[发明专利]均匀流作用下隔水管-井口耦合系统动力响应试验装置

说明书

本发明提供一种模拟均匀流作用下隔水管井口耦合系统动力响应的试验装置，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带动模拟隔水管模型在均匀流中的运动；通过顶部运动模块的轨道精准定位安装位置，保证立管无缝连接；通过张紧器模块和顶部运动模块的竖直导轨实现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，利用水动力学分析软件进行数据处理，得到均匀流下立管的涡激振动响应特性，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作用下隔水管-井口耦合系统动力响应试验装置。

根据本发明提供的一种均匀流作用下隔水管-井口耦合系统动力响应试验装置，包括顶部运动模块、张紧器模块、隔水管模块、导管土壤模拟模块、底部运动模块；

顶部运动模块能够在水平向和垂直向的两自由度方向运动，顶部运动模块的垂直下方连接张紧器模块，张紧器模块的垂直下方连接隔水管模块，隔水管模块的下方连接导管土壤模拟模块，导管土壤模拟模块的垂直下方连接底部运动模块；

张紧器模块能够为隔水管模块提供预张力，隔水管模块、张紧器模块、导管土壤模拟模块通过顶部运动模块和底部运动模块的带动，能够模拟隔水管-井口耦合系统在均匀流场中的动力响应。

优选地，所述的均匀流作用下隔水管-井口耦合系统动力响应试验装置，还包括测量分析模块；

所述测量分析模块与隔水管模块相连，能够检测隔水管模块的运动数据。

优选地，所述隔水管模块包括隔水管端部固定模块、隔水管模型；

隔水管模型的上端、下端分别连接一个隔水管端部固定模块，以固定隔水管模型；

隔水管模型的上端连接的一个隔水管端部固定模块与张紧器模块相连，隔水管模型的下端连接的一个隔水管端部固定模块与导管土壤模拟模块相连。

优选地，所述顶部运动模块包括数控水平运动导轨、数控竖直运动导轨；

数控竖直运动导轨上设置有跟随导链运动的第一滑块，通过调节第一滑块的位置，能够精准调节预张力模块的预张力；

数控水平运动导轨上设置有第二滑块，所述第二滑块与数控竖直运动导轨相连接。

优选地，所述张紧器模块包括压缩弹簧、滑动立柱、稳定杆、上夹板、下夹板；

下夹板通过连接件与数控竖直运动导轨相连接，下夹板上设置有第一通孔，滑动立柱的一端与上夹板连接，滑动立柱的另一端从所述第一通孔穿出；