CN100443875C - 深水试验池造流系统复合式整流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种深水试验池造流系统复合式整流装置。在深水试验池造流系统的造流喷口出口近距离处安装由支撑框架和整流块构成的整流板，支撑框架由高强度细长板条纵横交错构建成网格状，其外端固定于水池四周的壁面上，在支撑框架交错的每一个交叉点上都安装整流块，整流块分别与造流喷口上的各个喷口一一对应，整流块的尺寸与造流喷口的孔径相对应。水流经过造流喷口喷射而出撞上整流块后，即可达到均匀、稳定的状态，使海洋深水试验池中模拟的水流更为接近实际的海流，提高试验效果。作为辅助设施，在整流板后部较远的位置安装网眼更为细密的整流网，可用于进一步完善整流效果。

Description

深水试验池造流系统复合式整流装置
技术领域
本发明涉及的是一种水流整流装置，具体涉及一种深水试验池造流系统复合式整流装置，对海洋深水试验池造流系统所模拟的海流进行整流，使其尽快达到空间上和时间上的稳定、均匀的状态。本发明主要用于船舶与海洋工程领域。
背景技术
随着海洋油气开发活动由近海向深海发展，许多新研制的适用于深海开发的海上石油生产处理装置也不断涌现，包括顺应式平台(CT)、浮式生产储油装置(FPSO)、张力腿平台(TLP)、大型深水多功能半潜式平台(Semi-FPS)、单柱式平台(SPAR)、浮式生产钻井储油装置(FPDSO)等。这些深水平台由于所处的海洋环境恶劣，其技术复杂，投资巨大，风险极高。因此，在进行工程建设之前，世界各国都会进行模型试验，以检验其安全性到底是否足够，而海洋深水试验池则是进行海洋工程深水试验研究中不可或缺的基础硬件设施。由于深海中的海流不仅会对深水平台的立管和系泊缆产生较大的诱导载荷，并且会对海洋结构物的低频运动产生影响。因此，对于海洋深水试验池而言，能否正确模拟深海海流就显得尤为重要。根据海洋工程深水试验的要求，深水池内所模拟的水流应该达到均匀流动的状态，水流无论是在时间上还是空间上都尽可能的平稳，包括流向稳定、紊流小、不应出现漩涡等扰动因素等。
经对现有技术的文献检索发现，季春群等人发表在《中国海洋平台》1996年04期191-193页上的“海洋工程环境条件模拟”一文中，介绍了上海交通大学现有海洋工程水池的造流系统与方法。现有的海洋工程水池造流系统一般是由喷口直接向水池中喷射水流来模拟实际的海流。不过，这一方法存在许多的缺陷。由于造流系统各喷口产生的高速流直接进入水池，而没有任何整流措施，所以实际所造的流的稳定、均匀性较差，对于试验结果也会造成一定的不良影响。因此需要一种复合式整流装置进行配合造流，才能有效降低喷射水流进入水池后的湍流强度，模拟出均匀稳定的海流。在近一步的检索中，并未发现有很好的装置来对深水池所模拟的海流进行整流。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，设计提供一种深水试验池造流系统复合式整流装置，将深水池造流系统各喷口产生的的较为紊乱的高速流进行整流，使其在进入水池范围后尽快达到、稳定、均匀的低速状态，以满足海洋工程模型试验中对模拟海况的设计要求。
为了实现这一目的，本发明的深水试验池造流系统新型复合式整流装置主要针对造流系统的造流喷口，在其出口近距离处安装一块由支撑框架和整流块构成的整流板，支撑框架由高强度细长板条纵横交错构建成网格状，其外端固定于水池四周的壁面上。在支撑框架交错的每一个交叉点上都安装整流块，整流块分别与造流喷口上的各个喷口一一对应，整流块的尺寸与造流喷口的孔径相对应。为进一步完善整流效果，可在整流板后部较远的位置安装整流网，整流网由更为细长的板条交错构成，呈网状，其网眼更加细密。其中，整流板对于整流起着主要的作用，而整流网则为辅助设施。
本发明的深水试验池造流系统新型复合式整流装置具体结构为：
在深水试验池造流系统喷口的出口处近距离的安装一整流板，该整流板由支撑框架和整流块构成，支撑框架由细长板条纵横交错构建成网格状，其外端固定于水池四周的壁面上，在支撑框架交错的每一个交叉点上都安装整流块，整流块分别与造流喷口上的各个喷口一一对应，保证每个喷口的正前方都会有一整流块起到整流作用，从而使喷口中喷射的水流不会直接冲过去。整流块的尺寸与造流喷口的孔径相对应。在距离喷口较远处安装一层较密的整流网，进一步降低湍流度。
本发明中支撑框架由细长形的高强度板条构成，并且该框架的所有交叉点应该正好对应于造流喷口。支撑框架与造流喷口之间距离保持较近的距离，较为合适的距离为0.1m～0.4m之间，其值对整流的程度有一定的影响。
安装在支撑框架交叉点上整流块的尺寸大小与造流喷口的孔径大小相等，形状为正四面体，也可以取为正方体、长方体、半球形等常见的几何形状，将整流块的某一面(如半球形为底部平面)与交叉点平面固定在一起。
安装在整流板后部(1.5～2.0m之间某处)的整流网由更为细长的板条交错组成，板条固定于四周的壁面上。整流网的网眼较密，渗透率较高，起到进一步降低湍流度、减少漩涡的目的。
