[实用新型]一种水流中钻管运动模拟实验装置

说明书

本实用新型涉及一种水流中钻管运动模拟实验装置，包括钻管、顶部张力施加装置、水流控制测量系统、驱动系统和运动采集系统；水流控制测量系统包括循环水槽和流速计，流速计安装于循环水槽内；驱动系统包括双轴电机；顶部张力施加装置包括绳索、三角圆环结构、吊环结构、配重重物和张力计，绳索的一端连接三角圆环结构、另一端绕过吊环结构后与配重重物连接；钻管下端与循环水槽底部转动连接、上部从循环水槽的盖体穿出后与双轴电机连接，钻管上端与三角圆环结构转动连接，钻管上设有标定点；运动采集系统包括安装于循环水槽中两个高速相机。本实用新型能有效模拟钻管实际所处的复杂海洋环境及受力情况，填补了水流中的钻管运动实验的空缺。

技术领域

本实用新型涉及海洋工程大洋科学钻探技术领域，具体涉及一种无立管钻探的钻管运动模拟实验装置。

背景技术

钻管作为大洋科学钻探船最核心的部分，是实现钻探的关键。在复杂海洋环境中进行无立管钻探时，钻管外部有海流的作用、同时在旋转的驱动下，钻管的运动会变得极其复杂。复杂运动不仅降低了钻探效率，还增加了钻探成本。甚至会导致钻管的应力集中，进而使钻管过早出现疲劳破坏，使得科学钻探无法进行，因此对于无立管钻探时钻管运动的研究尤为重要。

目前对于水流中的钻管运动实验来说，基于属于空白阶段，存在的几个问题增加了实验的难度：其一是设计钻管结构在施加旋转的同时不被破坏；其二是在钻管旋转的情况下如何考虑顶部张力的施加；其三是在钻管旋转的情况下，如何合理处理钻管的底部连接。合理的施加水流，旋转以及顶部张力，准确的模拟和测量钻管的运动，掌握钻管运动的特性对安全高效的科学钻探起重要保证，为第三代科学钻探船的钻管结构设计提供参考。因此，急需设计一种水流中钻管运动模拟实验装置及方法。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的钻管结构设计、顶张力施加以及底部连接设计的困难，提供一种水流中钻管运动模拟实验装置，利用滚珠花键和双螺旋连接键，设计了合理的钻管结构和底部连接形式，通过滚珠花键和设计的三角圆环结构，解决了顶张力的施加问题。

本实用新型为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种水流中钻管运动模拟实验装置，包括钻管、顶部张力施加装置、水流控制测量系统、驱动系统和运动采集系统；

所述水流控制测量系统包括循环水槽和流速计，所述循环水槽壳体内设有水流控制系统，所述流速计安装于循环水槽内，循环水槽上端开口并配置盖体；

所述驱动系统包括双轴电机；

所述顶部张力施加装置设置于所述循环水槽盖体的上方，包括绳索、三角圆环结构、吊环结构、配重重物和张力计，所述绳索的一端连接所述三角圆环结构，绳索的另一端绕过所述吊环结构后与所述配重重物连接，所述张力计安装于所述绳索上；

所述钻管下部位于所述循环水槽内，其下端与循环水槽底部转动连接，钻管上部从循环水槽的盖体穿出后与所述双轴电机连接，钻管上端与所述三角圆环结构转动连接，所述钻管上设有标定点；

所述运动采集系统包括安装于所述循环水槽中的第一高速相机和第二高速相机，所述第一高速相机与第二高速相机成一定角度布置，对钻管上标定点的运动进行追踪。

上述方案中，所述钻管包括位于中部的塑料管，以及分别位于所述塑料管上、下两端的上段钢管与下段钢管，所述塑料管上端与上段钢管之间通过第一双螺旋连接键固定连接，塑料管下端与下段钢管之间通过第二双螺旋连接键固定连接。

上述方案中，所述上段钢管的中部安装所述双轴电机，上段钢管的上端通过第一滚珠花键与所述三角圆环结构实现转动连接，所述下段钢管的下端通过第二滚珠花键与底部固定平板转动连接，所述底部固定平板固定安装于所述循环水槽底部。