专利名称：阶梯流下顶部可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的装置，具体是一种阶梯流下顶部可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置。
背景技术：
根据流体力学知识，将柱状结构物置于一定速度的来流当中，其两侧会发生交替泻涡。与漩涡的生成和泻放相关联，柱体会受到横向和流向的脉动压力。如果此时柱体是弹性支撑的，那么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。深海立管常常以列阵的形式出现，各立管由于彼此接近，相互之间会有水动力干扰，导致更为复杂的涡激振动。例如在海流或海洋平台的运动的作用下，悬置于海中的海洋平台立管、拖缆、海底管线、spar平台的浮筒、系泊缆索等柔性管件上会出现涡激振动现象，将会导致柔性管件的疲劳破坏。目前为止，对柔性管件涡激振动现象的研究最重要的方法之一就是模型试验方法。通过模型试验方法可以加深对柔性立管涡激振动机理以及海洋平台的运动对立管的涡激振动的影响的认识，并提供可靠的立管涡激振动预报途径和技术。为了使试验中模拟的现象更加接近于自然界中的真实情况，除了采用先进的试验装置，试验中模拟的环境也必须和自然界接近。在实际海洋中，整个深度范围内的流速截面并不是一成不变的。例如墨西哥湾2000m水深的海域，一般表层300m内的平均流速是300m — 800m水深范围内平均流速的4到5倍，是800m以下平均流速的20倍以上。由此可见，海洋中整个深度范围内的流速截面应该更接近于阶梯状的流场。经过对现有技术文献的检索发现，目前的涡激振动测试装置一般只能安装单根立管。在第14届国际近海与极地工程会议“Proceedings of the Fourteen(2004) International Offshore and Polar Engineering Conference，，中白勺论文“Laboratory Investigation of Long Riser VIV Response”(长立管涡激振动响应的实验研究)是关于柔性管件涡激振动实验研究的，文中提到了一种柔性管件涡激振动模型试验技术，把柔性立管横置于拖曳水池中，拖车拖动立管模型产生均勻流场。用布置在立管内部的加速度传感器来测量立管的运动，在立管壁内布置光栅测量立管壁内的应变量。经分析，该试验技术的不足之处在于1、一般只能模拟小尺度管件的涡激振动，尺度效应难以避免；2、受海洋工程水池拖车速度限制，难以有效的进行实雷诺数下的涡激振动试验。3、受拖曳海洋工程深水池长度的限制，所得到的测试段距离较小，测得的试验数据较少。4、不能进行强迫振荡试验。5、不能模拟平台的运动，从而研究平台的运动对立管涡激振动的影响。6、只能进行单根立管模型的涡激振动试验，难以进行两根甚至多根立管列阵的涡激振动试验。7、一般只能模拟均勻流的涡激振动，难以进行阶梯流下的涡激振动试验。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种阶梯流下顶部可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置，本发明利用垂直轨道模块与水平轨道模块以及拖车和拖曳水池的相对运动模拟不同流速的来流，加上套筒的局部阻流作用，实现阶梯流的模拟，从而实现在实验室环境下模拟深海立管列阵涡激振动。本发明测试时间长且能够测试流速高的横置于拖曳水池中的深海立管列阵模型，也可以进行深海立管列阵模型的往复振荡测试。