专利名称：剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及海洋工程技术领域的装置，具体地涉及一种剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置。
背景技术：
根据流体力学，将柱状结构物置于一定速度的来流当中，其两侧会发生交替泻涡。 与漩涡的生成和泻放相关联，柱体会受到横向和流向的脉动压力。如果此时柱体是弹性支撑的，那么脉动流体力会引发柱体的振动，柱体的振动反过来又会改变其尾流结构。这种流体结构物相互作用的问题称为涡激振动。例如在海流或海洋平台运动的作用下，悬置于海中的海洋平台立管、拖缆、海底管线、spar平台的浮筒、系泊缆索等柔性管件上会出现涡激振动现象，将会导致柔性管件的疲劳破坏。由于海洋油气开采向深水推进，深水环境中的立管可视为细长柔性结构，小变形理论不再适用，这使得立管的涡激振动问题更加突出。目前为止，对柔性管件涡激振动现象的研究最重要的方法之一就是模型测试方法。测试中模拟的现象更加接近于自然界中的真实情况，采用先进的测试装置可以保证测试数据的可靠性。通过模型测试的方法可以设计出更好的抑制海洋立管涡激振动的抑振装置。经过对现有技术的检索发现，目前的涡激振动测试装置一般在拖曳海洋工程深水池中进行，有的在环形水槽中进行，有的用拖船拖动立管进行涡激振动测试。在第14届国
IMXfM^il "Proceedings of the Fourteen (2004) International Offshore and Polar Engineering Conference，，中白勺论文“Laboratory Investigation of Long Riser VIV Response”(长立管涡激振动响应的测试研究)是关于柔性管件涡激振动测试研究的，文中提到了一种柔性管件涡激振动模型测试技术，把柔性立管横置于拖曳水池中， 拖车拖动立管模型产生均勻流场。用布置在立管内部的加速度传感器来测量立管的运动， 在立管壁内布置光栅测量立管壁内的应变量。经分析，该测试技术的不足之处在于1. 一般只能模拟小尺度管件的涡激振动，难以有效的进行实雷诺数下的涡激振动测试。2.受拖曳海洋工程深水池长度的限制，所得到的测试段距离较小，测得的测试数据较少。3. —般只能模拟均勻流场中立管的涡激振动，不能模拟阶梯流场中立管的涡激振动。4.不能进行强迫振荡试验。5.不能模拟海洋平台运动，从而研究海洋平台运动对立管涡激振动的影响。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置，能够模拟实际尺寸立管、不同流剖面剪切流场、海洋平台运动，且可以长时间置于海洋工程深水池中进行柔性立管模型的涡激振动旋转测试。根据本发明的一个方面，提供一种剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置，包括立管模型机构、测量分析系统平台模块、驱动模块、顶部悬臂模块、圆筒轴分段模块、底部立管固定模块、底部支撑模块以及振荡模块，其中，所述立管模型机构固定设置于所述振荡模块和所述底部立管固定模块之间，所述振荡模块固定于所述顶部悬臂模块上，所述圆筒轴分段模块垂直置于海洋工程深水池中并分别与所述底部支撑模块、驱动模块和顶部悬臂模块垂直连接，所述底部支撑模块用于固定设置于海洋工程深水池的升降底上，所述驱动模块分别与圆筒轴分段模块和顶部悬臂模块相连接并输出动力，所述顶部悬臂模块的左右两端分别与圆筒轴分段模块相连，所述立管模型机构包括立管模型，所述测量分析系统平台模块分别与所述立管模型机构的立管模型、顶部悬臂模块以及底部立管固定模块相连并接收检测数据，所述底部立管固定模块包括连接法兰盘、底部固定圆筒轴、以及第一支架部件，其中，所述第一支架部件与所述底部固定圆筒轴以及立管模型相连接，所述底部固定圆筒轴上部通过所述连接法兰盘与所述圆筒轴分段模块连接，下部通过所述底部支撑法兰盘与所述底部支撑模块连接，所述连接法兰盘安装于所述底部固定圆筒轴的上端位置并与所述圆筒轴分段模块相连接。