專利名稱：一種用于研究頂張力作用下海洋立管干涉規(guī)律的試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于海洋立管設(shè)施鋪設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于研究海洋立管干涉規(guī)律的試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
海洋立管是海洋平臺(tái)與海底井口間的主要連接件，主要用于運(yùn)輸流體，引導(dǎo)鉆探或油井檢修工具和管道進(jìn)入油井等。作為海面與海底的一種聯(lián)系通道，可用于固定式平臺(tái)、浮式平臺(tái)及鉆探船舶等。每一座海洋平臺(tái)與海底井口之間的管線均眾多，一般具有多種布置形式，如前后排列、并肩排列和相互交錯(cuò)排列等，當(dāng)有流通過(guò)時(shí)，立管會(huì)受到其他立管尾流的影響，發(fā)生立管間的干涉。由于干涉的存在，使得立管的動(dòng)力特性、動(dòng)力響應(yīng)以及漩渦的脫落形式同單個(gè)的立管相比都會(huì)發(fā)生比較大的變化。而海洋立管大多用于輸送石油、天然氣等易燃易爆物品，一旦發(fā)生破壞，必將引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境污染和次生災(zāi)害。因此，對(duì)海洋立管進(jìn)行干涉規(guī)律的試驗(yàn)研究，顯得極其必要。在實(shí)際的工作狀況中，，海洋立管的上端與平臺(tái)或船舶底部的滑移節(jié)連接，下端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)與海底井口連接，當(dāng)平臺(tái)或船舶在波浪作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，立管有足夠的自由度隨之運(yùn)動(dòng)，并在平臺(tái)或船舶發(fā)生垂直震蕩時(shí)改變其長(zhǎng)度。與此同時(shí)，海洋立管還是系泊系統(tǒng)的重要組成部分，可作為支撐備用管線。因此，在進(jìn)行海洋立管的干涉試驗(yàn)時(shí)，連接方式和頂張力是必須考慮的兩個(gè)因素。但是在目前進(jìn)行的海洋立管干涉試驗(yàn)中，往往不能很好的模擬工程實(shí)際，使得得出的結(jié)論不具有說(shuō)服力。試驗(yàn)過(guò)程中存在的問(wèn)題主要有:立管接頭多為固結(jié)，并非鉸接；立管雖為張緊狀態(tài)，但不能對(duì)頂張力的大小進(jìn)行調(diào)整和測(cè)定；在同一次試驗(yàn)中，沒(méi)有或者很少針對(duì)立管的間距和排列方式進(jìn)行研究。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有試驗(yàn)技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種更加符合海洋立管工作狀況的干涉試驗(yàn)的裝置，從而提高了海洋立管干涉試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。一種用于研究頂張力作用下海洋立管干涉規(guī)律的試驗(yàn)裝置，主要包括支架、立管模型、鉸接接頭和滑輪；滑輪固定于支架的頂部；鉸接接頭包括上鉸接接頭和下鉸接接頭，立管模型的下端與下鉸接接頭連接，立管模型的上端連接上鉸接接頭；在上鉸接接頭的頂板上安裝有螺柱，其特征在于:在支架的頂部和底板上分別設(shè)置有預(yù)留孔，螺柱的上端穿過(guò)支架頂部的預(yù)留孔連接鋼絞線，鋼絞線繞過(guò)滑輪與配重塊連接；下鉸接接頭通過(guò)螺絲和底板上的預(yù)留孔，固定于支架的底板上。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，本實(shí)用新型的裝置能夠有效地實(shí)現(xiàn)鉸接、施加頂張力，并能在海洋立管干涉規(guī)律的試驗(yàn)中通過(guò)更改立管模型的排列方式及間距，很好的模擬工程實(shí)際，從而得出準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論。
