倾角均匀来流条件深海张紧式立管束涡激振动的试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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，涉及的是一种倾角均匀来流条件深海张紧式立管束涡激振动的试验装置。
【背景技术】
[0002]随着经济迅速发展，生产力的提高，能源消耗越来越大，我国由原来的石油出口国变为进口国。石油已成为制约我国经济发展的瓶颈，海洋石油开发是世界能源开发的重要领域。立管系统是深海石油开采系统中不可缺少的关键部分。立管连接了海底油气田和海上作业平台，使海上作业平台可以进行钻探、导液、导泥等工作。随着油气开采向深海进军，立管的作业水深也越来越大，在深水区域，波浪和海面船体运动对立管造成的损伤逐渐减弱，但海流成为了造成立管损伤的主要因素。海流的作用水深范围很大，当海流经过海洋立管时，立管后缘将产生交替的漩涡脱落，当漩涡脱落频率与立管自振频率相近时，立管的振动将迫使漩涡脱落频率固定在立管自振频率附近，从而发生“锁定”现象。另外海洋立管并不是单独作业，在实际的工程应用中，多根立管会组成立管束共同作业，因此探究多根立管涡激振动具有重要的理论和现实意义。
[0003]目前，学术界对涡激振动的研究更多关注结构轴向与来流垂直的情况，实际的海洋工程中，立管结构轴向与来流并不完全垂直，存在一定倾斜角度。针对这种复杂的情况，有学者提出倾斜柔性圆柱涡激振动的不相关原则，即假定倾斜柔性圆柱涡激振动与来流速度在结构轴向的垂直方向投影分量引起的垂直圆柱情况等价。然而，不相关原则的正确与否至今仍然存在争议。特别是针对立管束的情况，倾角均匀来流条件深海立管束涡激振动特性还不得而知。
[0004]研究倾角均匀来流条件下深海张紧式立管束涡激振动的最可靠和最有效的手段是模型试验。通过模型试验，可以比较全面的了解涡激振动主要特征，以及采用何种方式的抑制措施对来流的倾角条件下立管束涡激振动的抑制效果，为工程实际积累经验。
[0005]经过对现有的技术文献调研发现，国内外对于倾角均匀来流条件下深海张紧式立管束涡激振动试验研究非常少，主要原因是如何设计试验装置及如何实现多根立管的排布方式，本发明将以两根立管为例进行阐述。
【发明内容】
[0006]本发明针对倾角均匀来流条件带有抑制装置的深海张紧式立管束涡激振动试验研究存在的难点和不足，提供了研究倾角来流下立管束涡激振动或涡激振动抑制的试验装置，能够模拟有倾角的来流，对深海张紧式立管束开展试验研究，探究倾角来流条件深海立管束涡激振动发生机理及抑制措施，为工程实际提供参考和借鉴。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提出的一种倾角均匀来流条件深海张紧式立管束涡激振动的试验装置，包括海洋立管模型、横向试验支持架、拖车、应变采集仪和计算机，所述海洋立管模型的一端设有第一端部支撑装置，所述海洋立管模型的另一端设有第二端部支撑装置，所述第一端部支撑装置和第二端部支撑装置的顶部分别与所述横向试验支持架的两端连接，所述横向试验支持架固定于所述拖车的底部；所述海洋立管模型包括若干条导线和一薄壁铜管，所述导线的外径为0.3mm，所述导线为7芯导线，所述薄壁铜管的外径为8_、壁厚为1_ ;自所述薄壁铜管的外表面依次向外设有相互紧密接触的若干层热塑管和一层硅胶管，所述薄壁铜管与所述热塑管之间设有多片用于采集应变的应变片，所述应变片通过接线端子与所述导线相连，所述导线的两端与所述薄壁铜管的两一端或分别与所述薄壁铜管的两端固定；所述薄壁铜管的一端通过销钉连接有第一圆柱接头，所述薄壁铜管的另一端通过销钉连接有第二圆柱接头；所述横向试验支持架包括主体横梁，所述主体横梁的两侧顶部均分别设有角度盘；所述主体横梁的顶部设有槽钢，所述拖车支撑在槽钢上；所述第一端部支撑装置包括竖直方向的第一支撑管，所述第一支撑管的顶部连接有水平布置的第一角度板，所述第一支撑管的底部连接有第一支撑板，所述第一支撑板的内侧通过螺栓连接有与所述第一支撑板平行的第一导流板，所述第一导流板的下部设有多个通孔，所述通孔的数量和位置分别与试验时海洋立管模型的数量和安装位置相同；每个通孔内分别设有一个万向联轴节，所述万向联轴节的一端通过万向联轴节螺丝固定在第一支撑板上，所述万向联轴节的另一端与所述海洋立管模型中的第一圆柱接头连接；所述第二端部支撑装置包括竖直方向的第二支撑管，所述第二支撑管的顶部连接有水平布置的第二角度板，所述第二支撑管的底部连接有第二支撑板，所述第二支撑板的内侧通过螺栓连接有与所述第二支撑板平行的第二导流板，所述第二导流板的下部设有多个长方形豁口，长方形豁口内分别设有角度卡板或补贴板，所述角度卡板上设有多个立管安装孔；该试验装置中包括有四套角度卡板，每套角度卡板上的立管安装孔的轴线与角度卡板厚度方向的夹角分别为O度、15度、30度、45度；所述第二支撑板的外侧设有多个滑轮，所述滑轮的个数与试验时安装的海洋立管模型的数量相同，所述滑轮的滑轮座与第二支撑板之间设有滑轮座垫块，所述滑轮座垫块为楔形块，所述第二支撑板上位于每个滑轮座的下方分别设有一钢丝绳过孔；该试验装置中包括有三套数量与滑轮个数相同的滑轮座垫块，每套滑轮座垫块上的斜面与第二支撑板接触面之间的夹角分别为15度、30度、45度；所述主体横梁上、位于与第二端部支撑装置的连接端一侧连接有个数与滑轮个数相同与拉力传感器一端连接的固定结构，所述拉力传感器的另一端依次连接有拉力张紧器和拉力弹簧；分别自每个海洋立管模型中的第二圆柱接头，穿过第二支撑板上的钢丝绳过孔后绕过滑轮至拉力弹簧的另一端连接有钢丝绳；所述钢丝绳和与之连接的海洋立管模型的轴线在同一平面内；所述导线和所述拉力传感器与所述应变采集仪联接，所述应变采集仪与所述计算机连接。
[0008]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0009]本发明设计了倾角均匀来流条件深海立管束涡激振动试验装置，可实现更加贴近于海洋工程实际的倾角来流条件，并可完成不同排布的立管束涡激振动，弥补了学术界在这方面的不足，同时本发明装置设计制作简单，安装方便，容易推广，并且造价低廉。
【附图说明】
[0010]图1是本发明中没有抑制结构的立管束涡激振动试验装置的结构示意图；
[0011]图2是本发明中没有抑制结构的海洋立管模型两端的粗圆柱接头和细圆柱接头示意图；
[0012]图3是本发明中带有抑制结构的立管束涡激振动试验装置的结构示意图；
[0013]图4是本发明中带有抑制结构的海洋立管模型两端的粗圆柱接头和细圆柱接头示意图；
[0014]图5是图1中所示支撑板14结构示意图；
[0015]图6是图1中所示导流板11的结构示意图；
[0016]图7是横向试验支持架结构俯视图；
[0017]图8是图7所示横向试验支持架的右视图；
[0018]图9是角度盘的结构示意图；
[0019]图10是横向试验支持架与拖车相互位置一的俯视图；
[0020]图11是图10所示横向试验支持架与拖车相互位置一的右视图；
[0021]图12-1横向试验支持架与拖车相互位置二的俯视图；
[0022]图12-2是横向试验支持架与拖车相互位置一的俯视图；
[0023]图12-3是横向试验支持架与拖车相互位置一的俯视图；
[0024]图13-1是图12-1所示状态下立管束