优选地，所述第一支架部件包括圆板桁架、以及支撑圆板，其中，所述支撑圆板的一端与所述底部固定圆筒轴相连接，另一端与所述立管模型的下端相连接所述圆板桁架安装于所述支撑圆板的下方位置并与所述底部固定圆筒轴相连接。优选地，所述第一支架部件包括矩形钢桁架、以及矩形支撑板，其中，所述矩形支撑板的一端与所述底部固定圆筒轴相连接，另一端与所述立管模型的下端相连接，所述矩形钢桁架安装于所述矩形支撑板的下方位置并与所述底部固定圆筒轴相连接。优选地，所述第一支架部件包括立管底部固定端，所述底部固定圆筒轴包括底部固定圆筒轴上开口、以及底部固定圆筒轴下开口，所述立管模型通过所述立管底部固定端穿过所述底部固定圆筒轴上开口和所述底部固定圆筒轴下开口固定在所述底部固定圆筒轴内部。优选地，所述立管模型机构包括连接板、缓冲弹簧、直线轴承、滑动轴、三分力传感器、万向节、立管固定接头、驱动伺服电机、轨道、滑块、立管固定座，其中，在所述立管模型底端和顶端各设一个所述万向节和立管固定接头，所述三分力传感器只在所述立管模型的顶端设置，所述立管模型顶端通过两个销子与所述立管固定接头连接，所述立管固定接头另一端连接在所述万向节上，所述万向节另一端固定在所述三分力传感器上，所述三分力传感器使用高强度螺丝固定在所述立管固定座上，所述立管固定座与所述滑块固定连接， 通过控制所述驱动伺服电机使所述滑块沿着所述轨道滑动。所述立管模型底端依次连接所述立管固定接头、万向节和三分力传感器，然后与所述滑动轴连接，所述滑动轴插入到所述直线轴承内，所述直线轴承固定在连接板上，所述连接板连接直线轴承和底部立管固定模块，所述连接板在所述底部立管固定模块上的位置能够调节，所述立管模型的单位长度质量与其单位长度排开水的质量之比为1:1。优选地，所述驱动模块包括变速齿轮箱、伺服驱动电机、传递齿轮、驱动轴、可调节支撑底座、驱动齿轮以及齿轮传动机构，其中，所述伺服驱动电机与所述变速齿轮箱相连接，所述变速齿轮箱与所述驱动轴相连接，所述驱动轴与所述驱动齿轮相连接，所述伺服驱动电机、变速齿轮箱、驱动齿轮、驱动轴分别固定设置于所述可调节支撑底座，实现封装，所述齿轮传动机构连接所述变速齿轮箱，所述可调节支撑底座用于安装于海洋工程深水池拖车的钢架上，所述变速齿轮箱的减速比为40 :1，所述齿轮传动机构的减速比为7。优选地，所述顶部悬臂模块包括斜拉锁、悬臂、桁架、顶部悬臂圆筒轴、以及数据线，其中，所述悬臂上部通过所述斜拉锁和所述顶部悬臂圆筒轴相连接，所述斜拉锁为所述悬臂提供预应力，所述悬臂下部通过所述桁架和所述顶部悬臂圆筒轴相连接。所述悬臂的末端与所述振荡模块中的钢架连接，所述数据线通过试件的末端和所述悬臂进入所述圆筒轴，然后通过所述顶部悬臂圆筒轴向上连接到所述测量分析系统平台模块，所述顶部悬臂模块上部通过连接法兰与所述驱动模块或者圆筒轴分段模块相连，下部通过连接法兰与所述圆筒轴分段模块相连，所述悬臂采用预应力矩形钢桁架结构，所述桁架分段间通过所述连接板连接。优选地，所述底部支撑模块包括底部支撑法兰盘、底部固定轴承、底部固定轴和底部基座，其中，所述底部固定轴上端通过所述底部支撑法兰盘与所述圆筒轴分段模块或所述底部立管固定模块连接，下端整体插入到所述底部固定轴承，所述底部固定轴承焊接在所述底部基座上，所述底部基座通过高强度螺丝与水池升降底连接，所述圆筒轴分段模块包括若干段由连接法兰固定相连的圆筒轴分段机构，每个圆筒轴分段机构的两个端部均环形布置有螺栓孔，圆筒轴分段机构与海洋工程深水池的升降底相垂直。