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括若干个深海立管模块、顶部支撑模块、底部支撑模块、两个垂直轨道模块、水平轨道模块、四个整流罩模块、套筒模块、四个电机模块和测量分析控制模块，其中两个垂直轨道模块分别与水平轨道模块的底部和顶部支撑模块以及底部支撑模块连接，水平轨道模块分别与拖车另一侧的底部和两个垂直轨道模块的顶部连接，若干个深海立管模块两端分别与顶部支撑模块和底部支撑模块连接， 四个整流罩模块的整流罩边板分别穿过且固定于两个垂直轨道模块的外部，每个垂直轨道模块上有两个整流罩模块，测量分析控制模块设置于拖车上，测量分析控制模块通过导线分别与深海立管模块、顶部支撑模块、底部支撑模块以及四个电机模块连接，四个电机模块分为两组，其中的两个电机模块安装在水平轨道模块上来控制两个垂直轨道模块的运动， 剩余的两个电机模块分别安装在两个垂直轨道模块的顶部上来控制两个垂直轨道模块上的滑块的运动，从而控制顶部支撑模块和底部支撑模块的运动，套筒模块套在若干个深海立管模块外部且与底部支撑模块连接。所述的深海立管模块的个数大于等于2。所述的深海立管模块包括光纤光栅传感器、两个立管固定接头和深海立管模型， 其中光纤光栅传感器沿立管模型表面轴向均勻布置，深海立管模型两端分别与两个立管固定接头连接，两个立管固定接头分别与顶部支撑模块和底部支撑模块连接，光纤光栅传感器与测量分析控制模块连接。深海立管模块用来模拟实际海洋中的立管。所述的顶部支撑模块包括顶部连接架、水平支座、支撑板和若干个顶部转动传感结构，其中顶部连接架的一端和一个垂直轨道模块上的滑块连接，另一端和水平支座连接，支撑板分别和水平支座以及若干个顶部转动传感结构相连。若干个顶部转动传感结构分别与若干个深海立管模块一一对应连接，若干个顶部转动传感结构和测量分析控制模块连接。顶部支撑模块用来固定深海立管模块的一端。所述的顶部转动传感结构包括传感器和万向节，其中传感器分别与支撑板、万向节和测量分析控制模块连接，万向节与深海立管模块连接。所述的底部支撑模块包括底部连接架、支架安装座、弹性滑动组件、直线轴承和若干个底部转动传感结构，其中底部连接架的一端和另一个垂直轨道模块上的滑块连接， 另一端和支架安装座连接，支架安装座与直线轴承连接，弹性滑动组件穿过支架安装座且与若干个底部转动传感结构连接，若干个底部转动传感结构分别与若干个深海立管模块一一对应连接，若干个底部转动传感结构和测量分析控制模块连接。底部支撑模块用来固定深海立管模块的另一端，并对试验过程中深海立管模块发生涡激振动时提供缓冲作用。所述的弹性滑动组件包括前支撑板、滑动轴、缓冲弹簧和后支撑板，其中缓冲弹簧套在滑动轴外部且分别与后支撑板和直线轴承连接，前支撑板、滑动轴、后支撑板依次串联连接，前支撑板分别与若干个底部转动传感结构连接。所述的底部转动传感结构包括传感器和万向节，其中传感器分别与弹性滑动组件、万向节和测量分析控制模块连接，万向节与对应的深海立管模块连接。
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所述的垂直轨道模块由垂直轨道，滑块和顶部连接块组成，该垂直轨道垂直于水平轨道和拖曳水池池底且分别与水平轨道、整流罩模块连接，每个垂直轨道模块的顶部安装有一个电机模块。若干个深海立管模块可以在垂直轨道模块的作用下做垂直方向上的往复运动。所述的水平轨道模块由水平轨道和支撑梁组成，该水平轨道垂直于垂直轨道，平行于拖曳水池池底，且分别与拖车和垂直轨道相连，水平轨道模块的两端安装有两个电机模块。若干个深海立管模块可以在水平轨道模块的作用下做水平方向的往复运动。所述的整流罩模块由固定连接的整流罩外壳和整流罩边板组成。整流罩外壳与整流罩边板连接，四个整流罩边板分别与两个垂直轨道的外表面连接。每个垂直轨道上安装两个整流罩模块，二者呈对称布置。整流罩外壳呈机翼型剖面，该结构能够大大减小整个试验装置运动过程中的阻力和兴波。所述的整流罩模块的个数为4。所述的电机模块为已有试验设备。