一种隔水管绕流阻力系数和升力系数的测定装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及隔水管绕流阻力系数和升力系数的测定装置，属于油气田开发技术领域。
【背景技术】
[0002]钝体绕流是流体力学的经典问题之一，1908年，Benard就记录下了水中圆柱背对来流一侧的周期性漩涡脱落。1911年冯.卡门从理论上研究了圆柱绕流产生的两列涡街的稳定性，此后引起了众多学者对绕流问题广泛的关注。隔水管是海洋石油钻井的重要组成部分，作为传输管线广泛用于连接井口、海底管道与浮式结构。在现场使用过程中，波浪、洋流经过隔水管时会产生绕流作用，在隔水管背面出现周期性漩涡，并交替脱落。漩涡的产生和释放过程中产生涡激振动现象，进而对隔水管产生周期性升力和阻力。阻力方向与洋流运动方向相反，大小呈周期性变化;升力方向与洋流方向垂直，大小也呈周期性变化。这两种力的作用，将会使隔水管产生不同程度上的疲劳损坏甚至破裂，对隔水管产生摧毁性破坏现象屡见不鲜。因此，通过实验模拟海洋隔水管的受力，对实际工程的研究具有十分重要的意义。在海洋实际工况下，洋流速度为0-1.5m/s，隔水管直径大多在0.5-lm左右，可知隔水管所处水下环境雷诺数Re3 = O-1.5 X 106。在实验装置的设计中，考虑到实验装置、场地大小及操作难易程度，将直径在Im左右的圆柱等比例缩小，圆环水槽两壁面间距与圆柱试件直径之比为40，可忽略壁面边界流动对试件带来的影响。要求实验中流体流经隔水管模型的流动特性必须和实际情况相近;研究表明当圆柱长径比L/D>6时，能很好反应整个流场。模型缩小的理论依据为:雷诺数相似准则。不可压缩流体动力学控制方程的无因次方程表明，只要控制方程中的雷诺数相同，无论任何牛顿流体，其流动形式是完全一样的。因此，保证在实验和实际工况下雷洛数Re相近时，将隔水管模型缩小是合理的。
[0003]目前用于模拟隔水管升力、阻力的实验装置申请专利有:一种深水立管的时域涡激升力确定方法(申请号201110291358.0)、用于粧柱绕流试验的作用力测量装置(申请号201210160094.X)、隔水管阻力系数的实验与研究(方华灿，石油矿场机械)等。上述成果在一定程度上实现了现在隔水管阻力系数实验，但仍存在以下问题:1.模拟水洞对实验隔水管进行水力绕流测试，但并未进行升力测试，实验数据对现场生产作用有限;2.模拟产生水洞如果要制造出符合现场状态的水流情况，需要较大的空间和大功率水栗，增大实验难度，增加实验成本。
【实用新型内容】
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种隔水管绕流阻力系数和升力系数的测定装置，本装置改变传统的水洞模型实验装置的工作方式，让水体保持静止，隔水管保持运动，从而能完成更多实验数据采集，同时达到节约空间和减少动力装置的目的。
[0005]本实用新型是通过下述技术方案来实现的:
[0006]一种隔水管绕流阻力系数和升力系数的测定装置，包括转动机构、实验机构、控制系统和圆环形水槽;所述转动机构包括支撑板、变频电机、电机支座、联轴器、轴承支座、轴承、转轴;所述实验机构包括连杆、传感器接头一、测阻力传感器、传感器接头二、测升力传感器、试件夹具、紧定螺钉、圆柱试件;所述圆环形水槽为内外两层环形铁板构成的水槽，支撑板通过地脚螺栓安装固定在圆环形水槽中部，保持转动机构中心位于圆环形水槽的圆心并与水平面保持垂直;变频电机通过螺栓固定在电机支座下部；电机支座和轴承支座用螺栓分别固定在支撑板上部;轴承安装于轴承支座中，转轴下部与轴承和联轴器连接，连杆一端与转轴上部垂直连接，连杆保持水平;连杆另一端依次连接传感器接头一和测阻力传感器，阻力传感器保持水平;升力传感器上端通过传感器接头二固定安装在测阻力传感器末端，升力传感器垂直于水平面;试件夹具与传感器接头二用螺栓连接，圆柱试件与试件夹具用紧定螺钉连接，圆柱试件垂直于水平面。
