垂直均匀来流海洋立管涡激-参激耦合振动试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的试验装置，具体地说，涉及的是一种垂直均匀来流海洋立管涡激-参激耦合振动试验装置
【背景技术】
[0002]海洋立管大多用于输送石油、天然气等易燃、易爆物品，其疲劳寿命是一个至关重要的问题，因为一旦发生破坏，将会引发严重的环境污染和次生灾害，给国计民生带来重大损失。当海流经过立管时，在立管下游产生尾流和漩涡，周期发放的漩涡促使立管产生垂直于流向的涡激升力，引起立管的涡激振动，涡激振动是立管发生破坏的关键因素之一。
[0003]海洋立管顶端一般与浮式平台连接。平台随着波浪发生升沉运动，给立管顶端一个位移时程响应，引起立管轴向力随浮体运动而发生周期性变化，从而导致立管在水平方向上发生参激振动。参激振动可以引起立管平衡位置的不稳定性，加剧立管振动和疲劳破坏。
[0004]试验研究是涡激振动研究一个基础手段，可用于揭示涡激振动的发生机制、振动特性、验证并修正涡激振动预报方法等。关于细长立管涡激振动试验研究，可分为两类:一类是在天然水域进行的细长柔性立管涡激振动试验。这类试验中的立管模型一般较长，长细比最接近实际，试验流速靠船或其他装置拖动而形成。但这类试验立管模型两端的边界条件并不理想，立管外形成的相对流场受地点、海况和船只等设施的操纵水平等因素影响很大，试验的费用较高。另一类是在人工水池中进行的试验。获得的试验数据可为涡激振动预报模型作基准，相比于天然水池中进行的试验，人工水池试验的优点在于:流场易于控制、质量好，立管的边界条件容易设计，可对多种涡激振动影响因素进行试验观测。现阶段，在人工水池内开展的模型试验已被广泛应用到海洋立管涡激振动问题研究。
[0005]海洋立管的涡激振动与参激振动一般同时发生，并且相互之间存在耦合作用。经过对现有技术的检索调研发现:海洋立管涡激-参激耦合振动发生机制以及振动特性研究仍存在诸多未知。主要原因是缺乏必要的试验测量装置，特别是无法实现涡激振动与参数振动耦合作用同时观测，并很好的控制涡激振动与参数振动的发生条件。
【发明内容】
[0006]本发明针对垂直均匀来流条件变轴向力立管涡激-参激耦合振动试验研究存在的难点和不足，提供了研究垂直均匀来流条件，变轴向力立管涡激-参激耦合试验装置，能够模拟垂直均匀的来流，对简谐变化轴向力海洋立管开展试验研究，探究其振动特性及有效抑制措施，为工程实际提供参考和借鉴。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提出的一种垂直均匀来流海洋立管涡激-参激耦合振动试验装置，包括海洋立管模型、横向试验支持架、轴向力往复装置、拖车、应变采集仪和计算机，所述海洋立管模型的一端设有第一端部支撑装置，所述海洋立管模型的另一端设有第二端部支撑装置，所述第一端部支撑装置和第二端部支撑装置的顶部分别与所述横向试验支持架的两端连接，所述横向试验支持架固定于所述拖车的底部；所述海洋立管模型包括若干条导线和一薄壁铜管，所述导线的外径为0.3_，所述薄壁铜管的外径为8_、壁厚为Imm ;自所述薄壁铜管的外表面依次向外设有相互紧密接触的若干层热缩管和一层硅胶管，所述薄壁铜管与所述热缩管之间设有多片用于采集应变的电阻应变片，所述电阻应变片通过接线端子与所述导线相连，每条导线与所述薄壁铜管的一端或分别与所述薄壁铜管的两端固定；所述薄壁铜管的一端通过销钉连接有第一圆柱接头，所述薄壁铜管的另一端通过销钉连接有第二圆柱接头；所述横向试验支持架包括主体横梁，所述主体横梁的顶部设有槽钢，所述拖车支撑在槽钢上；所述第一端部支撑装置包括竖直方向的第一支撑管，所述第一支撑管的顶部与所述主体横梁的