四个电机模块分为两组，其中的两个电机模块安装在水平轨道模块上来控制两个垂直轨道模块的运动，剩余的两个电机模块分别安装在两个垂直轨道模块的顶部来控制两个垂直轨道模块上的滑块的运动，从而控制顶部支撑模块和底部支撑的运动。所述的电机模块的个数为4。所述的套筒模块由固定连接的套筒连接杆和套筒件组成，套筒件套在若干个深海立管模块的外侧，套筒连接杆与底部支撑模块件连接。套筒模块使带套筒件部分的若干个深海立管模块在试验中不受水流的作用，从而模拟阶梯流。所述的测量分析控制模块包括光纤数据采集单元、力数据采集单元和电机控制单元，其中光纤数据采集单元分别与若干个深海立管模块连接，力数据采集单元分别与顶部支撑模块和底部支撑模块连接，电机控制单元与四个电机模块连接，光纤数据采集单元、 力数据采集单元和电机控制单元各自独立，均位于拖车上。所述的光纤数据采集单元和力数据采集单元含有实时采集分析软件，能够记录和分析试验中立管模型的应变和受力。电机控制单元能够控制四个电机，从而控制两个垂直轨道模块，顶部支撑模块以及底部支撑模块各自的运动。所述拖车和拖曳水池均为已有试验设施，拖车可实现双向的不同速度下的勻速直线运动，拖曳水池装一定深度的水，为海底立管列阵模型提供水环境，二者相对运动即可模拟不同流速的阶梯流。本发明使用时，根据顶部支撑模块、底部支撑模块以及两个垂直轨道模块的运动状态，可以将研究的问题分为以下几类
1)当把顶支撑模块和底部支撑模块固定在垂直轨道模块上，不让其沿着垂直轨道模块运动，而且不允许两个垂直轨道模块沿着水平轨道模块运动，让拖车带动整个模型运动，可以研究深海立管列阵在不受海洋平台运动影响下的涡激振动。2)当将两个垂直轨道模块固定，让顶部支撑模块和底部支撑模块沿着各自的垂直轨道模块同步的做垂直方向上的往复运动，而拖车不动，就可以研究深海立管列阵的强迫振动。3)当让顶撑模块沿着垂直轨道模块做垂直方向上的往复运动，不允许底部支撑模块和两个垂直轨道模块以及拖车运动，就可以研究深海立管列阵只在海洋平台运动的作用下的涡激振动。4)当让顶部支撑模块沿着垂直轨道模块做垂直方向上的往复运动，不允许底部支撑模块和两个垂直轨道模块运动，让拖车带动整个模型运动，就可以研究深海立管列阵在流向垂直于海洋平台运动方向的来流作用下以及海洋平台运动的影响下的涡激振动。5)当不允许顶部支撑模块和底部支撑模块沿着垂直轨道模块运动，让与顶部支撑模块相连的垂直轨道模块沿着水平轨道模块做水平方向上的往复运动，固定另一个垂直轨道模块，让拖车带动整个模型运动，就可以研究深海立管列阵在流向平行于海洋平台运动方向的来流作用下以及海洋平台运动的影响下的涡激振动。6)当让顶部支撑模块沿着与之相连的垂直轨道模块做垂直方向上的往复运动，与顶部支撑模块相连的垂直轨道模块沿着水平轨道模块做水平方向上的往复运动，并且调整它们的运动速度，不允许底部支撑模块以及与之相连的垂直轨道模块运动，让拖车带动整个模型运动，就可以研究深海立管列阵在海洋平台的各种方向的运动影响下来流对其造成的涡激振动。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明能够安装大尺度立管模型，从而避免尺度效应，本发明能够充分利用垂直轨道模块和水平轨道模块来模拟大尺度立管模型在海洋平台的影响下的涡激振动，本发明能够根据实际需要模拟深海立管模块所形成的不同阵列。本发明由于在立管模型外部设置套筒，使得套筒内部立管试验中不受水流的作用，实现阶梯流的模拟，使得模拟立管模型的外部环境更加真实，本发明采用模块化设计， 安装和拆卸均非常方便。
图1为实施例1的结构示意图。图2为实施例1中深海立管模块1为两立管竖直列阵的斜视图； 图3为实施例1的垂直轨道模块和水平轨道模块的连接示意图。图4为实施例1的深海立管模块示意图。
图5为实施例1的顶部支撑模块侧视图。
