[实用新型]一种模拟柔性管线冲刷和涡激振动的实验装置

说明书

本实用新型为一种模拟柔性管线冲刷和涡激振动的实验装置，包括循环水槽、支撑架、管线模型、万向节、水槽壁、高速摄像机、激光位移传感器、光纤光栅应变传感器、测针、导流板、张力计、砝码、动轨、滑轮、吊梁、多波束测深仪、超声流速仪ADV、滑轨、定轨；在管线模型底部安装多个测针，在管线模型表面沿轴向方向等间隔确定应变测点，每个应变测点在循环水槽内水流方向上设置左、右两个光纤光栅应变传感器，两个光纤光栅应变传感器左、右对称布置在管线模型的水平外表面；滑轨的一端与管线模型相连，另一端与钢丝绳连接，滑轨能相对支座前后滑动。能够实现对柔性管线冲刷扩展和涡激振动耦合作用的研究。

技术领域

本实用新型涉及海洋、石油、天然气工程技术领域，具体涉及一种模拟柔性管线冲刷和涡激振动的实验装置。

背景技术

海底管线是海洋、石油、天然气等运输的生命线，因其具有安全快捷、经济可靠及能够连续密闭输送等优点而得到广泛应用。但是海底管线长时间暴露在恶劣的海洋环境中，承受着复杂的工作负荷、环境负荷和意外风险负荷，失效概率高。一旦发生失效，难以迅速更换或维修，不仅会造成巨大的经济损失，而且将导致严重的海洋环境污染，造成严重的经济损失。铺设在海底的管线在波浪和海流的作用下极易发生局部冲刷，致使海底管线发生悬空，出现悬跨段。在交变流体作用下，悬空的海底管线发生涡激振动，造成结构的疲劳损伤，极端情况下容易发生破坏失效。近年来我国发生的海底管线因冲刷和涡激振动导致的海底管线事故有很多。例如，2009年5月，埕岛油田CB25A至CB25B海底管道因悬空发生断裂。因此，开展海底柔性管线的冲刷扩展和涡激振动研究，对于人类开展海洋工程建设和灾害防治有重要实践意义。

目前，管线局部冲刷和涡激振动是作为相互独立的问题开展研究的，不能很好地反映二者之间的耦合作用和海洋环境的实际情况。沙勇等人(沙勇,王永学,王国玉,et al.冲蚀地形上悬跨海底管线涡激振动试验研究[J].应用力学学报,2009,26(2):308-311.)在波流水槽中采用玻璃钢管模型，对在混凝土抹制的冲蚀地形上悬跨管线的涡激振动进行研究，使用防水应变片测量管线在振动过程中的应变。管线在混凝土冲蚀地形上和在真实的砂土上受到水流的作用不一样。张靖等人(张靖,拾兵,赵恩金,et al.复杂波浪条件下海底管线冲刷深度实验研究[J].水动力学研究与进展A辑,2015,30(2):123-128.)在波浪水池中研究了PVC圆管在复杂波浪下的冲刷，用智能水位测针结合界面仪对冲刷后的地形测量。由于管线的阻挡，使管线下方的冲刷地形测量不精确。目前对海底管线的实验大部分是集中在单独研究管线的冲刷扩展和涡激振动的问题。但从实际条件看，海底管线破坏并非单一作用，而是受冲刷和涡激振动耦合作用的影响。因此，对于研究柔性管线冲刷扩展和涡激振动耦合的实验装置的研究是十分必要的。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种模拟柔性管线冲刷和涡激振动的实验装置，能够实现对柔性管线局部冲刷扩展和涡激振动耦合作用研究。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种模拟柔性管线冲刷和涡激振动的实验装置，包括循环水槽、支撑架、管线模型，其特征在于，该装置还包括万向节、水槽壁、高速摄像机、激光位移传感器、光纤光栅应变传感器、测针、导流板、张力计、砝码、动轨、滑轮、吊梁、多波束测深仪、超声流速仪ADV、滑轨、定轨；

在循环水槽的两侧外部对称布置四个等高度的垂直支撑架，四个垂直支撑架下端与地面连接固定；四个支撑架的高度高于循环水槽，在四个支撑架的上部放置固定定轨的安装平台，将定轨沿循环水槽宽度方向放置并固定于安装平台上；将动轨与定轨相连接，动轨垂直于定轨安装，动轨和定轨上都安装有滑块，动轨在定轨上匀速往复移动，动轨上的多波束测深仪能实现前后、左右两个方向的移动；所述吊梁两端分别固定在安装平台上，且吊梁与动轨垂直不接触，吊梁位于动轨上方；管线模型沿循环水槽宽度方向置于循环水槽内；