[实用新型]一种深海大长细比悬链线立管涡激振动模型实验装置

说明书

本实用新型涉及一种深海大长细比悬链线立管涡激振动模型实验装置，其特征在于：包括一拖车、一支管架、一底部托盘、一限位器、一定滑轮、一钢丝绳、一钢板、一L型操作平台、一实心钢制管和一直角竖向板条组合、一可变张力系统、两个万向铰以及多个加速度传感器。拖车与支管架焊接，支管架与底部托盘通过螺栓连接，支管架顶端固接一L形操作平台，其长边中轴线位置固定一实心钢制管和一直角竖向板条组合且远支管架端固定一定滑轮；限位器安装于底部托盘上，其中间靠下处设置限位孔；底部托盘远直角边中间位置安装一万向铰并与定滑轮之间设置一悬链线立管模型；可变张力系统包括一拉力传感器、一张紧器和一电动推拉杆。

技术领域

本发明涉及一种深海大长细比悬链线立管涡激振动模型实验装置，特别是关于一种深海大长细比抗弯刚度较小的悬链线立管模型的涡激振动实验装置。

背景技术

海洋立管是连接浮动平台和水下钻井系统的关键结构。由于深水环境的复杂性和管道构造的多样性等因素的影响，在海流的作用下，圆柱结构两侧会出现交替的漩涡脱落，产生周期变化的流体力，使立管产生振动，立管振动又反作用于流场，这种典型的流—固耦合现象称为“涡激振动”。深水立管极易在涡激振动影响下造成损伤。为了减小涡激振动对柔性立管的损伤，首要任务便是深入了解各种水动力环境下柔性立管的涡激振动机理。开展大长细比悬链线立管模型的涡激振动物理模型实验是现阶段行之有效的手段之一，它能够为数值模拟的准确性提供判定依据，形成粘性力、质量比、阻尼比、轴向张力等准确性更高、覆盖范围更大的涡激振动力系数数据库，为实际工程应用分析提供数据依据。

在过去的一百多年里涡激振动己经得到世界各地学者的广泛研究。关于柱状体涡激振动的频率锁定、最大动力响应、激发模态、尾流模式等现象在理论上已经得到很好的解释。对于细长柔性管的研究多数为对细长竖直柔性立管和刚悬链线(SCR)的研究。近些年来，Vandiver观察到了在剪切来流下，大长细比立管不同位置处可能发生不同模态的锁定现象。同时Vandiver提出，当锁定发生时，由于轴向张力的变化可能会导致一阶模态变化到另一阶模态。对于钢悬链线立管，Larsen等对钢悬链线立管的涡激振动进行了时域和频域内的分析。 Srinil等完善了处于海流中悬链线立管涡激振动研究的降阶模型。对于以往开展的悬链线立管模型试验，为了保持SCR的悬链线形态，不惜增大立管模型的抗弯刚度而忽视科学比尺定义的立管模型刚度，这样对实验的准确性造成巨大影响；目前国内外的立管模型试验中，鲜有既考虑波浪载荷有考虑流速载荷的涡激振动实验研究，这与实际工程环境是背离的，本发明提供的“一种深海大长细比悬链线立管涡激振动模型实验装置”可有效解决此问题；另一方面，由于实验所用较小的悬链线立管模型试验中，立管会在流的作用下发生较大整体位移而无法保留悬链线姿态，悬链线触地点的限位器不仅能保持立管悬链线姿态，而且它与立管的弹性连接设置可以有效模拟实际工况中泥沙对立管触地管段的摩擦力和吸力。

发明内容

针对以上问题，本实用新型旨在提供一种牢靠稳定的深海大长细比悬链线立管涡激振动模型实验装置。此实验装置能够在实际物理模型试验中真实有效模拟大长细比悬链线立管模型的涡激振动特性。