豎置柔性管渦激流振動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)裝置，具體地說，涉及的是一種豎置柔性管渦激流振動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在海流作用下，懸跨的海底管線、海洋平臺(tái)立管或拖纜等柔性管件上會(huì)周期性地產(chǎn)生漩渦脫落。漩渦脫落是流體橫向流過圓柱體時(shí)，在圓柱體背面的兩側(cè)交替產(chǎn)生旋渦，且在脫離后形成旋渦尾流的現(xiàn)象。產(chǎn)生旋渦的原因是流體受阻后動(dòng)能和壓能相互轉(zhuǎn)換，且壓強(qiáng)沿圓柱體周向及邊界層的厚度方向發(fā)生變化，邊界層外部流體的較大壓強(qiáng)作用迫使邊界層內(nèi)部壓強(qiáng)較小的質(zhì)點(diǎn)向相反方向流動(dòng)，從而使邊界層增厚，形成旋渦，然后從圓柱體表面脫離，旋渦隨著流速增大被拉長后消失。渦激流振動(dòng)將導(dǎo)致柔性管件的阻力系數(shù)增加和結(jié)構(gòu)疲勞破壞。在設(shè)計(jì)海洋柔性管件的時(shí)候，管件因渦激流振動(dòng)而導(dǎo)致疲勞破壞將是一個(gè)必須考慮的重要因素。目前，實(shí)驗(yàn)手段是研究柔性管件渦激流振動(dòng)現(xiàn)象最主要的研究手段。通過模型實(shí)驗(yàn)，可以較為全面的觀測到渦激流振動(dòng)現(xiàn)象及其主要特征，獲得較為可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而對(duì)實(shí)際工程中可能出現(xiàn)的渦激流振動(dòng)及抑振裝置等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。公開日為2007年12月19日，公開號(hào)為CN101089577A的中國專利文件公開了一種豎置于拖曳水池中柔性管件模型的渦激流振動(dòng)試驗(yàn)裝置，包括管件模型、端部支撐機(jī)構(gòu)、流速增大裝置、豎向試驗(yàn)支持架、拖車和測量分析系統(tǒng)，管件模型穿過流速增大裝置，管件模型和流速增大裝置均豎置于拖曳水池中，管件模型的兩端靠端部支撐機(jī)構(gòu)支持，豎向試驗(yàn)支持架把流速增大裝置和端部支撐機(jī)構(gòu)與拖車連接，測量分析系統(tǒng)的各儀器設(shè)備分散布置于管件模型、端部支撐機(jī)構(gòu)、流速增大裝置、豎向試驗(yàn)支持架和拖車之中。這種試驗(yàn)裝置主要解決了在流速分層的流場中柔性管件渦激流振動(dòng)的試驗(yàn)問題，但該裝置只能對(duì)單一管件進(jìn)行試驗(yàn)，不能進(jìn)行實(shí)際工程中常見的多管件狀態(tài)下渦激流振動(dòng)的模型實(shí)驗(yàn)；另一方面，由于海流在流動(dòng)過程中通常存在波動(dòng)，而前述不能模擬海流的波動(dòng)，因此其試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情形存在較大的差別，降低了試驗(yàn)的精確程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的拖曳水池柔性管件渦激流振動(dòng)實(shí)驗(yàn)只能進(jìn)行單管實(shí)驗(yàn)，不能進(jìn)行實(shí)際工程中常見的多管件狀態(tài)下渦激流振動(dòng)的模型實(shí)驗(yàn)問題，提供一種豎置柔性管渦激流振動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，可以解決多管件狀態(tài)下的渦激流振動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)問題。
[0004]本發(fā)明的另一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的拖曳水池柔性管件渦激流振動(dòng)試驗(yàn)裝置不能模擬海水波動(dòng)，試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情形存在較大的差別的問題，提供一種可以模擬海水波動(dòng)的豎置柔性管渦激流振動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情形存在更為接近，提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。
[0005]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的具體技術(shù)方案是，一種豎置柔性管渦激流振動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，包括測試管及用于拉動(dòng)測試管的拖曳車及測控系統(tǒng)，所述的測試管為四根，豎向設(shè)置；拖曳車上設(shè)有可放入拖曳池的豎直拖曳架，所述拖曳架上設(shè)有水平伸出的上拖曳臂與下拖曳臂，上拖曳臂與下拖曳臂的懸空端均設(shè)有安裝板，所述安裝板水平設(shè)置，安裝板上設(shè)有左右兩個(gè)固定孔及與兩個(gè)固定孔對(duì)應(yīng)的左右兩條長槽，四根測試管的下端通過萬向節(jié)分別固定在下側(cè)安裝板上的兩個(gè)固定孔及兩條長槽內(nèi)，四根測試管的上端通過萬向節(jié)及張緊機(jī)構(gòu)分別設(shè)置在上側(cè)安裝板上的兩個(gè)固定孔及兩條長槽內(nèi)，四根測試管的中心軸線在一個(gè)長方體的四條相互平行的棱邊上；所述測控系統(tǒng)包括測試管拉力傳感器、測試管剪力傳感器、測試管應(yīng)變傳感器及車速控制裝置，測試管拉力傳感器及剪力傳感器均設(shè)置在測試管的上端部，測試管應(yīng)變傳感器設(shè)置在測試管的管壁上。本發(fā)明的豎置柔性管渦激流振動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)置有四根測試管(即柔性管的模擬管)，前后兩根測試管的間距可以通過長槽加以調(diào)節(jié)；張緊機(jī)構(gòu)可以使測試管保持一定的張力，并可以方便地調(diào)節(jié)這種張力的大??；剪力傳感器及應(yīng)變傳感器用于檢測測試管在實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的渦激流振動(dòng)數(shù)據(jù)。由于本發(fā)明的裝置測試管上下兩端的剪力相差不大，因此僅在一側(cè)設(shè)置剪力傳感器。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置可以模擬在同一垂直面上不同間距的柔性管之間的渦激流振動(dòng)情況，得到準(zhǔn)確的多管件狀態(tài)下渦激流振動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)的拖曳水池柔性管件渦激流振動(dòng)實(shí)驗(yàn)只能進(jìn)行單管實(shí)驗(yàn)，不能進(jìn)行實(shí)際工程中常見的多管件狀態(tài)下渦激流振動(dòng)的模型實(shí)驗(yàn)問題。