一端连接，所述第一支撑管的底部连接有第一支撑板，所述第一支撑板的内侧通过螺栓连接有与所述第一支撑板平行的第一导流板，所述第一导流板的下部设有一个通孔；通孔内设有一个万向联轴节，所述万向联轴节的一端通过万向联轴节螺丝固定在第一支撑板上，所述万向联轴节的另一端与所述海底管道模型中的第一圆柱接头连接；所述第二端部支撑装置包括竖直方向的第二支撑管，所述第二支撑管的顶部与所述主体横梁的另一端连接，所述第二支撑管的底部连接有第二支撑板，所述第二支撑板的内侧通过螺栓连接有与所述第二支撑板平行的第二导流板，所述第二导流板的下部设有一个管道安装通孔，所述第二支撑板的外侧设有一个滑轮，所述第二支撑板上位于所述滑轮的下方设有一钢丝绳过孔；所述轴向力往复装置设置在拖车的边部，并与海洋立管模型一端连接，所述轴向力往复装置包括设置在支座上设置电机、连接杆、滑轨、滑块、偏心孔盲板、上部滑轮和下部滑轮，所述电机设置在所述支座的一端，所述滑轨设置在所述支座的中部，所述滑块装配在所述滑轨内，所述上部滑轮和下部滑轮设置在所述支座的另一端，所述电机的输出轴上安装有偏心孔盲板，所述偏心孔盲板上设有多个不同偏心位置的偏心孔，所述连接杆的一端设有径向杆，所述径向杆插接在其中一个偏心孔内，所述连接杆的另一端与所述滑块连接；所述海洋立管模型第二圆柱接头连接钢丝绳，该钢丝绳穿过第二支撑板后绕过滑轮依次连接拉力张紧器、拉力弹簧和拉力传感器，最终与轴向力往复装置中的滑块相连；所述钢丝绳和所述海洋立管模型的轴线在同一平面内，该平面与来流方向垂直；所述电机的输出轴中心、所述连接杆的上下对称面、所述滑块的上下对称面均与所述上部滑轮的滑轮槽的上部边缘位于同一水平高度，所述上部滑轮的滑轮槽边缘与所述下部滑轮的滑轮槽边缘在一条直线上，所述电机连接有变频器，所述电机转动，通过所述连接杆使所述滑块在所述滑轨上往复运动，往复运动的振幅是所述连接杆与所述偏心孔盲板上连接位置点的偏心距，从而实现轴向力幅值的变化；在所述滑块的往复运动过程中，通过钢丝绳带动所述拉力弹簧作伸缩运动；所述导线和所述拉力传感器与所述应变采集仪联接，所述应变采集仪与所述计算机连接。
[0008]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0009]本发明解决了垂直均匀来流条件没有或带有抑制装置的变轴向力立管涡激振动试验中，施加简谐变化的轴向力的问题，为试验研究海洋立管的涡激振动-参数振动耦合机制提供必要的试验装备支撑，弥补了学术界在这方面的不足，同时本发明装置设计制作简单，造价低廉，安装调试方便，容易推广，是研究垂直均匀来流条件的变轴向力立管涡激振动试验必要的装备设施。
【附图说明】
[0010]图1是本发明中没有抑制结构的单根立管涡激振动试验装置的结构示意图；
[0011]图2是本发明中没有抑制结构的海洋立管模型两端的粗圆柱接头和细圆柱接头示意图；
[0012]图3是本发明中带有抑制结构的单根立管涡激振动试验装置的结构示意图；
[0013]图4是本发明中带有抑制结构的海洋立管模型两端的粗圆柱接头和细圆柱接头示意图；
[0014]图5是图1中所示支撑板14结构示意图；
[0015]图6是图1中所示导流板11的结构示意图；
[0016]图7是横向试验支持架结构俯视图；
[0017]图8是图7所示横向试验支持架的右视图；
[0018]图9是横向试验支持架与拖车相互位置的俯视图；
[0019]图10是图9所示横向试验支持架与拖车相互位置的的右视图；
[0020]图11是轴向力往复装置的主视图；
[0021]图12是轴向力往复装置的俯视图；
[0022]图13是带有螺旋列板抑制装置的海洋立管模型结构示意图。
[0023]图中:
[0024]1-海洋立管模型2