图6为实施例1的底部支撑模块侧视图。
图7为实施例1的底部支撑模块仰视图。
图8为实施例1的垂直轨道模块示意图。
图9为实施例1的水平轨道模块示意图。
图10为实施例1的整流罩模块示意图。
图11为实施例1的电机模块示意图。
图12为实施例1的套筒模块示意图。
图13为实施例1的测量分析控制模块系统框图。
图14为实施例2中深海立管模块1为两立管水平列阵的斜视图。
图15为实施例3中深海立管模块1为三立管三角列阵的斜视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例1
如图ι所示，本实施例包括若干个深海立管模块1、顶部支撑模块2、底部支撑模块3、 两个垂直轨道模块4、水平轨道模块5、四个电机模块6、四个整流罩模块7、套筒模块8和测量分析控制模块9，其中两个垂直轨道模块4分别与水平轨道模块5的底部、顶部支撑模块2以及底部支撑模块3连接，水平轨道模块5分别与拖车10另一侧的底部和两个垂直轨道模块4的顶部连接，若干个深海立管模块1的两端分别与顶部支撑模块2和底部支撑模块3连接，四个整流罩模块7的整流罩边板39分别穿过且固定于两个垂直轨道模块4的外部，每个垂直轨道模块4上有两个整流罩模块7，测量分析控制模块9设置于拖车10上，测量分析控制模块9通过导线分别与若干个深海立管模块1、顶部支撑模块2、底部支撑模块 3以及四个电机模块6连接，四个电机模块6分为两组，其中的两个电机模块6安装在水平轨道模块5上来控制两个垂直轨道模块4的运动，剩余的两个电机模块6分别安装在两个垂直轨道模块4的顶部上来控制两个垂直轨道模块4上的滑块34的运动，从而控制顶部支撑模块2和底部支撑模块3运动，套筒模块8套在若干个深海立管模块1外部且与底部支撑模块3连接。如图2所示，当深海立管模块1的个数等于2时，两个深海立管模块1为竖直阵列布置。
如图1和图4所示，所述的深海立管模块1包括光纤光栅传感器13、两个立管固定接头14和立管模型15，其中光纤光栅传感器13沿立管模型15表面轴向均勻布置，立管模型15两端分别与两个立管固定接头14连接，两个立管固定接头14分别与顶部部支撑模块 2和底部支撑模块3连接，光纤光栅传感器13与测量分析控制模块9连接。深海立管模块 1用来模拟实际海洋中的立管。所述的立管模型15其单位长度质量与其单位长度排开水的质量之比为1:1。如图1和图5所示，所述的顶部支撑模块2包括顶部连接架16、水平支座17、支撑板18和若干个顶部转动传感结构19，其中顶部连接架16的一端和垂直轨道模块4上的滑块34连接，另一端和水平支座17连接，支撑板18分别和水平支座17以及若干个顶部转动传感结构19相连。若干个顶部转动传感结构19分别与若干个深海立管模块1 一一对应连接，若干个顶部转动传感结构19和测量分析控制模块9连接。顶部支撑模块2用来固定深海立管模块1的一端。所述的顶部转动传感结构19包括传感器21和万向节20，其中传感器21分别与支撑板18、万向节20和测量分析控制模块9连接，万向节20与对应的深海立管模块1连接。如图1、图6和图7所示，所述的底部支撑模块3包括底部连接架M、支架安装座 25、弹性滑动组件22、直线轴承沈和若干个底部转动传感结构23，其中底部连接架M的一端和另一个垂直轨道模块4上的滑块34连接，另一端和支架安装座25连接，支架安装座 25与直线轴承沈连接，弹性滑动组件22穿过支架安装座25且与若干个底部转动传感结构 23连接，若干个底部转动传感结构23分别与若干个深海立管模块1 一一对应连接，若干个底部转动传感结构23和测量分析控制模块9连接。底部支撑模块3用来固定深海立管模块1的另一端，并对试验过程中深海立管模块1发生涡激振动时提供缓冲作用。