[实用新型]一种海底管道均匀流涡激振动模拟试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种海洋工程技术领域的装置，特别是关于一种横置于拖曳水池中的海底管道模型在均匀流下的涡激振动模拟试验装置。

背景技术

如果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。例如在海流的作用下，悬置于海洋中的海洋平台立管、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。

由于海洋油气开采向深水推进，深水环境中的立管可视为细长柔性结构，小变形理论不再适用，这使得立管的涡激振动问题更加突出。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。试验中模拟的现象更加接近于自然界中的真实情况，采用先进的试验装置可以保证试验数据的可靠性。通过模型试验的方法可以设计出更好的抑制海洋立管涡激振动的抑振装置。

经过对现有技术的检索发现，目前的涡激振动试验装置一般在拖曳海洋工程深水池中进行，有的在环形水槽中进行，有的用拖船拖动立管进行涡激振动试验。经对现有技术文献进行检索发现，在第14届国际近海与极地工程会议“Proceedings of the Fourteen(2004)International Offshore and PolarEngineering Conference”中的论文“Laboratory Investigation of Long RiserVIV 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匀流场。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，难以有效的进行实雷诺数下的涡激振动试验。2、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；3、不能真实地模拟海底管道所处的凹凸不平的地势环境。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种海底管道均匀流涡激振动模拟试验装置，该装置将海底管道模型横置于拖曳水池中，进行涡激振动模拟，能够模拟真实海底条件和实际尺寸海底管道，测试时间更长。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种海底管道均匀流涡激振动模拟试验装置，其特征在于：它包括设置在拖曳水池内的模拟假底，所述模拟假底的两端分别滑动穿设有立柱，两所述立柱的顶端共同连接设置在所述拖曳水池上方的拖车，两所述立柱的中下部分别设置有一端部支撑结构，两所述端部支撑结构分别连接一海底管道模型的对应轴端；所述拖曳水池内设置有测量分析系统。

所述模拟假底包括水平钢板，所述水平钢板的中部设置有一凸起铁架，所述凸起铁架上，与所述海底管道模型的接触处包裹保护橡胶，两所述立柱滑动穿设在所述水平钢板上。

每一所述立柱均包括上、下两段，每一段的形状为空心圆柱筒形，所述立柱的上、下两段之间通过法兰盘连接。

每一所述端部支撑结构包括设置在所述海底管道模型相应端部的连接套筒，所述连接套筒通过万向节连接海底管道固定接头，所述海底管道固定接头固定在一竖直支撑板上，所述竖直支撑板焊接在水平支撑板底部，所述水平支撑板设置在所述立柱上。

所述水平支撑板上设置有若干螺栓孔，各所述螺栓孔与所述立柱的上、下分段连接处的所述法兰盘的螺栓孔配合，通过螺栓使所述水平支撑板和所述立柱的上、下分段紧固连接。

所述测量分析系统包括设置在所述立柱下部和所述拖车尾部的水下摄像设备；轴向均匀设置在所述海底管道模型上的若干光栅应变传感器；设置在所述拖曳水池的拖车控制室内的光纤数据采集系统、录像采集系统、无线信号接收器及计算机设备，所述计算机内预置有数据分析软件。