[0007]优选的，所述转轴下部为直径不同的两段，分别与轴承和联轴器连接，连接方式均为过渡配合。
[0008]优选的，所述连杆与转轴上部采用热装方式安装，将转轴加热到安装孔能放入连杆后，冷却至连杆安装紧固。
[0009]优选的，所述阻力传感器用于测量试件运动时所受阻力Fd，升力传感器用于测量圆柱试件运动时受到的升力Fu
[0010]优选的，所述转动机构上设有无线接收装置，接收操作信号，并操作变频电机启停和转速。
[0011]优选的，所述实验机构上设有无线发送装置，发送阻力传感器和升力传感器所检测到的数据。
[0012]优选的，所述圆柱试件有多个类型，各类型直径不同，根据实验需求，选择安装对应直径的圆柱试件进行实验;在同一直径的情况下，选择不同表面织构，如光滑表面，凹坑表面，凹槽表面的圆柱试件进行对比实验。
[0013]优选的，所述装置旋转半径与圆柱试件半径相比极大，圆柱试件沿着圆周方向的转动近似直线运动。
[0014]本实用新型还提供一种烟叶复烤智能化自动摆把装置的工作方法，步骤如下:
[0015]I)初始状态下，安装好所选类型的圆柱试件，向圆环形水槽中灌入清水或配制出的海水，水深控制到圆柱试件上端，保持水面平静；
[0016]2)启动装置，系统开始自检，自检完成后，设定变频电机转速，开启变频电机；
[0017]3)转动机构带动实验机构开始转动，并达到匀速圆周运动；
[0018]4)阻力传感器和升力传感器检测实验过程中的阻力和升力，通过无线发送装置传送到控制系统中保存并进行转换，从而得到不同雷诺数下阻力系数Cd和升力系数&的大小；
[0019]5)本组数据测试完毕后，改变频率重复上述步骤，得到不同雷诺数下阻力和升力系数；
[0020]6)实验结束后，关闭设备并排出圆环形水槽中的水，清理实验装置。
[0021 ]本实用新型的优点在于:
[0022]1.本实用新型改变传统水洞实验装置的水体流动、试件静止的模式，让水体静止、试件运动，利用水体与试件的相对运动完成实验，在保证实验效果的同时，简化了实验装置，极大的提高了实验的可操作性。
[0023]2.装置采用变频电机提供动力，能输出不同的转速来调节雷诺数。
[0024]3.各部分采用分离式设计，通过螺栓连接，易于拆卸和安装。
[0025]4.实验利用单向传感器测力，测量数据精准。
【附图说明】
[0026]图1是本实用新型的结构不意图；
[0027]图2是本实用新型的主体部分结构示意图；
[0028]图3是本实用新型的结构不意图俯视图。
[0029]图中所示:1_支撑板、2-变频电机、3-电机支座、4-联轴器、5-轴承支座、6-轴承、7-转轴、8-连杆、9-传感器接头、10-测阻力传感器、11-传感器接头、12-测升力传感器、13-试件夹具、14-紧定螺钉、15-圆柱试件、16-圆环形水槽。
【具体实施方式】
[0030]下面结合说明书附图和实施例对本实用新型做详细的说明，但不限于此。
[0031]如图1?图3所示，一种隔水管绕流阻力系数和升力系数的测定装置，包括转动机构，实验机构、控制系统和圆环形水槽16 ；所述转动机构包括支撑板1、变频电机2、电机支座
3、联轴器4、轴承支座5、轴承6、转轴7，转动机构上设有无线接收装置，接收操作信号，并操作变频电机启停和转速;所述实验机构包括连杆8、传感器