优选地，所述振荡模块包括支持钢架、水平振荡轨道、水平振荡滑块、垂直振荡轨道、垂直振荡滑块、端部支撑机构、支持架轨道和振荡电机，其中，所述立管模型机构中的顶端固定装置与所述端部支撑机构连接，所述支持架轨道连接在所述水平振荡滑块下面能够在水平方向振荡，所述垂直振荡轨道连接在所述支持架轨道下，能够随着所述水平振荡滑块运动，所述水平振荡滑块连接在所述水平振荡轨道上，能够在所述水平振荡轨道上往复运动，所述水平振荡轨道固定在所述顶部悬臂模块上，6个所述振荡电机分为三组，分别对称安装在所述水平振荡轨道、垂直振荡轨道和支持架轨道上，用于控制各滑块沿轨道运动。优选地，所述测量分析系统平台模块包括测量单元、水下录像单元、计算单元以及无线传输单元，其中，所述计算单元用于设置于海洋工程深水池的拖车的机房内并与所述无线传输单元相连接以传输所述水下录像单元和测量单元输出的无线测量信号，所述计算单元用于实时地对接收到的无线测量信号进行存储和处理。与现有技术相比，本发明的优点包括
1.本发明可以实现立管在不同流剖面的剪切来流作用下的涡激振动测试；
2.其旋转装置可以大大延长测试时间，增加了测试数据的准确性；
3.本发明可以充分利用海洋工程深水池的深度模拟大型管件的实雷诺数涡激振动；
4.本发明采用模块化设计，优点在于便于安装，便于升级与更改，并满足不同的功能要
求；
5.本发明能够更加真实的模拟海洋真实环境的流场，比以往在拖曳水池以及拖船上测试有显著的进步；
6.本发明能够模拟立管顶部海洋平台运动，进行更为真实的涡激振动测试；
7.本发明的振荡模块能以一定频率和振幅进行强迫振荡。
图1是本发明的整体结构示意图； 图2是驱动模块的结构正视图3是驱动模块结构示意图；图4是顶部悬臂模块的结构示意图5是顶部悬臂模块中悬臂结构的示意图6是底部支撑模块的结构示意图7是立管模型机构中底部固定端的侧视图8是立管模立管模型机构中底部固定端的仰视图9是立管模型机构中顶部固定端的结构示意图10是立管模型机构结构示意图11是本发明的一个优选例的底部支撑模块的结构示意图； 图12是振荡模块的结构示意图； 图13是振荡电机的结构示意图14是本发明的另一个优选例的底部支撑模块的结构示意图； 图15是本发明的又一个优选例的底部支撑模块的结构示意图； 图16为另一个优选例的整体结构示意图； 图17为又一个优选例的整体示意图。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明作详细说明，各实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施的，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。在本发明的一个实施例中，所述剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置包括立管模型机构1、测量分析系统平台模块2、驱动模块3、顶部悬臂模块4、圆筒轴分段模块5、底部立管固定模块6、底部支撑模块7以及振荡模块8，其中，所述立管模型机构1固定设置于所述振荡模块8和所述底部立管固定模块6之间，所述振荡模块8固定于所述顶部悬臂模块4上，所述圆筒轴分段模块5垂直置于海洋工程深水池中并分别与所述底部支撑模块7、驱动模块3和顶部悬臂模块4垂直连接，所述底部支撑模块7用于固定设置于海洋工程深水池的升降底9上，所述驱动模块3分别与圆筒轴分段模块5和顶部悬臂模块4相连接并输出动力，所述顶部悬臂模块4的左右两端分别与圆筒轴分段模块5相连， 所述立管模型机构1包括立管模型38，所述测量分析系统平台模块2分别与所述立管模型机构1的立管模型38、顶部悬臂模块4以及底部立管固定模块6相连并接收检测数据。所述测量分析系统平台模块2包括测量单元、水下录像单元、计算单元以及无线传输单元，其中，所述计算单元设置于海洋工程深水池的拖车10的机房内并与所述无线传输单元相连接以传输所述水下录像单元和测量单元输出的无线测量信号，所述计算单元实时地对接收到的无线测量信号进行存储和处理。所述驱动模块3包括变速齿轮箱15、伺服驱动电机16、传递齿轮17、驱动轴18、可调节支撑底座19、驱动齿轮20以及齿轮传动机构，其中，所述伺服驱动电机16与所述变速齿轮箱15相连接，所述变速齿轮箱15与所述驱动轴18相连接，所述驱动轴18与所述驱动齿轮20相连接，所述伺服驱动电机16、变速齿轮箱15、驱动齿轮20、驱动轴18分别固定设置于所述可调节支撑底座19，实现封装，所述齿轮传动机构连接所述变速齿轮箱15。所述可调节支撑底座19用于安装于海洋工程深水池拖车10的钢架上。
