[发明专利]均匀流及平台运动下隔水管井口系统动力响应试验装置

说明书

本发明提供一种均匀流及平台运动下隔水管井口系统动力响应试验装置，包含顶部运动模块、张紧器模块、隔水管端部固定模块、隔水管模型、导管和土壤模拟模块、底部运动模块以及测量分析模块。通过顶部运动模块与底部运动模块的水平导轨带动模拟均匀流运动；通过顶部运动模块的竖直导轨运动模拟平台运动；通过张紧器模块和顶部运动模块的竖直导轨实现对实验自变量的精细调节和准确测量；通过测量分析模块得到立管的应变数据，得到均匀流和平台运动共同作用下立管的涡激振动响应特性。本发明结构轻便，易于拆装，实验过程中预张力调节方便，测量数据精准，能够真实模拟均匀流和平台运动共同作用下的隔水管井口耦合系统的涡激振动响应。

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体是一种模拟均匀流和平台运动共同作用下，隔水管-井口耦合系统的动力响应特性的实验装置。

背景技术

随着人类对海洋资源开发的日益深入，海洋工程逐步向深水推进，尤其以隔水管为代表的海洋结构物的动力响应问题重新受到人们的关注。隔水管是海洋钻井平台上用以隔离海水、支撑各种管线的部件，有着复杂的几何结构，同时每一部分都有着不同的物理参数。考虑到顶部平台的运动、背景洋流、涡激振动(VIV)以及立管与泥土的相互作用等因素，隔水管在现实的海洋环境中的动力响应特征将会非常复杂。此外，隔水管受到顶管运动所引起的大幅度凹陷弯曲，将使间歇性的涡激振动更容易被触发。

关于隔水管系统，已经有很多试验方面的研究，但是目前的实验装置普遍存在以下不足：(1)由于实验装置的复杂性，通常仅仅研究平台运动和背景洋流的影响，很少考虑泥土的作用(2)工况相对实际情况而言十分单一，不能较好地对实际情况中的工作立管的涡激振动进行精准预测；(3)立管应变测量误差较大导致后续运算出现较大偏差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种均匀流及平台运动下隔水管井口系统动力响应试验装置。

根据本发明提供的一种均匀流及平台运动下隔水管井口系统动力响应试验装置，包括顶部运动模块、张紧器模块、隔水管端部固定模块、隔水管模型、导管土壤模拟模块、底部运动模块、测量分析模块；隔水管模型上部通过隔水管端部固定模块与张紧器模块相连接，隔水管模型下部通过隔水管端部固定模块与导管土壤模拟模块相连接；隔水管模型、张紧器模块、导管土壤模拟模块受顶部运动模块、底部运动模块驱使运动，模拟隔水管-井口耦合系统在均匀流场和平台运动下的动力响应；测量分析模块分别与所述隔水管模型、顶部运动模块、底部运动模块以及隔水管端部固定模块相连并接收检测数据。

优选地，顶部运动模块包括数控水平运动导轨和数控竖直运动导轨，数控水平运动导轨和数控竖直运动导轨上分别设置有滑块，数控水平运动导轨、数控竖直运动导轨结合所述滑块能够模拟平台升沉运动和均匀流的共同作用。

优选地，所述张紧器模块包括内套筒、外套筒和压缩弹簧；压缩弹簧套在内套筒上，内套筒的上部通过连接件与顶部运动模块相连，内套筒的下部被压缩弹簧压缩并置于外套筒中；外套筒的下部与隔水管端部固定模块相连；内套筒与外套筒的相对位置能够调节。

优选地，隔水管端部固定模块包括万向节和隔水管夹具；万向节使隔水管模型能在空间内转动，但不能沿隔水管模型的轴向扭转；隔水管夹具将隔水管模型夹紧后通过螺丝与三分力仪相连。

优选地，隔水管模型是复合管材，从外到内依次是热缩管、PVC管及铜芯电缆。

优选地，导管土壤模拟模块包括导管模拟和土壤模拟；导管模拟通过导管模型实现，土壤模拟通过四个方向上的拉伸弹簧实现；导管的上部设置有重物块，所述重物块能够模拟防喷器装置，重物块的上端连接第一万向节，导管模型的下端通过第二万向节与底部十字支架连接；拉伸弹簧的末端与单分力仪钩挂，单分力仪通过标准螺丝固定在底部十字支架上。

优选地，底部运动模块包括底部水平导轨和小假底；小假底通过一个或多个连接压块与底部水平导轨连接，小假底放置在水池底部，保证实验装置的整体稳定。