当启动深水试验池的造流系统后，水流从喷口中喷射而出，因为流速较大，所以水流会集中在喷口管径的范围内向前流动。由于整流块安装在正对着喷口前方较近的位置，水流到达整流板时还没有分散开来，直接撞上整流块，被迫从周围绕行而过，水流的速度降低的同时，流动的范围也大大增加，从而达到一个更加稳定、均匀地流动状态。而安装在造流喷口后部较远距离的整流网则可进一步降低水流的湍流度并减小涡流，使整流效果得到进一步完善。
本发明的深水试验池造流系统复合式整流装置，与现有的整流技术相比具有明显的优点。本装置针对造流喷口而设计，水流经过造流喷口喷射而出撞上整流块后，水流马上达到了均匀、稳定的状态，整流效果大大提高，得到稳定均匀流所需的距离大大缩短。因而设置本发明的复合式整流装置后，海洋深水试验池中模拟的水流也更为接近实际的海流，试验效果进一步提高。
本发明结构简单，实现容易，所采用的部件为常用材料，可以从市场上购买得到，不需另外的特殊设计和生产，非常方便。此外，如对于整流效果要求较低，还可以直接利用支撑框架提供主要整流作用，省去整流块，进一步降低造价，并保证一定的整流能力。
附图说明
图1为本发明深水试验池造流系统复合式整流装置的结构示意图。
图1中，1为造流喷口，2为水池的壁面，3为支撑框架，4为整流块，5为整流网。
图2为本发明结构的侧视图。
图2中，1为造流喷口，2为水池的壁面，3为支撑框架，4为整流块，5为整流网。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明深水试验池造流系统复合式整流装置的结构布置如图1所示，在造流喷口1的出口相距0.1m～0.4m之间的某个距离处安装一块整流板，整流板由支撑框架3和整流块4构成。支撑框架3由细长板条纵横交错构建成网格状，其外端固定于水池四周的壁面2上。在支撑框架3交错的每一个交叉点上都安装整流块4，整流块4分别与造流喷口1上的各个喷口一一对应。整流块4的尺寸大小与造流喷口1的孔径大小相对应。
所述整流块4的形状可以是多种多样的，如常见的简单几何形状：正方体、长方体、半球形、正四面体等。
为进一步完善整流效果，可在支撑框架3后部1.5～2.0m某一位置处安装整流网5，整流网5由细长板条纵横交错构成网眼细密的网状结构，整流网5外端也固定于水池四周的壁面2上，整流网5的渗透率较高。
图2是本发明装置结构的侧视图(或俯视图)，与图1的三维视图相对应。如图2所示，造流喷口1上的各个喷口与出口处支撑框架3各交叉点上的整流块4一一相对应，而支撑框架3则固定在水池的壁面2上。整流网5在支撑框架3的后部，同时也固定于水池四周的壁面2上。
从图2中能够比较直观的看出，构成支撑框架3的细长板条其宽度与造流喷口1上喷口的孔径大小一样，厚度则在保证强度的情况下尽可能减小，长度方向上则延伸到两侧的壁面2即可。支撑框架3与造流喷口1的合适距离在0.1m～0.4m的范围之内。固定在支撑框架3交叉点上的整流块4与造流喷口1上的喷口一一对应，其尺寸大小与喷口孔径相等。整流网5与支撑框架3的合适距离为1.5～2.0m之间。
当深水试验池启动造流系统后，水流由水泵驱动到达造流喷口1，由于墙体的阻挡，只能由造流喷口1上的喷口流出。因为造流喷口1两侧的压力差较大，从喷口中喷射的水流流速较大，并且集中在喷口孔径的范围内，而其它地方的水流流速则非常小。由于固定在支撑框架3上的整流块4与喷口一一对应，从喷口喷射出的高速水流向前冲了一段距离后，因为有整流块4的阻挡，水流直接撞上整流块4，速度大大降低，并且只能从整流块4的周围绕流而过。这样，水流的速度得到了降低，并且流动的范围也大大增加，因此水流相比较没安装复合式整流装置时更快地达到了一个更加稳定、均匀地流动状态。再流动一段距离后，水流到达整流网5，从细密的网眼中穿过。经过高渗透性整流网5的辅助整流作用，水流的湍流度降低，整流效果得到进一步完善。

Claims (3)

1、一种深水试验池造流系统复合式整流装置，包括造流喷口(1)，其特征在于在造流喷口(1)出口相距0.1m～0.4m处安装由支撑框架(3)和整流块(4)构成的整流板，所述支撑框架(3)由细长板条纵横交错构建成网格状，其外端固定于水池四周的壁面(2)上，在支撑框架(3)交错的每一个交叉点上都安装整流块(4)，整流块(4)分别与造流喷口(1)上的各个喷口一对应，整流块(4)的尺寸大小与造流喷口(1)的孔径大小相对应。
2、根据权利要求1的深水试验池造流系统复合式整流装置，其特征在于在所述支撑框架(3)后部相距1.5～2.0m处安装整流网(5)，所述整流网(5)由细长板条纵横交错构成网眼细密的网状结构，整流网(5)外端固定于水池四周的壁面(2)上。
3、根据权利要求1或2的深水试验池造流系统复合式整流装置，其特征在于所述整流块(4)的形状为正方体、长方体、半球形或正四面体。
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