优选地。所述变速齿轮箱15的减速比为40:1，所述齿轮传动机构的减速比为7。所述顶部悬臂模块4包括斜拉锁21、悬臂22、桁架23、顶部悬臂圆筒轴24、以及数据线，其中，所述悬臂22上部通过所述斜拉锁21和所述顶部悬臂圆筒轴M相连接，所述斜拉锁21为所述悬臂22提供预应力，所述悬臂22下部通过所述桁架23和所述顶部悬臂圆筒轴M相连接。所述悬臂22的末端与所述振荡模块中的钢架50连接。所述数据线通过试件的末端和所述悬臂16进入所述圆筒轴沈，然后通过所述顶部悬臂圆筒轴18向上连接到所述测量分析系统平台模块2。所述顶部悬臂模块4上部通过连接法兰与所述驱动模块 3或者圆筒轴分段模块5相连，下部通过连接法兰与所述圆筒轴分段模块5相连。所述悬臂22采用预应力矩形钢桁架结构。所述桁架分段间使用连接板31连接。 所述桁架的腹杆和弦杆的尺寸分别为，腹杆外径0. 05m，厚度0. 0(Mm，弦杆外径0. 03m，厚度0. 0(Mm。所述的悬臂22的长度为18m。所述底部支撑模块7包括底部支撑法兰盘27、底部固定轴承观、底部固定轴四和底部基座30，其中，所述底部固定轴四上端通过所述底部支撑法兰盘27与所述圆筒轴分段模块5或所述底部立管固定模块6连接，下端整体插入到所述底部固定轴承四内，轴承实现油密，所述底部固定轴承观焊接在所述底部基座30上，所述底部基座30通过高强度螺丝与水池升降底9连接。所述圆筒轴分段模块5包括若干段由连接法兰固定相连的圆筒轴分段机构，每个圆筒轴分段机构的两个端部均环形布置有螺栓孔，圆筒轴分段机构与海洋工程深水池的升降底9相垂直。所述立管模型机构1包括连接板31、缓冲弹簧32、直线轴承33、滑动轴34、三分力传感器35、万向节36、立管固定接头37、立管模型38、驱动伺服电机39、轨道40、滑块41、立管固定座42，其中，在所述立管模型38底端和顶端各设一个所述万向节36和立管固定接头37，所述三分力传感器35只在所述立管模型38的顶端设置，所述立管模型38顶端通过两个销子与所述立管固定接头37连接，所述立管固定接头37另一端连接在所述万向节36 上，所述万向节36另一端固定在所述三分力传感器35上，所述三分力传感器35使用高强度螺丝固定在所述立管固定座42上，所述立管固定座42与所述滑块41固定连接，通过控制所述驱动伺服电机39使所述滑块41沿着所述轨道40滑动。所述立管模型38底端的固定连接方式与顶端类似，依次连接所述立管固定接头37、万向节36和三分力传感器35，然后与所述滑动轴34连接，所述滑动轴34插入到所述直线轴承33内，所述直线轴承33固定在连接板31上，所述连接板31连接直线轴承33和底部立管固定模块6，所述连接板31在所述底部立管固定模块6上的位置可以调节，从而实现模拟不同流剖面的剪切流。所述立管模型38的单位长度质量与其单位长度排开水的质量之比为1:1。所述的振荡模块8包括支持钢架50、水平振荡轨道51、水平振荡滑块52、垂直振荡轨道53、垂直振荡滑块M、端部支撑机构55、支持架轨道56和振荡电机57，其中，所述立管模型机构1中的顶端固定装置与所述端部支撑机构阳连接，所述支持架轨道56连接在所述水平振荡滑块52下面能够在水平方向振荡，所述垂直振荡轨道53连接在所述支持架轨道55下，能够随着所述水平振荡滑块52运动，所述水平振荡滑块52连接在所述水平振荡轨道51上，能够在所述水平振荡轨道51上往复运动，所述水平振荡轨道51固定在所述顶部悬臂模块4上，6个所述振荡电机57分为三组，分别对称安装在所述水平振荡轨道51、垂直振荡轨道53和支持架轨道56上，用于控制各滑块沿轨道运动。