所述的弹性滑动组件22包括前支撑板27、滑动轴观、缓冲弹簧四和后支撑板 30，其中缓冲弹簧四套在滑动轴观外部且分别与后支撑板30和直线轴承沈连接，前支撑板27、滑动轴观、后支撑板30依次串联连接，前支撑板27分别和若干个底部转动传感结构23连接。所述的底部转动传感结构23包括传感器31和万向节32，其中传感器31分别与弹性滑动组件21、万向节32和测量分析控制模块9连接，万向节32与对应的深海立管模块1连接。如图1、图3和图8所示，所述的垂直轨道模块4由垂直轨道33，滑块34，顶部连接块12组成，该垂直轨道33垂直于水平轨道模块5和拖曳水池11池底。垂直轨道33通过顶部滑块12与水平轨道模块5的底部滑块37相连，可以在水平轨道模块5上做水平方向上的往复运动，滑块34安装在垂直轨道33上，且分别与顶部支撑模块2的顶部连接架16 以及底部支撑模块3的底部连接架M相连，从而将垂直轨道模块4与顶支撑模块2以及底部模块3连接起来，两个整流罩模块7对称的布置在垂直轨道33的一侧。垂直轨道模块4 为若干个深海立管模块1提供支撑作用。若干个深海立管模型模块1可以在垂直轨道模块 4的作用下做垂直方向上的往复运动。如图1、图3和图9所示，所述的水平轨道模块5由挂钩45、支撑梁35、水平轨道 36和底部滑块37组成，该水平轨道36垂直于垂直轨道33，平行于水池11池底。水平轨道 36通过挂钩45与拖车10的底部相连并且通过底部滑块37与垂直轨道模块4的顶部连接块12相连。若干个深海立管模块1可以在水平轨道模块5的作用下做水平方向的往复运动。支撑梁35的作用是将两个水平轨道37连接起来。如图1和图10所示，所述的整流罩模块7由固定连接的整流罩外壳38和整流罩边板39组成。整流罩外壳38与整流罩边板39连接，四个整流罩边板39分别与两个垂直轨道33的外表面连接。每个垂直轨道33上安装两个整流罩模块7，二者对称布置。所述的整流罩外壳38呈机翼型剖面，该结构能够大大减小整个试验装置运动过程中的阻力和兴波。如图11所示，所述的四个电机模块6为已有试验设备。四个电机模块6分为两组， 其中的两个电机模块6安装在水平轨道模块5上来控制两个垂直轨道模块4的运动，剩余的两个电机模块6分别安装在两个垂直轨道模块4的顶部来控制两个垂直轨道模块4上的滑块34的运动，从而控制顶部支撑模块2和底部支撑模块3运动。如图1和图12所示，所述的套筒模块8由固定连接的套筒连接杆40和套筒件41 组成，套筒件41套在立管模型15外侧，套筒连接杆40与底部支撑模块3连接。套筒模块8 使带套筒件41部分的若干个深海立管模块1在试验中不受水流的作用，从而模拟阶梯流。如图1和图13所示，所述的测量分析控制模块9包括光纤数据采集单元42、力数据采集单元43和电机控制单元44，其中光纤数据采集单元42分别于若干个深海立管模块1连接，力数据采集单元43分别与顶部支撑模块2和底部支撑模块3连接，电机控制单元44与四个电机模块6连接，光纤数据采集单元42、力数据采集单元43和电机控制单元 44各自独立，均位于拖车10上。
所述的光纤数据采集单元42和力数据采集单元43含有实时采集分析软件，能够记录和分析试验中立管模型1的应变和受力。电机控制单元44能够控制四个电机6，从而控制两个垂直轨道模块4、顶部支撑模块2以及底部支撑模块3各自的运动。实施例2
如图14所示，当深海立管模块1的个数等于2时，两个深海立管模块1为竖直阵列布置。实施例3
