专利名称：一种用于研究顶张力作用下海洋立管干涉规律的试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于海洋立管设施铺设技术领域，具体涉及一种用于研究海洋立管干涉规律的试验装置。
背景技术：
海洋立管是海洋平台与海底井口间的主要连接件，主要用于运输流体，引导钻探或油井检修工具和管道进入油井等。作为海面与海底的一种联系通道，可用于固定式平台、浮式平台及钻探船舶等。每一座海洋平台与海底井口之间的管线均众多，一般具有多种布置形式，如前后排列、并肩排列和相互交错排列等，当有流通过时，立管会受到其他立管尾流的影响，发生立管间的干涉。由于干涉的存在，使得立管的动力特性、动力响应以及漩涡的脱落形式同单个的立管相比都会发生比较大的变化。而海洋立管大多用于输送石油、天然气等易燃易爆物品，一旦发生破坏，必将引发严重的环境污染和次生灾害。因此，对海洋立管进行干涉规律的试验研究，显得极其必要。在实际的工作状况中，，海洋立管的上端与平台或船舶底部的滑移节连接，下端通过万向节与海底井口连接，当平台或船舶在波浪作用下运动时，立管有足够的自由度随之运动，并在平台或船舶发生垂直震荡时改变其长度。与此同时，海洋立管还是系泊系统的重要组成部分，可作为支撑备用管线。因此，在进行海洋立管的干涉试验时，连接方式和顶张力是必须考虑的两个因素。但是在目前进行的海洋立管干涉试验中，往往不能很好的模拟工程实际，使得得出的结论不具有说服力。试验过程中存在的问题主要有:立管接头多为固结，并非铰接；立管虽为张紧状态，但不能对顶张力的大小进行调整和测定；在同一次试验中，没有或者很少针对立管的间距和排列方式进行研究。
实用新型内容本实用新型的目的是克服现有试验技术中存在的上述不足，提供了一种更加符合海洋立管工作状况的干涉试验的装置，从而提高了海洋立管干涉试验的准确性。一种用于研究顶张力作用下海洋立管干涉规律的试验装置，主要包括支架、立管模型、铰接接头和滑轮；滑轮固定于支架的顶部；铰接接头包括上铰接接头和下铰接接头，立管模型的下端与下铰接接头连接，立管模型的上端连接上铰接接头；在上铰接接头的顶板上安装有螺柱，其特征在于:在支架的顶部和底板上分别设置有预留孔，螺柱的上端穿过支架顶部的预留孔连接钢绞线，钢绞线绕过滑轮与配重块连接；下铰接接头通过螺丝和底板上的预留孔，固定于支架的底板上。经试验验证，本实用新型的装置能够有效地实现铰接、施加顶张力，并能在海洋立管干涉规律的试验中通过更改立管模型的排列方式及间距，很好的模拟工程实际，从而得出准确的试验数据和结论。
图1是本实用新型的研究顶张力作用下的海洋立管干涉规律的试验装置的主视图；图2是图1的立体图；图3是图1中上铰接接头的立体放大图。
具体实施方式
实施例1如图1所示，一种用于研究顶张力作用下海洋立管干涉规律的试验装置，主要包括支架2，立管模型5，滑轮I和铰接接头；滑轮I固定于支架2的顶部；铰接接头包括上铰接接头4和下铰接接头6 ;立管模型5的下端与下铰接接头6连接，立管模型5的上端连接上铰接接头5 ;在上铰接接头4的顶板14上安装有螺柱，螺柱的螺纹规格与顶板14上的开孔相配，拧紧并使其端部露出顶板14的下底面，然后选用合适规格的螺帽再次拧紧。如图2所示，在支架2的顶部和底板7上设置有预留孔，分别为纵向预留孔11和横向预留孔12。螺柱的上端穿过支架2顶部的预留孔，弯成弯钩，与钢绞线的一端连接；将钢绞线绕过滑轮，另一端与配重块3连接。如图2所示，下铰接接头6的结构与上铰接接头4完全一样，安装时将上铰接接头4倒置，即为下铰接接头6 ;用螺丝穿过支架底板上的预留孔和下铰接接头顶板上的开孔，将下铰接接头6固定于支架的底板上。立管模型5，是指根据实验条件和比尺模型所确定的适合模拟海洋立管涡激振动规律的材料，一般选用钢管、铜管和PVC管等；该立管模型5的两端分别与上铰接接头4、下铰接接头6的立管连接孔连接。所述的滑轮为4个，滑轮la、lb为一组，滑轮lc、ld为一组；该两组滑轮分别与立管模型5b和5a，以及铰接接头，构成两个施加顶张力的系统。如图3所示，上铰接接头包括顶座部分、轴承十字架和底座部分；顶座部分包括顶板14、轴承座115和轴承18 ;顶板14中心处开孔并耕丝，试验时连接螺柱并在其上端施加拉力，从而实现施加顶张力的功能；轴承座115上部与顶板14相连，下部开孔并设卡槽，嵌入轴承18 ；轴承十字架包括轴承架116和轴承架1117 ;轴承架116、轴承架1117的两端比中间部分略细，使其能够恰好穿过轴承；轴承架I的中间部分加粗并开孔，使轴承架1117能够恰好穿过并卡住，构成“十”字形；轴承架116与轴承座1119相连，轴承架1117与轴承座115相连；轴承十字架的主要功能是使得顶座部分与底座部分能够自由旋转，从而实现完全铰接的功能。