通过水平振荡滑块52在水平振荡轨道51上往复运动或者垂直振荡滑块M运动，可实现立管模型在静水中或剪切流场中的强迫振荡模型试验。所述底部立管固定模块6包括连接法兰盘25、底部固定圆筒轴26、以及第一支架部件，其中，所述第一支架部件与所述底部固定圆筒轴26以及立管模型38相连接，所述底部固定圆筒轴26上部通过所述连接法兰盘25与所述圆筒轴分段模块5连接，下部通过所述底部支撑法兰盘27与所述底部支撑模块7连接，所述连接法兰盘25安装于所述底部固定圆筒轴沈的上端位置并与所述圆筒轴分段模块5相连接。在本实施例的一个优选例中，所述第一支架部件包括圆板桁架43、以及支撑圆板 44，其中，所述支撑圆板44的一端与所述底部固定圆筒轴沈相连接，另一端与所述立管模型38的下端相连接所述圆板桁架43安装于所述支撑圆板44的下方位置并与所述底部固定圆筒轴沈相连接。在本实施例的另一个优选例中，所述第一支架部件包括矩形钢桁架45、以及矩形支撑板46，其中，所述矩形支撑板46的一端与所述底部固定圆筒轴沈相连接，另一端与所述立管模型38的下端相连接，所述矩形钢桁架45安装于所述矩形支撑板46的下方位置并与所述底部固定圆筒轴26相连接。在本实施例的又一个优选例中，所述第一支架部件包括立管底部固定端47，所述底部固定圆筒轴26包括底部固定圆筒轴上开口 48、以及底部固定圆筒轴下开口 49，所述立管模型38通过所述立管底部固定端47穿过所述底部固定圆筒轴上开口 48和所述底部固定圆筒轴下开口 49固定在所述底部固定圆筒轴沈内部。根据本发明提供的所述测试装置通过以下方式进行测试先根据海洋工程深水池的尺寸、管件的实际尺寸、测试工况的具体情况和测试的经济性选择合适的模型缩尺比和测试工况。按照整个所述测试装置得强度控制要求以及振动控制要求确定各个模块的具体尺寸和材料。各模块准备好后具体的安装过程如下。在地面组装所述底部支撑模块7，组装完成后升高海洋工程深水池的升降底9，将所述底部支撑模块7的底部基座30用螺栓固定在升降底9上。然后适当降低升降底9安装所述底部立管固定模块6，然后将所述立管模型机构1也就是测试管件的一端用万向连轴器固定在所述底部立管固定模块6上，另一端搭在池壁上，数据线从连接装置穿过横梁进入所述圆筒轴26中，降低升降底9。根据测试管件的长度要求确定所述圆筒轴分段模块 5的长度，然后将所述圆筒轴分段模块5用小车吊至海洋工程深水池中央进行吊装。在安装上述模块得同时，在地面组装所述测量分析系统平台模块2、驱动模块3、顶部悬臂模块4和振荡模块8，并将振荡模块8固定在所述顶部悬臂模块4上。所述圆筒轴分段模块5安装完成后吊装所述顶部悬臂模块4，各模块之间的连接采用法兰连接，数据线从连接装置穿过横梁进入圆筒轴中。所述顶部悬臂模块4吊装完成后，将所述立管模型机构1测试管件的另一端穿过套筒固定在振荡模块8的连接模块上。安装完成后，用小车将驱动模块吊至所述顶部悬臂模块4正上方，所述顶部悬臂模块4与所述驱动模块3的连接要特别注意精度控制，连接后将所述驱动模块3用螺栓固定在小车上。最后安装所述测量分析系统平台模块 2，将圆筒轴中的数据线连接到所述测量分析系统平台模块2上。在所述测量分析系统平台模块2中的计算机上安装好计算机实时分析软件和图像处理软件，然后将从测试管件两端导出来的数据线连接到电脑上。同时将测试装置中的测量仪器导出来的电源线接上电源。
权利要求
