一种海洋立管涡激振动抑制试验管道模型及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的装置，具体是一种海洋立管涡激振动抑制试验管道模型及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的飞速发展，能源的消耗量与日俱增，我国已由原来的石油出口国变为进口国，如何保障我国的能源安全已成为一个重要的课题。海洋油气的开发，特别是南海深水区的油气资源开发是解决我国能源短缺的一个有效途径。海洋立管是海洋油气生产输运过程中的不可或缺装备，由于其长度与直径的比值很大，运动特性十分复杂。在一定速度的洋流中，海洋立管两侧会发生交替的旋涡脱落，产生一个周期性的可变力，使管道结构在垂直于来流方向上发生振动，结构的振动又反作用于流场，使旋涡增强，阻力增加，这种典型的流-固耦合现象称之为涡激振动(VIV)。海洋立管涡激振动会加速结构的疲劳损伤、甚至破坏，对于海洋立管等柱状结构物而言，涡激振动是工程设计以及后期运行维护必须充分考虑的关键因素。采用何种方式抑制海洋立管涡激振动一直是学术界和工程界关注的焦点，目前，国内外已深入开展了海洋立管涡激振动抑制试验研宄工作，其中螺旋列板装置以其结构简单，造价低廉，抑制效果理想等优点，得到了广泛的认可与应用。然而，试验室中螺旋列板管道抑制模型的设计、制作仍然是一大难题。
[0003]经过对已有技术文献的调研发现，现阶段螺旋列板立管涡激振动抑制模型的制作材料常采用玻璃钢、金属或者聚氯乙稀，如2005年第21期《Journal of Fluids andStructures〉〉杂志中的论文“Experimental investigat1n of vortex-1nduced vibrat1nof long marine risers”(细长海洋立管祸激振动试验研宄)提出了玻璃钢材料制作的外径27mm的抑制管道模型，采用加速度传感器和光栅光纤应变传感器测量结构振动信息。2014 年第 44 期《Applied Ocean Research》杂志中的论文 “Investigat1n on theeffectiveness of helical strakes in suppressing VIV of flexible riser，，(螺方定列板对细长柔性立管涡激振动抑制效果试验研宄)采用聚氯乙烯材质制作了外径18mm抑制管道模型，采用CCD相机测量结构整体运动特性。由于玻璃钢材料的各向异性和聚氯乙烯的蠕变特性，上述抑制管道模型仍存在很多不足，同时测量装置或者改变结构整体完整性(如采用加速度传感器，因其本身结构尺度较大，安装于抑制管上会出现局部凸起)，或者无法精确的测量运动特性(如采用CCD相机，由于水里光的折射以及水体的透明度等问题，测量误差较大)，同时采用金属材质制作抑制管模型，测量时应变传感器或者加速度传感器需直接布置于管体表面，加之大量导线，改变了结构的表面光滑的特性。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的不足，本发明提供一种海洋立管涡激振动抑制试验管道模型及其制作方法，这种模型设计原理简单，能够承受较高流速，能激发高阶模态涡激振动且测量数据真实可靠，制作过程操作方便。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提出的一种海洋立管涡激振动抑制试验管道模型，包括若干条导线和薄壁铜管，所述导线的外径为0.3_，所述导线为7芯导线，所述薄壁铜管的外径为8mm、壁厚为Imm ;自所述薄壁铜管的外表面依次向外的设有相互紧密接触的若干层热塑管、一层硅胶管和呈螺旋线状的硅胶带，所述硅胶带的横断面与试验管道螺旋列板的横断面的形状相同，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，所述导线的两端分别与所述薄壁铜管的一端或两端固定。
[0006]上述海洋立管涡激振动抑制试验管道模型的制作方法，步骤如下:取一外径为8_、壁厚为1_的薄壁铜管，测量试验用管长度，确定各应变采集位置；去除薄壁铜管上位于每片应变采集位置处的表面氧化层，采用半桥法在各应变采集位置处分别粘贴应变片，每个应变片均分别通过接线端子连接导线，每条导线的两端引至薄壁铜管的一端或两端并用薄胶带缠绕固定；在薄壁铜管上紧密地套上若干层热塑管后再紧密的套上一层硅胶管，从而形成具有复合层的裸管；在该裸管的一侧确定螺旋列板的粘接起点，在该起点处围绕裸管表面画一圆周线，根据螺旋列板的螺距和条数，在裸管的外表面上画出螺旋线，按照螺旋线的位置粘贴硅胶带，该所述硅胶带的横断面与试验管道螺旋列板的横断面的形状相同；最后将管体外表面上未粘接硅胶带处的硅胶清理干净。
[0007]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0008]本发明的管道模型有效解决了试验室中进行海洋立管涡激振动及抑制试验时保证试验用管的柔性，最外侧的硅胶管和硅胶条能够保证水接触表面相对光滑平整，硅胶管起到扩大管径的作用，根据需要可以选择不同壁厚的硅胶管，并能起到对内部测量应变片和测量导线的防水绝缘作用；
[0009]本管道模型采取多位置应变采集，能够避免因某一处应变片出现异常导致收集数据不准确的状况，收集数据精确；
[0010]本管道模型能够激发管道高阶模态，能够得到精确地试验结果；
[0011]本管道模型的测量装置仅需采用传统的电阻式应变片，相比于光栅光纤测量系统更简单，造价更低，可靠性也较好。
[0012]本管道模型实用、易加工制作。
【附图说明】
[0013]图1为海洋立管涡激振动抑制试验管道模型的主视图；
[0014]图2为图1所示管道模型的侧视图；
[0015]图3为海洋立管涡激振动抑制试验管道模型的立体分段解剖图。
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