如图15所示，当深海立管模块1的个数等于3时，两个深海立管模块1为三角阵列布置。如图1所示，所述的拖车10和拖曳水池11均为已有试验设施，拖车10可实现双向的不同速度下的勻速直线运动，拖曳水池11装一定深度的水，为海底立管模型15提供水环境，二者相对运动即可模拟不同流速的阶梯流。本装置有以下优点1、本装置能够安装大尺度立管模型15，从而避免尺度效应； 2、本装置能够充分利用拖车10的高速来模拟大尺度立管模型15实雷诺数涡激振动。3、本装置能够充分利用拖曳水池11的长度，进行长距离测试，获得的更长更稳定的试验数据。 4、本装置能够利用垂直轨道模块和水平轨道模块来进行立管的强迫振荡试验。5、本装置能够利用垂直轨道模块和水平轨道模块的运动来模拟海洋平台的运动，从而研究海洋平台运动对立管涡激振动的影响。6、本装置能够根据实际需要模拟深海立管模块1所形成的不同阵列。7、本装置由于在若干个深海立管模块1的外部设置套筒，使得套筒内部立管试验中不受水流的作用，实现阶梯流的模拟，使得模拟若干个深海立管模块1的外部环境更加真实。8、本装置采用模块化设计，安装和拆卸均非常方便。
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权利要求
1.一种可考虑顶部运动影响的阶梯流下深海立管列阵模型涡激振动模拟试验装置，其特征在于，包括若干个深海立管模块、顶部支撑模块、底部支撑模块、两个垂直轨道模块、 水平轨道模块、四个整流罩模块、套筒模块、四个电机模块和测量分析控制模块，其中两个垂直轨道模块分别与水平轨道模块的底部和顶部支撑模块以及底部支撑模块连接，水平轨道模块分别与拖车另一侧的底部和两个垂直轨道模块的顶部连接，若干个深海立管模块两端分别与顶部支撑模块和底部支撑模块连接，四个整流罩模块的整流罩边板分别穿过且固定于两个垂直轨道模块的外部，每个垂直轨道模块上有两个整流罩模块，测量分析控制模块设置于拖车上，测量分析控制模块通过导线分别与深海立管模块、顶部支撑模块、底部支撑模块以及四个电机模块连接，四个电机模块分为两组，其中的两个电机模块安装在水平轨道模块上来控制两个垂直轨道模块的运动，剩余的两个电机模块分别安装在两个垂直轨道模块的顶部上来控制两个垂直轨道模块上的滑块的运动，控制顶部支撑模块和底部支撑模块的运动，套筒模块套在若干个深海立管模块外部且与底部支撑模块连接。
2.根据权利要求1所述的可考虑顶部运动影响的阶梯流下深海立管列阵模型涡激振动模拟试验装置，其特征是，所述的深海立管模块包括光纤光栅传感器、两个立管固定接头和深海立管模型，其中光纤光栅传感器沿立管模型表面轴向均勻布置，深海立管模型两端分别与两个立管固定接头连接，两个立管固定接头分别与顶部支撑模块和底部支撑模块连接，光纤光栅传感器与测量分析控制模块连接，深海立管模块用来模拟实际海洋中的立管；所述的顶部支撑模块包括顶部连接架、水平支座、支撑板和若干个顶部转动传感结构，其中顶部连接架的一端和一个垂直轨道模块上的滑块连接，另一端和水平支座连接， 支撑板分别和水平支座以及若干个顶部转动传感结构相连，若干个顶部转动传感结构分别与若干个深海立管模块一一对应连接，若干个顶部转动传感结构和测量分析控制模块连接，顶部支撑模块用来固定深海立管模块的一端；所述的顶部转动传感结构包括传感器和万向节，其中传感器分别与支撑板、万向节和测量分析控制模块连接，万向节与深海立管模块连接。
3.根据权利要求2所述的可考虑顶部运动影响的阶梯流下深海立管列阵模型涡激振动模拟试验装置，其特征是，所述的底部支撑模块包括底部连接架、支架安装座、弹性滑动组件、直线轴承和若干个底部转动传感结构，其中底部连接架的一端和另一个垂直轨道模块上的滑块连接，另一端和支架安装座连接，支架安装座与直线轴承连接，弹性滑动组件穿过支架安装座且与若干个底部转动传感结构连接，若干个底部转动传感结构分别与若干个深海立管模块一一对应连接，若干个底部转动传感结构和测量分析控制模块连接；所述的弹性滑动组件包括前支撑板、滑动轴、缓冲弹簧和后支撑板，其中缓冲弹簧套在滑动轴外部且分别与后支撑板和直线轴承连接，前支撑板、滑动轴、后支撑板依次串联连接，前支撑板分别与若干个底部转动传感结构连接；所述的底部转动传感结构包括传感器和万向节，其中传感器分别与弹性滑动组件、 万向节和测量分析控制模块连接，万向节与对应的深海立管模块连接。