1.一种剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置，其特征在于，包括立管模型机构、测量分析系统平台模块、驱动模块、顶部悬臂模块、圆筒轴分段模块、底部立管固定模块、底部支撑模块以及振荡模块，其中，所述立管模型机构固定设置于所述振荡模块和所述底部立管固定模块之间，所述振荡模块固定于所述顶部悬臂模块上，所述圆筒轴分段模块垂直置于海洋工程深水池中并分别与所述底部支撑模块、驱动模块和顶部悬臂模块垂直连接，所述底部支撑模块用于固定设置于海洋工程深水池的升降底上，所述驱动模块分别与圆筒轴分段模块和顶部悬臂模块相连接并输出动力，所述顶部悬臂模块的左右两端分别与圆筒轴分段模块相连，所述立管模型机构包括立管模型，所述测量分析系统平台模块分别与所述立管模型机构的立管模型、顶部悬臂模块以及底部立管固定模块相连并接收检测数据，所述底部立管固定模块包括连接法兰盘、底部固定圆筒轴、以及第一支架部件，其中， 所述第一支架部件与所述底部固定圆筒轴以及立管模型相连接，所述底部固定圆筒轴上部通过所述连接法兰盘与所述圆筒轴分段模块连接，下部通过所述底部支撑法兰盘与所述底部支撑模块连接，所述连接法兰盘安装于所述底部固定圆筒轴的上端位置并与所述圆筒轴分段模块相连接。
2.根据权利要求1所述的剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置，其特征在于，所述第一支架部件包括圆板桁架、以及支撑圆板，其中，所述支撑圆板的一端与所述底部固定圆筒轴相连接，另一端与所述立管模型的下端相连接所述圆板桁架安装于所述支撑圆板的下方位置并与所述底部固定圆筒轴相连接。
3.根据权利要求1所述的剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置，其特征在于，所述第一支架部件包括矩形钢桁架、以及矩形支撑板，其中，所述矩形支撑板的一端与所述底部固定圆筒轴相连接，另一端与所述立管模型的下端相连接，所述矩形钢桁架安装于所述矩形支撑板的下方位置并与所述底部固定圆筒轴相连接。
4.根据权利要求1所述的剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置，其特征在于，所述第一支架部件包括立管底部固定端，所述底部固定圆筒轴包括底部固定圆筒轴上开口、以及底部固定圆筒轴下开口，所述立管模型通过所述立管底部固定端穿过所述底部固定圆筒轴上开口和所述底部固定圆筒轴下开口固定在所述底部固定圆筒轴内部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置，其特征在于，所述立管模型机构包括连接板、缓冲弹簧、直线轴承、滑动轴、三分力传感器、万向节、立管固定接头、驱动伺服电机、轨道、滑块、立管固定座，其中，在所述立管模型底端和顶端各设一个所述万向节和立管固定接头，所述三分力传感器只在所述立管模型的顶端设置，所述立管模型顶端通过两个销子与所述立管固定接头连接，所述立管固定接头另一端连接在所述万向节上，所述万向节另一端固定在所述三分力传感器上，所述三分力传感器使用高强度螺丝固定在所述立管固定座上，所述立管固定座与所述滑块固定连接，通过控制所述驱动伺服电机使所述滑块沿着所述轨道滑动，所述立管模型底端依次连接所述立管固定接头、万向节和三分力传感器，然后与所述滑动轴连接，所述滑动轴插入到所述直线轴承内，所述直线轴承固定在连接板上，所述连接板连接直线轴承和底部立管固定模块，所述连接板在所述底部立管固定模块上的位置能够调节，所述立管模型的单位长度质量与其单位长度排开水的质量之比为1:1。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置，其特征在于，所述驱动模块包括变速齿轮箱、伺服驱动电机、传递齿轮、驱动轴、 可调节支撑底座、驱动齿轮以及齿轮传动机构，其中，所述伺服驱动电机与所述变速齿轮箱相连接，所述变速齿轮箱与所述驱动轴相连接，所述驱动轴与所述驱动齿轮相连接，所述伺服驱动电机、变速齿轮箱、驱动齿轮、驱动轴分别固定设置于所述可调节支撑底座，实现封装，所述齿轮传动机构连接所述变速齿轮箱，所述可调节支撑底座用于安装于海洋工程深水池拖车的钢架上，所述变速齿轮箱的减速比为40 :1，所述齿轮传动机构的减速比为7。
