21-角度板
[0038]22-角度卡板23-滑輪墊塊24-拉力張緊器
[0039]25-拉力傳感器27-硅膠帶(螺旋列板)
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0041]如圖1和圖3所示，本發(fā)明提出的一種傾角均勻來流條件深海張緊式單根立管渦激振動試驗裝置，包括海洋立管模型1、橫向試驗支持架3、拖車、應(yīng)變采集儀和計算機(jī)，所述海洋立管模型I的一端設(shè)有第一端部支撐裝置，所述海洋立管模型I的另一端設(shè)有第二端部支撐裝置，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支持架的兩端連接，所述橫向試驗支持架固定于所述拖車的底部，所述拖車包括動力系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。
[0042]所述海洋立管模型I可以是裸管，如圖2所示；也可以是帶有抑制結(jié)構(gòu)的，如圖4所示。如圖15所示，若海洋立管模型I是裸管，它包括若干條導(dǎo)線和一薄壁銅管51，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51的外徑為8mm、壁厚為Imm ；自所述薄壁銅管51的外表面依次向外設(shè)有相互緊密接觸的若干層熱塑管55和一層硅膠管56，所述薄壁銅管51與所述熱塑管55之間設(shè)有多片用于采集應(yīng)變的應(yīng)變片53，所述應(yīng)變片53通過接線端子與所述導(dǎo)線相連，所述導(dǎo)線的兩端與所述薄壁銅管51的一端或分別與所述薄壁銅管51的兩端固定；所述薄壁銅管51的一端通過銷釘7連接有第一圓柱接頭5，所述薄壁銅管51的另一端通過銷釘7連接有第二圓柱接頭6。若海洋立管模型I是帶有抑制結(jié)構(gòu)的，則在上述裸管的基礎(chǔ)上，在所述硅膠管56外表面上設(shè)有多條呈螺旋線狀的硅膠帶27，所述硅膠帶27的橫斷面與試驗管道螺旋列板的橫斷面的形狀相同。
[0043]如圖7和圖8所示，所述橫向試驗支持架3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21 ;所述主體橫梁的頂部設(shè)有槽鋼，所述拖車支撐在槽鋼上；
[0044]如圖1和圖3所示，所述第一端部支撐裝置包括豎直方向的第一支撐管13，所述第一支撐管13的頂部連接有水平布置的第一角度板21，所述第一支撐管13的底部連接有第一支撐板14，所述第一支撐板14的內(nèi)側(cè)通過螺栓連接有與所述第一支撐板14平行