横置柔性管涡激流振动实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的实验装置，具体地说，涉及的是一种横置柔性管涡激流振动实验装置。
【背景技术】
[0002]在海流作用下，悬跨的海底管线、海洋平台立管或拖缆等柔性管件上会周期性地产生漩涡脱落。漩涡脱落是流体横向流过圆柱体时，在圆柱体背面的两侧交替产生旋涡，且在脱离后形成旋涡尾流的现象。产生旋涡的原因是流体受阻后动能和压能相互转换，且压强沿圆柱体周向及边界层的厚度方向发生变化，边界层外部流体的较大压强作用迫使边界层内部压强较小的质点向相反方向流动，从而使边界层增厚，形成旋涡，然后从圆柱体表面脱离，旋涡随着流速增大被拉长后消失。涡激流振动将导致柔性管件的阻力系数增加和结构疲劳破坏。在设计海洋柔性管件的时候，管件因涡激流振动而导致疲劳破坏将是一个必须考虑的重要因素。目前，实验手段是研究柔性管件涡激流振动现象最主要的研究手段。通过模型实验，可以较为全面的观测到涡激流振动现象及其主要特征，获得较为可靠的实验结果，从而对实际工程中可能出现的涡激流振动及抑振装置等进行实验验证。公开日为2007年12月19日，公开号为CN101089578A的中国专利文件公开了一种横置于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置，包括管件模型、端部支撑机构、流速增大装置、横向试验支持架、拖车和测量分析系统，管件模型穿过流速增大装置，管件模型和流速增大装置均横置于拖曳水池中，管件模型的两端靠端部支撑机构支持，横向试验支持架把流速增大装置和端部支撑机构与拖车连接，测量分析系统的各仪器设备分散布置于管件模型、端部支撑机构、流速增大装置、横向试验支持架和拖车之中。这种试验装置主要解决了在流速分层的流场中柔性管件涡激流振动的试验问题，但该装置只能对单一管件进行试验，不能进行实际工程中常见的多管件状态下涡激流振动的模型实验；另一方面，由于海流在流动过程中通常存在波动，而前述不能模拟海流的波动，因此其试验结果与实际情形存在较大的差别，降低了试验的精确程度。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是解决现有技术的拖曳水池柔性管件涡激流振动实验只能进行单管实验，不能进行实际工程中常见的多管件状态下涡激流振动的模型实验问题，提供一种横置柔性管涡激流振动实验装置，可以解决多管件状态下的涡激流振动模型实验问题。
[0004]本发明的另一目的是解决现有技术的拖曳水池柔性管件涡激流振动试验装置不能模拟海水波动，试验结果与实际情形存在较大的差别的问题，提供一种可以模拟海水波动的横置柔性管涡激流振动实验装置，其试验结果与实际情形存在更为接近，提高了实验数据的准确度。
[0005]本发明为实现上述目的所采用的具体技术方案是，一种横置柔性管涡激流振动实验装置，包括测试管及用于拉动测试管的拖曳车及测控系统，所述的测试管为四根，横向分两层设置，每层测试管为两根且上下对应，拖曳车两侧分别设有可放入拖曳池的拖曳臂，所述拖曳臂包括左拖曳臂与右拖曳臂，左拖曳臂与右拖曳臂下端部均设有测试管安装板，安装板上设有上下两个固定孔及分别与固定孔处于同一水平线上的上下两条长槽，四根测试管的左端通过万向节分别固定在左侧安装板上的两个固定孔及两条长槽内，四根测试管的右端通过万向节及张紧机构分别设置在右侧安装板上的两个固定孔及两条长槽内，四根测试管的中心轴线在一个长方体的四条相互平行的棱边上；所述测控系统包括测试管拉力传感器、测试管剪力传感器、测试管应变传感器及车速控制装置，测试管拉力传感器及剪力传感器均设置在测试管的右端部，测试管应变传感器设置在测试管的管壁上。