圖1是本實(shí)用新型的研究頂張力作用下的海洋立管干涉規(guī)律的試驗(yàn)裝置的主視圖；圖2是圖1的立體圖；圖3是圖1中上鉸接接頭的立體放大圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1所示，一種用于研究頂張力作用下海洋立管干涉規(guī)律的試驗(yàn)裝置，主要包括支架2，立管模型5，滑輪I和鉸接接頭；滑輪I固定于支架2的頂部；鉸接接頭包括上鉸接接頭4和下鉸接接頭6 ;立管模型5的下端與下鉸接接頭6連接，立管模型5的上端連接上鉸接接頭5 ;在上鉸接接頭4的頂板14上安裝有螺柱，螺柱的螺紋規(guī)格與頂板14上的開孔相配，擰緊并使其端部露出頂板14的下底面，然后選用合適規(guī)格的螺帽再次擰緊。如圖2所示，在支架2的頂部和底板7上設(shè)置有預(yù)留孔，分別為縱向預(yù)留孔11和橫向預(yù)留孔12。螺柱的上端穿過(guò)支架2頂部的預(yù)留孔，彎成彎鉤，與鋼絞線的一端連接；將鋼絞線繞過(guò)滑輪，另一端與配重塊3連接。如圖2所示，下鉸接接頭6的結(jié)構(gòu)與上鉸接接頭4完全一樣，安裝時(shí)將上鉸接接頭4倒置，即為下鉸接接頭6 ;用螺絲穿過(guò)支架底板上的預(yù)留孔和下鉸接接頭頂板上的開孔，將下鉸接接頭6固定于支架的底板上。立管模型5，是指根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件和比尺模型所確定的適合模擬海洋立管渦激振動(dòng)規(guī)律的材料，一般選用鋼管、銅管和PVC管等；該立管模型5的兩端分別與上鉸接接頭4、下鉸接接頭6的立管連接孔連接。所述的滑輪為4個(gè)，滑輪la、lb為一組，滑輪lc、ld為一組；該兩組滑輪分別與立管模型5b和5a，以及鉸接接頭，構(gòu)成兩個(gè)施加頂張力的系統(tǒng)。如圖3所示，上鉸接接頭包括頂座部分、軸承十字架和底座部分；頂座部分包括頂板14、軸承座115和軸承18 ;頂板14中心處開孔并耕絲，試驗(yàn)時(shí)連接螺柱并在其上端施加拉力，從而實(shí)現(xiàn)施加頂張力的功能；軸承座115上部與頂板14相連，下部開孔并設(shè)卡槽，嵌入軸承18 ；軸承十字架包括軸承架116和軸承架1117 ;軸承架116、軸承架1117的兩端比中間部分略細(xì)，使其能夠恰好穿過(guò)軸承；軸承架I的中間部分加粗并開孔，使軸承架1117能夠恰好穿過(guò)并卡住，構(gòu)成“十”字形；軸承架116與軸承座1119相連，軸承架1117與軸承座115相連；軸承十字架的主要功能是使得頂座部分與底座部分能夠自由旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)完全鉸接的功能。底座部分包括底座20、軸承座1119和軸承18 ;軸承座1119下部與底座20相連，上部開孔并設(shè)卡槽，嵌入軸承18 ;軸承座1119的功能與軸承座115的功能相同；在底座20的底面開立管連接孔21并耕絲；立管連接孔21與選定的立管模型5相連。實(shí)施例2本實(shí)施例的用于研究頂張力作用下海洋立管干涉規(guī)律的試驗(yàn)裝置，與實(shí)施例I的裝置結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別僅在于:下鉸接接頭6不包括頂板14，用螺絲直接將下鉸接接頭的軸承座115的螺孔和支架底板上的預(yù)留孔固定在一起。采用此種方式，能夠使下鉸接接頭與支架的連接更加穩(wěn)固。如圖2所示，采用上述實(shí)施例1的試驗(yàn)裝置在進(jìn)行海洋立管干涉試驗(yàn)研究時(shí)，需要在立管模型的兩端分別使用上鉸接接頭4和下鉸接接頭6，并將下鉸接接頭6固定在試驗(yàn)支架的底板7上。通過(guò)不斷施加已知大小的頂張力，改變外流的大小和立管模型的間距及排列方式，運(yùn)用應(yīng)變計(jì)和光柵光纖的測(cè)試方法，對(duì)海洋立管的干涉規(guī)律進(jìn)行研究。1、根據(jù)試驗(yàn)要求和模型比尺，選擇合適的立管模型(如銅管)，然后在其兩端端部耕絲，使其螺紋能分別與上鉸接接頭4和下鉸接接頭6的立管連接孔21的螺紋相配并擰緊；2、根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果，就信號(hào)采集的關(guān)鍵點(diǎn)沿立管模型定位，沿90°方向均勻粘貼應(yīng)變片，并引線與動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀等信號(hào)采集裝置連接；3、螺柱的螺紋規(guī)格與要與頂板14的開孔相符，擰緊并使其端部露出頂板14的下底面，然后選用合適規(guī)格的螺帽再次擰緊；將螺柱的上端分別穿過(guò)支架頂部的縱向預(yù)留孔
