[发明专利]一种水槽用复合材料柔性管拉伸涡激振动实验装置

说明书

本发明公开一种水槽用复合材料柔性管拉伸涡激振动实验装置，该实验装置包括电控电液伺服加载机、支撑装置、悬挂固定装置和复合材料柔性管模型，其特征在于，电控电液伺服加载机通过悬挂固定装置与支撑装置连接，悬挂固定装置和复合材料柔性管模型固定连接，复合材料柔性管模型两端均安装一扣压式接头，电控电液伺服加载机的活塞底部安装有轮辐式力传感器，轮辐式力传感器与复合材料柔性管模型顶部扣压式接头相固定连接，复合材料柔性管模型底部固定连接可调节式底座，可调节式底座固定在支撑装置的铝合金板材底座上。实现波浪能到电能的转换，并大幅度节省了维护成本。

技术领域

本发明属于船舶与海洋工程领域，具体涉及一种水槽用复合材料柔性管拉伸涡激振动实验装置。

背景技术

随着全球传统化石能源的消耗量日益增长，陆上与浅海区域的油气田开发已经不能满足人类的需求，因此海洋油气开采逐渐向深海区域发展。海底油气管道作为连接平台和油气集散地的枢纽，成为海洋油气资源开发的生命线，保证管道安全一直是石油天然气行业的主要关注点。海洋立管在受到海流和波浪等影响后，会出现圆柱绕流现象，在立管后方出现尾流漩涡，受漩涡脱落的影响，立管产生涡激振动。涡激振动会导致立管出现疲劳损坏，使用寿命减短，严重时会出现油气泄漏，造成严重的经济损失和生态破坏。

复合材料柔性管是一种新型深海油气工程多用途管，这种新型柔性管是由热塑性聚合物挤出管和多层纤维增强复合材料带缠绕粘结组成，其截面结构从内到外分成四层，分别是内衬层、纤维增强层、功能层和外保护层。通过选择不同的材料组合和截面结构形式，采用同样的设计方法和通用的生产工艺，可以实现产品的定制化生产，以满足油气输送领域不同的应用要求(环境、水深、输送介质、温度、压力等)，可以作为海底管线、立管和跨接管等。

目前，针对海洋立管涡激振动现象的实验研究通常使用有机玻璃管模拟海洋中钢制立管在室内水槽中进行实验，没有针对复合材料柔性管开展的实验研究。海洋立管在海洋油气开采时，作为连接平台与海底油气集散地的枢纽，不仅受到海洋环境荷载的影响，还会受到平台施加的顶张力影响，使立管处于拉伸状态。目前传统室内立管涡激振动实验多采用悬挂砝码给有机玻璃管施加顶张力，这种方法只能控制施加顶张力的大小，并不能控制立管的端部位移大小。由于目前针对复合材料柔性管涡激振动现象的实验研究相对较少、传统立管涡激振动实验装置存在缺点，不能模拟复合材料柔性管拉伸状态下的涡激振动，因此亟待开发一种用于室内水槽模拟复合材料柔性管拉伸状态下涡激振动的实验装置。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种适用室内水槽的复合材料柔性管拉伸状态下涡激振动实验装置，省时省力高质量地完成实验。在进行复合材料柔性管涡激振动实验时，该装置能够精确施加、测量顶张力和端部位移，实现对复合材料柔性管在拉伸状态下横流向、顺流向涡激振动数据的实时监测。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一种水槽用复合材料柔性管拉伸涡激振动实验装置，该实验装置包括电控电液伺服加载机、支撑装置、悬挂固定装置和复合材料柔性管模型；电控电液伺服加载机通过悬挂固定装置与支撑装置连接，悬挂固定装置和复合材料柔性管模型固定连接，复合材料柔性管6模型两端均安装一扣压式接头7，电控电液伺服加载机的活塞9底部安装有轮辐式力传感器8，轮辐式力传感器8与复合材料柔性管6模型顶部扣压式接头7相固定连接，复合材料柔性管6模型底部固定连接可调节式底座12，可调节式底座12固定在支撑装置的铝合金板材底座3上。