7.根据权利要求5所述的剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置，其特征在于，所述顶部悬臂模块包括斜拉锁、悬臂、桁架、顶部悬臂圆筒轴、以及数据线，其中， 所述悬臂上部通过所述斜拉锁和所述顶部悬臂圆筒轴相连接，所述斜拉锁为所述悬臂提供预应力，所述悬臂下部通过所述桁架和所述顶部悬臂圆筒轴相连接，所述悬臂的末端与所述振荡模块中的钢架连接，所述数据线通过试件的末端和所述悬臂进入所述圆筒轴，然后通过所述顶部悬臂圆筒轴向上连接到所述测量分析系统平台模块，所述顶部悬臂模块上部通过连接法兰与所述驱动模块或者圆筒轴分段模块相连，下部通过连接法兰与所述圆筒轴分段模块相连，所述悬臂采用预应力矩形钢桁架结构，所述桁架分段间通过所述连接板连接。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置，其特征在于，所述底部支撑模块包括底部支撑法兰盘、底部固定轴承、底部固定轴和底部基座，其中，所述底部固定轴上端通过所述底部支撑法兰盘与所述圆筒轴分段模块或所述底部立管固定模块连接，下端整体插入到所述底部固定轴承，所述底部固定轴承焊接在所述底部基座上，所述底部基座通过高强度螺丝与水池升降底连接，所述圆筒轴分段模块包括若干段由连接法兰固定相连的圆筒轴分段机构，每个圆筒轴分段机构的两个端部均环形布置有螺栓孔，圆筒轴分段机构与海洋工程深水池的升降底相垂直。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置，其特征在于，所述振荡模块包括支持钢架、水平振荡轨道、水平振荡滑块、垂直振荡轨道、垂直振荡滑块、端部支撑机构、支持架轨道和振荡电机，其中，所述立管模型机构中的顶端固定装置与所述端部支撑机构连接，所述支持架轨道连接在所述水平振荡滑块下面能够在水平方向振荡，所述垂直振荡轨道连接在所述支持架轨道下，能够随着所述水平振荡滑块运动，所述水平振荡滑块连接在所述水平振荡轨道上，能够在所述水平振荡轨道上往复运动，所述水平振荡轨道固定在所述顶部悬臂模块上，6个所述振荡电机分为三组，分别对称安装在所述水平振荡轨道、垂直振荡轨道和支持架轨道上，用于控制各滑块沿轨道运动。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置，其特征在于，所述测量分析系统平台模块包括测量单元、水下录像单元、计算单元以及无线传输单元，其中，所述计算单元用于设置于海洋工程深水池的拖车的机房内并与所述无线传输单元相连接以传输所述水下录像单元和测量单元输出的无线测量信号， 所述计算单元用于实时地对接收到的无线测量信号进行存储和处理。
全文摘要
本发明提供一种剪切流下顶部可运动的斜置立管涡激振动旋转测试装置，包括立管模型机构、测量分析系统平台模块、驱动模块、顶部悬臂模块、圆筒轴分段模块、底部立管固定模块、底部支撑模块以及振荡模块，立管模型机构固定于振荡模块和底部立管固定模块间，振荡模块固定于顶部悬臂模块上，圆筒轴分段模块与底部支撑模块、驱动模块和顶部悬臂模块和底部立管固定模块连接，底部支撑模块固定于升降底上，驱动模块与圆筒轴分段模块相连并输出动力，顶部悬臂模块的两端与驱动模块或圆筒轴分段模块相连，测量分析系统平台模块与立管模型、顶部悬臂模块、振荡模块以及底部立管固定模块相连。本发明能模拟实尺度立管、剪切流场、顶部平台运动。
文档编号G01M7/06GK102410919SQ20111021965
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者付世晓, 王俊高, 胡克, 陈蓥 申请人:上海交通大学