11、橫向預(yù)留孔12并彎成彎鉤，與鋼絞線的一端連接；將鋼絞線繞過(guò)滑輪，另一端與配重塊連接；4、根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果，在外流來(lái)流方向的上端，定位并安放多普勒流速計(jì)，用于實(shí)時(shí)測(cè)定外流的流速；5、系統(tǒng)組裝完畢以后，根據(jù)試驗(yàn)條件，對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)、頂張力施加系統(tǒng)、外流測(cè)定系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。各系統(tǒng)工作正常以后，施加外流。待外流穩(wěn)定以后，添加或減少已知重量的配重塊，即可達(dá)到施加頂張力的作用。6、當(dāng)本級(jí)外流條件下的測(cè)試完成以后，根據(jù)多普勒流速計(jì)的測(cè)定結(jié)果，調(diào)節(jié)外流流速至下一級(jí)，然后更改頂張力，遵循此工作流程，直至本間距和排列方式的干涉試驗(yàn)結(jié)束。7、沿縱向預(yù)留孔11更改立管模型5a、5b間的間距，根據(jù)立管模型的位置分別挪動(dòng)滑輪Ib和Ic的位置，依次遵循步驟5和6的流程，完成立管模型縱向排列的干涉試驗(yàn)。8、沿橫向預(yù)留孔12更改立管模型5a、5b間的間距，根據(jù)立管模型的位置分別挪動(dòng)滑輪Ia和Ib的位置，依次遵循步驟5和6的流程，完成立管并肩排列的干涉試驗(yàn)。9、對(duì)試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，研究不同外流和頂張力作用下的海洋立管干涉試驗(yàn)的規(guī)律，得出結(jié)論。在整個(gè)系統(tǒng)中，由于多處位置需要留孔、耕絲并且相互配套，在進(jìn)行試驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)，需要根據(jù)試驗(yàn)條件，需要提前對(duì)開孔的大小和螺紋的規(guī)格進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)和加工，以達(dá)到良好的試驗(yàn)效果。
權(quán)利要求1.一種研究頂張力作用下海洋立管干涉規(guī)律的試驗(yàn)裝置，主要包括支架、立管模型、鉸接接頭和滑輪；滑輪固定于支架的頂部；鉸接接頭包括上鉸接接頭和下鉸接接頭，立管模型的下端與下鉸接接頭連接，立管模型的上端連接上鉸接接頭；在上鉸接接頭的頂板上安裝有螺柱，其特征在于:在支架的頂部和底板上分別設(shè)置有預(yù)留孔，螺柱的上端穿過(guò)支架頂部的預(yù)留孔連接鋼絞線，鋼絞線繞過(guò)滑輪與配重塊連接；下鉸接接頭通過(guò)螺絲和底板上的預(yù)留孔，固定于支架的底板上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于研究頂張力作用下海洋立管干涉規(guī)律的試驗(yàn)裝置，該主要包括支架、立管模型、鉸接接頭和滑輪；滑輪固定于支架的頂部；鉸接接頭包括上鉸接接頭和下鉸接接頭，立管模型的下端與下鉸接接頭連接，立管模型的上端連接上鉸接接頭；在上鉸接接頭的頂板上安裝有螺柱，其特征在于在支架的頂部和底板上分別設(shè)置有預(yù)留孔，螺柱的上端穿過(guò)支架頂部的預(yù)留孔連接鋼絞線，鋼絞線繞過(guò)滑輪與配重塊連接；下鉸接接頭通過(guò)螺柱和底板上的預(yù)留孔，固定于支架的底板上。該裝置能夠有效地實(shí)現(xiàn)鉸接、施加頂張力，并能在海洋立管干涉規(guī)律的試驗(yàn)中通過(guò)更改立管模型的排列方式及間距，很好的模擬工程實(shí)際，從而得出準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論。
文檔編號(hào)G01M10/00GK203011669SQ20132002079
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者郭海燕, 王飛, 李效民, 孟凡順, 劉景偉, 李瑩, 牛建杰, 趙偉, 殷文明 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)