[发明专利]一种海洋脐带缆涡激振动试验装置及方法

说明书

本发明属于流体力学研究技术领域，涉及流体力学试验的装置及方法。一种海洋脐带缆涡激振动试验装置，包括：顶张力施加系统和固定系统；所述固定系统包括支架；在所述支架上设有角度及高度调整装置，所述顶张力施加系统安装在所述的角度及高度调整装置上。本发明的装置及方法，具有的有益效果是：可以实现不同倾斜角度的脐带缆涡激振动试验；固定系统对流场不产生影响，保证了施加流场的准确性；张力施加更准确、更稳定，避免模型顶部运动使实验数据失真。

技术领域

本发明属于流体力学研究技术领域，涉及流体力学试验的装置及方法。

背景技术

脐带缆作为海洋油气资源开发重要的附属连接系统，为水下生产系统提供电缆电力、光纤信号及介质传输。海洋脐带缆处于非常复杂恶劣的环境中，由于脐带缆本身的大长细比特性和没有中间支撑的特点，在一定的海流作用下脐带缆两侧周期性脱落的漩涡产生周期性的作用力，使脐带缆横流向和顺流向产生涡激振动，从而使得脐带缆容易发生疲劳破坏，进而导致脐带缆内部光纤发生破坏，导致通信中断，严重威胁整个油气的安全生产，造成巨大的经济损失。

现有技术中，发明专利CN208937285U公开了一种海洋脐带缆涡激振动试验装置。该试验装置虽然能够准确地施加以及读取顶张力的数值，但是该装置只能适用于竖直方向管缆，无法模拟真实工况下的海洋管缆与来流方向夹角对涡激振动的影响。除此之外，该试验装置通施加顶张力的砝码盘、砝码、尼龙绳处于悬空状态，顶张力施加过程中极易受到外界环境干扰，顶张力施加过程对环境要求较高。

脐带缆有粘结和非粘结两种形式。对于非粘结脐带缆的数值研究和试验研究都有一定的难度。目前，对于脐带缆的整体分析一般通过数值模拟的方法将非粘结脐带缆简化成粘结型的，未考虑内部摩擦的影响，并且实际工程中结构轴向与来流并不完全垂直，对于海洋管缆与来流方向夹角对涡激振动的影响尚不是很明确。因此，对于非粘结脐带缆和粘结脐带缆的试验模拟以及对倾斜柔性圆柱体涡激振动研究具有重要的意义。在试验模拟的过程中需要对特定边界连接方式下的脐带缆模型精确施加不同的预张力以进行不同方面的研究。

发明内容

为了解决现有技术中脐带缆涡激振动试验研究中存在的问题，本发明提供一种海洋脐带缆涡激振动试验装置及方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案为：一种海洋脐带缆涡激振动试验装置，包括：顶张力施加系统和固定系统；所述固定系统包括支架；在所述支架上设有角度及高度调整装置，所述顶张力施加系统安装在所述的角度及高度调整装置上。

所述的角度及高度调整装置包括底座平台、顶层平台、至少一层角度调整平台，及连接顶层平台和角度调整平台的支腿，所述支腿固定在所述支架上，并通过所述支架上开设的竖直排列的若干固定孔调整其高度；所述的角度调整平台的中部设有一段向下弯曲的圆弧，所述圆弧上设有若干角度调节孔。

所述的顶张力施加系统包括张力绞盘、与张力绞盘连接的钢丝绳、固定在所述顶层平台上方的定滑轮及下方的限位滑轮、长螺杆；所述钢丝绳绕过所述的定滑轮、穿过所述的限位滑轮，与穿过所述角度调节孔的长螺杆连接；所述长螺杆通过螺母与所述角度调整平台的两侧固定。

所述圆弧以所述限位滑轮的中心为圆心，以限位滑轮中心与角度调整平台的距离为半径。

所述角度调节孔以圆心所在竖直轴线为轴左右对称分布在所述圆弧上。

所述角度调节孔与圆心的连线和竖直轴线的夹角为0-45°。

所述的角度及高度调整装置还包括底座平台，所述底座平台设有滑槽，滑槽内安装螺栓。

本发明还提供一种海洋脐带缆涡激振动试验方法，包括：

根据试验所需脐带缆模型倾斜角度将长螺杆穿过相应的角度调节孔；

将脐带缆模型底端通过万向铰与底座平台的螺栓拧紧固定，