[发明专利]一种用于多跨海底管道涡激振动试验的多跨支撑装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的试验装置，具体地说，涉及的是一种施加多跨支撑的辅助装置。

背景技术

随着陆地油气资源日益匮乏，人们把更多的目光集中于海洋油气开发，海底管道作为海洋油气开采输运的生命线，其数量逐年增多。由于深海海底地形复杂，环境恶劣，海底管道会不可避免的形成悬跨段，甚至多跨段。海水流经悬跨管道时，管道后缘会产生交替的漩涡脱落，当漩涡脱落频率与管道自振频率相近时，管道的振动将迫使漩涡脱落频率固定在管道自振频率附近，从而发生“锁定”现象。管道的涡激振动和“锁定”现象是导致管道失稳、疲劳、甚至破坏的主要因素。

目前，研究多跨海底管道涡激振动现象的最可靠和最有效的手段是模型试验。通过模型试验，可以全方位的观测涡激振动现象及其主要流-固耦合特征，获得可靠的试验结果，用来效验理论和数值模型的精度。通过试验测试的方式可以更好的探究多跨海底管道涡激振动的发生机理，为工程实际提供必要的试验参考和技术支持。

经过对现有技术文献的调研发现，现阶段多跨管道涡激振动的研究开展还很不充分，试验方面的研究远滞后于工程实际的需求。挪威的MARINTEK研究机构在2000年到2003年期间开展了部分多跨管道的涡激振动试验，并进一步完善了规范DNV-RP-F105(2006),在2002年召开的21界海洋离岸及极地工程国际会议上的文章“VIV response of long free spanning pipelines”(长自由悬跨管道涡激振动响应研究)详细介绍了试验细节，采用线性弹簧模拟多段悬跨的支撑作用，增加了对来流流场的扰动，而且，现阶段倾角来流多跨管道的试验研究工作未见报道。缺乏合理的试验装置，模拟多跨管道的跨肩支撑作用，并且在不同的来流方式都适用，是造成上述现状的根本原因。

发明内容

本发明针对多跨管道试验研究的不足及存在的难点，提供了多跨海底管道涡激振动试验中管道模型的支撑装置，利用该装置支撑管道模型能够模拟海底悬跨管道跨中的边界条件，对多跨管道开展试验研究，探究其涡激振动机理，为工程实际提供必要的参考和借鉴。另外本装置即可作为垂直来流下海底管道模型的支撑，还可作为倾角来流下(即来流与海底管道不垂直)海底管道模型的支撑。

为了解决上述技术问题，本发明提出的多跨海底管道涡激振动试验中管道模型的支撑装置，包括固定支持柱、可转动支持柱和多个管道模型卡板；所述固定支持柱的顶部和中部分别设有连接板，所述固定支持柱的底部固定有固定板，所述固定板与所述固定支持柱呈垂直布置，所述固定板上设有两个第一通孔；所述可转动支持柱的顶部固定有角度固定板，所述可转动支持柱的中部两侧焊接有绳索加固结构，所述可转动支持柱的底部与一个管道模型卡板连接；所述角度固定板上设有两个为一组的四组第二通孔，所述角度固定板上第二通孔与所述固定板上第一通孔的位置关系是：每组第二通孔与两个第一通孔的中心距相同，四组第二通孔的中心连线汇交于点A，所述点A与每组第二通孔的中心连线的中点重合，四组第二通孔的中心连线分别记为中心连线L1、中心连线L2、中心连线L3和中心连线L4，所述中心连线L1与两个第一通孔的中心连线的水平投影重合，中心连线L2、中心连线L3和中心连线L4依次与中心连线L1的夹角为15度、30度和45度；所述固定支持柱和所述可转动支持柱之间通过在所述固定板上的两个第一通孔和所述角度固定板上的其中一组第二通孔中设置的固定板连接螺栓连接；每个管道模型卡板包括由对接的两个半片组成的板体，所述板体的对接处设有支撑孔，两个半片的上端通过螺丝与所述可转动支持柱固定，两个半片的下端通过螺丝与一卡板固定板固定；四个管道模型卡板上支撑孔的轴线与板体厚度方向的夹角分别为0度、15度、30度和45度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明解决了多跨海底管道涡激振动试验中多跨支撑的施加问题，能够模拟多种倾角来流下海底管道的跨间支撑。本发明中的可转动支持柱为翼型，最大限度的减小了多跨支撑结构对流场的干扰。可转动支持柱两端通过加固绳索固定，拉力张紧器调整绳索拉力大小，增强了多跨支撑的稳定性。本发明装置加工简单，使用方便，易于推广。

附图说明

图1是本发明多跨支撑装置的结构示意图；

图2是图1所示多跨支撑装置的右视图；

图3是图1所示多跨支撑装置的俯视图；

图4是角度固定板4和可转动支持柱7连接后的仰视图；

图5-1是攻击来流为0度下固定板3和角度固定板4连接示意图；