本发明的横置柔性管涡激流振动实验装置设置有四根测试管(即柔性管的模拟管)，四根测试管分上下两层设置，同一水平面上的测试管间距可以通过长槽加以调节；张紧机构可以使测试管保持一定的张力，并可以方便地调节这种张力的大小；剪力传感器及应变传感器用于检测测试管在实验状态下的涡激流振动数据。由于本发明的装置测试管两侧剪力对称，因此仅在一侧设置剪力传感器。本发明的实验装置可以模拟在同一水平面上不同间距的柔性管之间的涡激流振动情况，得到准确的多管件状态下涡激流振动实验数据，并通过计算机进行数据分析处理得出实验结果，从而解决了现有技术的拖曳水池柔性管件涡激流振动实验只能进行单管实验，不能进行实际工程中常见的多管件状态下涡激流振动的模型实验问题。
[0006]作为优选，拖曳臂上固定有安装板滑动机构，滑动机构包括一竖直设置的滑槽，安装板可上下滑动地设置在滑槽内，安装板的一侧边设有齿条，滑槽的一侧设有摆动机构，齿条与摆动机构上的摆动齿轮啮合，摆动机构工作时，摆动输出齿轮带动安装板及测试管上下运动。本发明的测试管可以在摆动机构的带动下上下缓慢运动，从而模拟实际情况下海水的波动，因此其试验结果与实际情形存在更为接近，大大提高了实验数据的准确度。
[0007]作为优选，摆动机构包括一摆动电机，摆动电机的动力轴上叠设有正向驱动齿轮与反向驱动齿轮，正向驱动齿轮与反向驱动齿轮均为齿数、模数相同的扇形齿轮且错位布置，摆动机构还包括摆动齿轮，正向驱动齿轮与摆动齿轮间断性啮合，反向驱动齿轮与换向齿轮间断性啮合，换向齿轮与摆动齿轮啮合，摆动齿轮通过一减速传动齿轮与摆动输出齿轮啮合，正向驱动齿轮与摆动齿轮啮合时，反向驱动齿轮与换向齿轮脱离啮合，反向驱动齿轮与换向齿轮啮合时，正向驱动齿轮与摆动齿轮脱离啮合，所述正向驱动齿轮驱动所述摆动齿轮摆动的角度与所述反向驱动齿轮通过换向齿轮驱动所述摆动齿轮摆动的角度相等，摆动机构连接测控系统。
[0008]摆动电机通过驱动轴带动正向驱动齿轮与反向驱动齿轮同方向转动，当正向驱动齿轮与摆动齿轮啮合时，摆动齿轮反向转动通过一减速传动齿轮带动摆动输出齿轮正向转动，正向驱动齿轮继续转动与摆动齿轮脱离啮合，摆动齿轮停止转动，此时反向驱动齿轮与换向齿轮啮合，反向驱动齿轮通过换向齿轮带动摆动齿轮正向转动，反向驱动齿轮继续转动与换向齿轮脱离啮合后，正向驱动齿轮又开始与摆动齿轮啮合，重复上述过程，实现电机连续转动带动摆动输出齿轮的来回转动，从而通过齿条带动安装板及测试管上下运动，这样可以模拟水流的上下波动，使实验结构更接近于真实情况，提高实验数据的准确度。
[0009]作为优选，每根测试管上设有两块呈圆板状的滑板，所述滑板可滑动地套设在测试管上，滑板的最大厚度是滑板直径的6%至10%，滑板的直径小于相邻两根测试管的间距，滑板的外周其纵切面呈半圆形，滑板上设有锁紧机构。滑板的作用一是用于微调测试管的固有震动频率，可以测试柔性管的在不同自振频率下的涡激流振动情况；二是可以用于模拟柔性管在有外来附着物状态下的涡激流振动情况，从而取得多方面的测试数据。这里的滑板纵切面是指测试管长度方向上的剖切面，纵切面呈半圆形主要是为了减小水流阻力，避免对涡激流测试造成影响，通常在用于微调测试管的固有震动频率时，两块滑板在测试管的两端部对称设置；在用于模拟柔性管在有外来附着物状态下的涡激流振动时，两块滑板可以对称设置，也可