[发明专利]倾角均匀来流条件深海张紧式单根立管涡激振动试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的试验装置，具体地说，涉及的是一种倾角均匀来流条件深海张紧式单根立管涡激振动试验装置。

背景技术

随着陆地石油资源日益匮乏，海洋油气资源的开发得到了迅猛发展，深海油气田的开采量在总石油开采量中的比重逐年增加。立管系统是深海石油开采系统中不可缺少的关键部分。立管连接了海底油气田和海上作业平台，使海上作业平台可以进行钻探、导液、导泥等工作。随着油气开采向深海进军，立管的作业水深也越来越大，在深水区域，波浪和海面船体运动对立管造成的损伤逐渐减弱，但海流成为了造成立管损伤的主要因素。海流的作用水深范围很大，当海流经过海洋立管时，立管后缘将产生交替的漩涡脱落，当漩涡脱落频率与立管自振频率相近时，立管的振动将迫使漩涡脱落频率固定在管道自振频率附近，从而发生“锁定”现象。立管的涡激振动和“锁定”现象是导致立管失稳和疲劳破坏的主要因素。立管在实际作业过程中，由于海上作业平台在海面漂浮，经常在海平面上偏离平衡位置，这经常导致立管发生倾斜，即海流与立管之间的角度由90度发成偏转。在倾角来流下立管涡激振动的发生机理及抑制措施需要进一步探究。

目前，学术界对涡激振动的研究更多关注结构轴向与来流垂直的情况，实际的海洋工程中，立管结构轴向与来流并不完全垂直，存在一定倾斜角度。针对这种复杂的情况，有学者提出倾斜柔性圆柱涡激振动的不相关原则，即假定倾斜柔性圆柱涡激振动与来流速度在结构轴向的垂直方向投影分量引起的垂直圆柱情况等价。然而，不相关原则的正确与否至今仍然存在争议。亟需开展系统性研究。模型试验的方法是研究倾角均匀来流条件深海张紧式单根立管涡激振动及其抑制措施的最有效的手段。通过模型试验，可以全面的观测涡激振动现象、来流的倾角对涡激振动的影响机制等。试验结果可用来效验理论和数值模型的正确性，为工程实际提供必要的试验支持。

经对现有的技术文献检索发现，国内外对于倾角均匀来流条件深海张紧式单根立管涡激振动及抑制试验研究非常少，实现倾角来流下涡激振动及抑制试验研究的最大难点在于：如何设计合理的试验装置，模拟立管在倾角来流作用下的涡激振动行为。

发明内容

本发明针对倾角均匀来流条件深海张紧式单根立管涡激振动及其抑制试验研究存在的难点和不足，提供了研究倾角来流下单根立管涡激振动及振动抑制的试验装置，能够模拟有倾角的来流，对深海张紧式单根立管开展试验研究，探究其涡激振动特性及抑制措施，为工程实际提供参考和借鉴。