4.根据权利要求1所述的可考虑顶部运动影响的阶梯流下深海立管列阵模型涡激振动模拟试验装置，其特征是，所述的垂直轨道模块由垂直轨道，滑块和顶部连接块组成，该垂直轨道垂直于水平轨道和拖曳水池池底且分别与水平轨道、整流罩模块连接，每个垂直轨道模块的顶部安装有一个电机模块，若干个深海立管模块可以在垂直轨道模块的作用下做垂直方向上的往复运动。
5.根据权利要求1所述的可考虑顶部运动影响的阶梯流下深海立管列阵模型涡激振动模拟试验装置，其特征是，所述的水平轨道模块由水平轨道和支撑梁组成，该水平轨道垂直于垂直轨道，平行于拖曳水池池底，且分别与拖车和垂直轨道相连，水平轨道模块的两端安装有两个电机模块，若干个深海立管模块可以在水平轨道模块的作用下做水平方向的往复运动。
6.根据权利要求1所述的可考虑顶部运动影响的阶梯流下深海立管列阵模型涡激振动模拟试验装置，其特征是，所述的整流罩模块由固定连接的整流罩外壳和整流罩边板组成，整流罩外壳与整流罩边板连接，四个整流罩边板分别与两个垂直轨道的外表面连接，每个垂直轨道上安装两个整流罩模块，二者呈对称布置，整流罩外壳呈机翼型剖面，该结构能够大大减小整个试验装置运动过程中的阻力和兴波。
7.根据权利要求1所述的可考虑顶部运动影响的阶梯流下深海立管列阵模型涡激振动模拟试验装置，其特征是，所述的电机模块为已有试验设备，四个电机模块分为两组，其中的两个电机模块安装在水平轨道模块上来控制两个垂直轨道模块的运动，剩余的两个电机模块分别安装在两个垂直轨道模块的顶部来控制两个垂直轨道模块上的滑块的运动，从而控制顶部支撑模块和底部支撑的运动。
8.根据权利要求1所述的可考虑顶部运动影响的阶梯流下深海立管列阵模型涡激振动模拟试验装置，其特征是，所述的套筒模块由固定连接的套筒连接杆和套筒件组成，套筒件套在若干个深海立管模块的外侧，套筒连接杆与底部支撑模块件连接，套筒模块使带套筒件部分的若干个深海立管模块在试验中不受水流的作用，从而模拟阶梯流。
9.根据权利要求1所述的可考虑顶部运动影响的阶梯流下深海立管列阵模型涡激振动模拟试验装置，其特征是，所述的测量分析控制模块包括光纤数据采集单元、力数据采集单元和电机控制单元，其中光纤数据采集单元分别与若干个深海立管模块连接，力数据采集单元分别与顶部支撑模块和底部支撑模块连接，电机控制单元与四个电机模块连接， 光纤数据采集单元、力数据采集单元和电机控制单元各自独立，均位于拖车上。
10.根据权利要求1所述的可考虑顶部运动影响的阶梯流下深海立管列阵模型涡激振动模拟试验装置，其特征是，所述的光纤数据采集单元和力数据采集单元含有实时采集分析软件，能够记录和分析试验中立管模型的应变和受力；所述拖车实现双向的不同速度下的勻速直线运动，所述拖曳水池装有水，为海底立管列阵模型提供水环境，二者相对运动即可模拟不同流速的阶梯流。
全文摘要
一种海洋工程技术领域的可考虑顶部运动影响的阶梯流下深海立管列阵模型涡激振动模拟试验装置，包括若干个深海立管模块、顶部支撑模块、底部支撑模块、两个垂直轨道模块、水平轨道模块、四个整流罩模块、套筒模块、四个电机模块和测量分析控制模块。本发明能够安装大尺度立管模型，从而避免尺度效应，本发明能够充分利用垂直轨道模块和水平轨道模块来模拟大尺度立管模型在海洋平台的影响下的涡激振动，本发明能够根据实际需要模拟深海立管模块所形成的不同阵列。本发明由于在立管模型外部设置套筒，使得套筒内部立管试验中不受水流的作用，实现阶梯流的模拟，使得模拟立管模型的外部环境更加真实，本发明采用模块化设计，安装和拆卸均非常方便。
文档编号G01M7/06GK102305696SQ201110219628
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者付世晓, 彭涛, 杨建民, 汪学锋 申请人:上海交通大学