底座部分包括底座20、轴承座1119和轴承18 ;轴承座1119下部与底座20相连，上部开孔并设卡槽，嵌入轴承18 ;轴承座1119的功能与轴承座115的功能相同；在底座20的底面开立管连接孔21并耕丝；立管连接孔21与选定的立管模型5相连。实施例2本实施例的用于研究顶张力作用下海洋立管干涉规律的试验装置，与实施例I的装置结构基本相同，区别仅在于:下铰接接头6不包括顶板14，用螺丝直接将下铰接接头的轴承座115的螺孔和支架底板上的预留孔固定在一起。采用此种方式，能够使下铰接接头与支架的连接更加稳固。如图2所示，采用上述实施例1的试验装置在进行海洋立管干涉试验研究时，需要在立管模型的两端分别使用上铰接接头4和下铰接接头6，并将下铰接接头6固定在试验支架的底板7上。通过不断施加已知大小的顶张力，改变外流的大小和立管模型的间距及排列方式，运用应变计和光栅光纤的测试方法，对海洋立管的干涉规律进行研究。1、根据试验要求和模型比尺，选择合适的立管模型(如铜管)，然后在其两端端部耕丝，使其螺纹能分别与上铰接接头4和下铰接接头6的立管连接孔21的螺纹相配并拧紧；2、根据数值模拟的结果，就信号采集的关键点沿立管模型定位，沿90°方向均匀粘贴应变片，并引线与动态电阻应变仪等信号采集装置连接；3、螺柱的螺纹规格与要与顶板14的开孔相符，拧紧并使其端部露出顶板14的下底面，然后选用合适规格的螺帽再次拧紧；将螺柱的上端分别穿过支架顶部的纵向预留孔
11、横向预留孔12并弯成弯钩，与钢绞线的一端连接；将钢绞线绕过滑轮，另一端与配重块连接；4、根据数值模拟的结果，在外流来流方向的上端，定位并安放多普勒流速计，用于实时测定外流的流速；5、系统组装完毕以后，根据试验条件，对信号采集系统、顶张力施加系统、外流测定系统进行调试。各系统工作正常以后，施加外流。待外流稳定以后，添加或减少已知重量的配重块，即可达到施加顶张力的作用。6、当本级外流条件下的测试完成以后，根据多普勒流速计的测定结果，调节外流流速至下一级，然后更改顶张力，遵循此工作流程，直至本间距和排列方式的干涉试验结束。7、沿纵向预留孔11更改立管模型5a、5b间的间距，根据立管模型的位置分别挪动滑轮Ib和Ic的位置，依次遵循步骤5和6的流程，完成立管模型纵向排列的干涉试验。8、沿横向预留孔12更改立管模型5a、5b间的间距，根据立管模型的位置分别挪动滑轮Ia和Ib的位置，依次遵循步骤5和6的流程，完成立管并肩排列的干涉试验。9、对试验采集的数据进行处理，研究不同外流和顶张力作用下的海洋立管干涉试验的规律，得出结论。在整个系统中，由于多处位置需要留孔、耕丝并且相互配套，在进行试验准备时，需要根据试验条件，需要提前对开孔的大小和螺纹的规格进行统一设计和加工，以达到良好的试验效果。
权利要求1.一种研究顶张力作用下海洋立管干涉规律的试验装置，主要包括支架、立管模型、铰接接头和滑轮；滑轮固定于支架的顶部；铰接接头包括上铰接接头和下铰接接头，立管模型的下端与下铰接接头连接，立管模型的上端连接上铰接接头；在上铰接接头的顶板上安装有螺柱，其特征在于:在支架的顶部和底板上分别设置有预留孔，螺柱的上端穿过支架顶部的预留孔连接钢绞线，钢绞线绕过滑轮与配重块连接；下铰接接头通过螺丝和底板上的预留孔，固定于支架的底板上。
专利摘要本实用新型涉及一种用于研究顶张力作用下海洋立管干涉规律的试验装置，该主要包括支架、立管模型、铰接接头和滑轮；滑轮固定于支架的顶部；铰接接头包括上铰接接头和下铰接接头，立管模型的下端与下铰接接头连接，立管模型的上端连接上铰接接头；在上铰接接头的顶板上安装有螺柱，其特征在于在支架的顶部和底板上分别设置有预留孔，螺柱的上端穿过支架顶部的预留孔连接钢绞线，钢绞线绕过滑轮与配重块连接；下铰接接头通过螺柱和底板上的预留孔，固定于支架的底板上。该装置能够有效地实现铰接、施加顶张力，并能在海洋立管干涉规律的试验中通过更改立管模型的排列方式及间距，很好的模拟工程实际，从而得出准确的试验数据和结论。
文档编号G01M10/00GK203011669SQ20132002079
公开日2013年6月19日 申请日期2013年1月5日 优先权日2013年1月5日
发明者郭海燕, 王飞, 李效民, 孟凡顺, 刘景伟, 李莹, 牛建杰, 赵伟, 殷文明 申请人:中国海洋大学