[发明专利]双向剪切流下端部可运动的张力腿涡激振动测试装置

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装置，具体是一种海洋工程深水池中 柔性管件模型在双向剪切流下端部可运动的张力腿涡激振动测试装置。

背景技术

海洋内孤立波是在密度分层的海洋中普遍存在的一种典型的恶劣海况，它具有 振幅大、持续时间长、非线性等特点。对于张力腿平台来说，频繁活动的内波不仅 会对张力腿产生巨大的冲击载荷，还会使其承受双向剪切流的作用而发生涡激振 动。所谓涡激振动，是指处于一定速度来流中的柱状结构物，其两侧会发生交替泻 涡，柱体会受到与漩涡的生成和泻放相关联的横向和流向的脉动压力，脉动流体力 会引发柱体的振动，柱体的振动反过来又会改变其尾流结构。这种流体结构物相互 作用的问题称为涡激振动。张力腿的涡激振动现象会严重降低其疲劳寿命，因此迫 切需要对于该问题进行深入研究，发展可靠的张力腿涡激振动预报方法，为张力腿 的工程设计提供帮助。

目前，国内外学术界和工程界针对内波流场中张力腿涡激振动现象的研究较 少，总体分为模型试验和数值模拟两种方式，直接数值模拟涡激振动存在问题较多， 当前经验模型预报软件如SHEAR7等，存在比如效率低、精度差等缺陷，其预报得 到的结果常常与试验结果有一定差距，这种差距甚至高达一个或几个数量级，需要 进行评估和修正。通过试验方法可以较好地研究张力腿的涡激振动现象，在过去一 段时间取得了一定的进展，但总的来说仍存在以下不足之处：1、一般只能模拟小 尺度管件的涡激振动，难以有效的进行实雷诺数下的涡激振动测试。2、一般只能 模拟均匀流场中张力腿的涡激振动，不能模拟剪切流场中张力腿的涡激振动。3、 一般不能模拟张力腿平台顶部运动，试验数据有一定的局限性。4、装置较为复杂、 笨重，安装不方便，需要的电机功率很大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种双向剪切流下端部可运动的张 力腿涡激振动测试装置，能够模拟大型实际尺寸张力腿、双向剪切流和海洋平台顶 部运动，具有便于拆装、复杂程度低和灵活性高等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种海洋工程技术领域的双向剪切流下端部可运动的张力腿涡激振动测试装 置，包括：张力腿模型机构、测量分析模块、驱动模块、悬臂模块、底部支撑模块、 挡流模块、滑槽模块以及振荡模块；其中，所述张力腿模型机构固定在悬臂模块上， 所述底部支撑模块与驱动模块垂直连接，所述驱动模块与悬臂模块垂直连接；所述 振荡模块固定在悬臂模块上，所述挡流模块固定在悬臂模块上，所述滑槽模块固定 在底部支撑模块上，所述悬臂模块通过驱动模块带动旋转，所述测量分析模块布置 于张力腿模型机构和悬臂模块之中。

所述双向剪切流下端部可运动的张力腿涡激振动测试装置整体垂直设置于海 洋工程深水池中，双向剪切流下端部可运动的张力腿涡激振动测试装置的底部支撑 模块通过高强度螺栓固定在海洋工程深水池的钢制升降底上，本发明便于拆装，复 杂程度低，灵活性高，能够模拟实尺度张力腿双向剪切流场和海洋平台顶部运动。

优选地，所述张力腿模型机构包括：张力腿模型以及设置于张力腿模型两端的 固定端，其中每一个固定端均包括：第一万向节、三分力仪传感器、滑动轴、连接 板、张力腿固定接头、直线轴承、缓冲弹簧和张力腿固定座，其中：张力腿固定 接头的两端分别与张力腿模型和第一万向节的一端相连，第一万向节的另一端固定 设置于三分力仪传感器上，直线轴承一端固定三分力仪传感器，并分别与滑动轴和 缓冲弹簧相连，直线轴承设置于张力腿固定座上，张力腿固定座通过连接板固定于 悬臂模块的末端。

优选地，所述张力腿模型的单位长度质量与其单位长度排开水的质量之比为1∶ 1。

优选地，所述测量分析模块包括：测量单元、水下录像单元、计算单元和无线 传输单元，其中：计算单元设置于海洋工程深水池的拖车机房内并与无线传输单 元相连接，以传输水下录像单元和测量单元输出的无线测量信号，计算单元实时地 对接收到的无线测量信号进行存储和处理。

优选地，所述驱动模块包括：变速齿轮箱、电机、驱动轴和驱动齿轮，其中： 变速齿轮箱两端分别与电机和驱动轴相连接，驱动轴与驱动齿轮相连接，驱动齿轮 带动悬臂模块作旋转运动。

优选地，电机、变速齿轮箱、驱动齿轮、驱动轴固定设置于底部支撑模块的圆 筒轴内部。

优选地，所述变速齿轮箱的减速比为40∶1。