[0006]作為優(yōu)選，上下拖曳臂上均固定有安裝板滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，滑動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一水平設(shè)置的滑槽，安裝板可左右滑動(dòng)地設(shè)置在滑槽內(nèi)，安裝板的一側(cè)邊設(shè)有齒條，滑槽的一側(cè)設(shè)有擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，齒條與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)上的擺動(dòng)輸出齒輪嚙合，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)工作時(shí)，擺動(dòng)輸出齒輪帶動(dòng)安裝板及測試管左右運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的測試管可以在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下左右緩慢運(yùn)動(dòng)，從而模擬實(shí)際情況下海水的橫向波動(dòng)，因此其試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情形存在更為接近，大大提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。
[0007]作為優(yōu)選，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一擺動(dòng)電機(jī)，擺動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力軸上疊設(shè)有正向驅(qū)動(dòng)齒輪與反向驅(qū)動(dòng)齒輪，正向驅(qū)動(dòng)齒輪與反向驅(qū)動(dòng)齒輪均為齒數(shù)、模數(shù)相同的扇形齒輪且錯(cuò)位布置，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括擺動(dòng)齒輪，正向驅(qū)動(dòng)齒輪與擺動(dòng)齒輪間斷性嚙合，反向驅(qū)動(dòng)齒輪與換向齒輪間斷性嚙合，換向齒輪與擺動(dòng)齒輪嚙合，擺動(dòng)齒輪通過一減速傳動(dòng)齒輪與擺動(dòng)輸出齒輪嚙合，正向驅(qū)動(dòng)齒輪與擺動(dòng)齒輪嚙合時(shí)，反向驅(qū)動(dòng)齒輪與換向齒輪脫離嚙合，反向驅(qū)動(dòng)齒輪與換向齒輪嚙合時(shí)，正向驅(qū)動(dòng)齒輪與擺動(dòng)齒輪脫離嚙合，所述正向驅(qū)動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)所述擺動(dòng)齒輪擺動(dòng)的角度與所述反向驅(qū)動(dòng)齒輪通過換向齒輪驅(qū)動(dòng)所述擺動(dòng)齒輪擺動(dòng)的角度相等，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)連接測控系統(tǒng)。
[0008]擺動(dòng)電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)正向驅(qū)動(dòng)齒輪與反向驅(qū)動(dòng)齒輪同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)正向驅(qū)動(dòng)齒輪與擺動(dòng)齒輪嚙合時(shí)，擺動(dòng)齒輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)通過一減速傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)擺動(dòng)輸出齒輪正向轉(zhuǎn)動(dòng)，正向驅(qū)動(dòng)齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)與擺動(dòng)齒輪脫離嚙合，擺動(dòng)齒輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)反向驅(qū)動(dòng)齒輪與換向齒輪嚙合，反向驅(qū)動(dòng)齒輪通過換向齒輪帶動(dòng)擺動(dòng)齒輪正向轉(zhuǎn)動(dòng)，反向驅(qū)動(dòng)齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)與換向齒輪脫離嚙合后，正向驅(qū)動(dòng)齒輪又開始與擺動(dòng)齒輪嚙合，重復(fù)上述過程，實(shí)現(xiàn)電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)擺動(dòng)輸出齒輪的來回轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過齒條帶動(dòng)安裝板及測試管左右運(yùn)動(dòng)，這樣可以模擬水流的左右波動(dòng)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)更接近于真實(shí)情況，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。
[0009]作為優(yōu)選，每根測試管上設(shè)有兩塊呈圓板狀的滑板，所述滑板可滑動(dòng)地套設(shè)在測試管上，滑板的最大厚度是滑板直徑的6%至10%，滑板的直徑小于相鄰兩根測試管的間距，滑板的外周其縱切面呈半圓形，滑板上設(shè)有鎖緊機(jī)構(gòu)。滑板的作用一是用于微調(diào)測試管的固有震動(dòng)頻率，可以測試柔性管的在不同自振頻率下的渦激流振動(dòng)情況；二是可以用于模擬柔性管在有外來附著物狀態(tài)下的渦激流振動(dòng)情況，從而取得多方面的測試數(shù)據(jù)。這里的滑板縱切面是指測試管長度方向上的剖切面，縱切面呈半圓形主要是為了減小水流阻力，避免對(duì)渦激流測試造成影響，通常在用于微調(diào)測試管的固有震動(dòng)頻率時(shí)，兩塊滑板在測試管的兩端部對(duì)稱設(shè)置；在用于模擬柔性管在有外來附著物狀態(tài)下的渦激流振動(dòng)時(shí)，兩塊滑板可以對(duì)稱設(shè)置，也可以合并設(shè)置于測試管的某一部位。
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