CN102620898A - 一种海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统 - Google Patents

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本发明属于海洋立管设施铺设技术领域，具体涉及一种在模拟研究海洋立管涡激振动规律时，能有效施加顶张力和内流的试验系统。一种海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统，包括支架、立管模型、铰接接头和滑轮；滑轮固定于支架的顶部；铰接接头包括铰接接头(上)和铰接接头(下)，铰接接头(下)固定于支架的底部，立管模型的下端与铰接接头(下)连接，立管模型的上端连接铰接接头(上)；在铰接接头(上)的顶板上安装有螺柱，螺柱的上端连接钢绞线，钢绞线绕过滑轮与配重块连接。本发明的系统能够有效地实现铰接、施加内流和施加顶张力三个功能，在海洋立管模型试验中，能很好的模拟工程实际，从而得出准确的试验数据和结论。

Description

一种海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统
技术领域
本发明属于海洋立管设施铺设技术领域，具体涉及一种能够在模拟研究海洋立管涡激振动规律时，有效施加顶张力和内流的试验系统及装置。 
背景技术
海洋立管是海洋平台与海底井口间的主要连接件。作为海面与海底的一种联系通道，可用于固定式平台、浮式平台及钻探船舶等。海洋立管长细比很大，在海洋环境荷载作用下，例如风、浪、流的作用，可能发生涡激振动，从而加速其疲劳破坏。而海洋立管大多用于输送石油、天然气等易燃易爆物品，一旦发生破坏，必将引发严重的环境污染和次生灾害。 
海洋立管的主要功能有：在油井和平台之间运输流体，引导钻探或油井检修工具和管道进入油井；海洋立管是系泊系统的重要组成部分，可作为支撑备用管线；上端与平台或船舶底部的滑移节连接，下端通过万向节与海底井口连接，当平台或船舶在波浪作用下运动时，立管有足够的自由度随之运动，并在平台或船舶发生垂直震荡时改变其长度。因此，在进行海洋立管涡激振动规律的试验研究时，内流、顶张力和连接方式是必须考虑的三个因素。 
但是在目前国内进行的海洋立管模型试验中，对于立管接头的处理，仍不能很好的模拟工程实际，从而使得出的结论不具有适用性。存在的主要问题有：部分试验选择其中的一个或两个因素进行涡激振动规律的初步研究，导致得出的结论具有片面性；试验过程中虽然能够施加顶张力，但顶张力的大小随时间变化，并且不能够准确测量出其数值；立管接头并非严格的固结或者铰接，多数为半铰接状态。 
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，结合海洋工程中海洋立管的实际工作状况，提供一种能够在进行海洋立管涡激振动模型试验时，有效施加内流和顶张力的试验系统，从而提高海洋立管涡激振动模型试验的准确性。 
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统，主要包括支架、立管模型、铰接接头和滑轮；滑轮固定于支架的顶部；铰接接头包括铰接接头(上)和铰接接头(下)，铰接接头(下)固定于支架的底部，立管模型的下端与铰接接头(下)连接，立管模型的上端连接铰接接头(上)；在铰接接头(上)的顶板上安装有螺柱，螺柱的上端连接钢绞线，钢绞线绕过滑轮与配重块连接。 
滑轮的主要作用是便于施加顶张力，支架的主要作用是为整个试验系统提供支撑和固定； 
立管模型，是指根据实验条件和比尺模型所确定的适合模拟海洋立管涡激振动规律的材料，一般选用钢管、铜管和PVC管等； 
铰接接头是本系统的核心，包括顶座部分、轴承十字架和底座部分；顶座部分包括顶板、轴承座I和轴承；顶板中心处开孔并耕丝，试验时连接螺柱并在其上端施加拉力，从而实现施加顶张力的功能；轴承座I上部与顶板相连接，下部开孔并设卡槽，嵌入轴承； 
轴承十字架包括轴承架I和轴承架II；轴承架I、轴承架II的两端比中间部分略细，使其能够恰好穿过轴承；轴承架I的中间部分加粗并开孔，使轴承架II能够恰好穿过并卡住，两者构成“十”字形；轴承架I与轴承座II相连接，轴承架II与轴承座I相连接；轴承十字架的主要功能是使得顶座部分与底座部分能够自由旋转，从而实现完全铰接的功能。 
底座部分包括底座、轴承座II和轴承；轴承座II下部与底座相连，上部开孔并设卡槽，嵌入轴承；轴承座II的功能与轴承座I的功能相同；在底座的侧面和底面分别开进(出)水孔和立管连接孔并耕丝，进(出)水孔与施加内流的进水管相连接，立管连接孔与选定的立管模型相连接，该部分的主要功能是连接立管模型并施加内流。 
经试验验证，本发明的海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统，在模拟研究海洋立管涡激振动规律时能够有效地实现铰接、施加内流和施加顶张力三个功能，能很好的模拟工程实际，从而得出准确的试验数据和结论。 
附图说明
图1是本发明的海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统整体结构示意图； 
图2是本发明的海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统局部结构示意图； 
图3是铰接接头的结构示意图； 
图4是铰接接头的结构示意图； 
图中：1、滑轮；2、铰接接头(上)；3、进水管；4、立管模型；5、铰接接头(下)；6、出水管；7、配重块；8、支架；9、顶板；10、轴承座I；11、轴承；12、轴承架I；13、轴承架II；14、轴承座II；15、底座；16、进(出)水孔；17、立管连接孔。 
具体实施方式
如图1和图2所示，一种海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统及装置，主要包括支架8、立管模型4、滑轮1和铰接接头；滑轮1固定于支 架8的顶部；铰接接头包括铰接接头(上)2和铰接接头(下)5，铰接接头(下)5固定于支架8的底部，立管模型4的下端与铰接接头(下)5连接，立管模型4的上端连接铰接接头(上)2；在铰接接头(上)2的顶板9上安装有螺柱，螺柱的螺纹规格与顶板9的开孔相配，拧紧并使其端部露出顶板9的下底面，然后选用合适规格的螺帽再次拧紧；螺柱的上端弯成弯钩，与钢绞线的一端连接；将钢绞线绕过滑轮1，另一端与配重块7连接； 
立管模型4选用铜管，并在其两端端部耕丝，使其螺纹能分别与铰接接头(上)2和铰接接头(下)5的立管连接孔17的螺纹相配并拧紧； 
如图3所示，铰接接头包括顶座部分、轴承十字架和底座部分；顶座部分包括顶板9、轴承座I10和轴承；顶板9中心处开孔并耕丝，试验时连接螺柱并在其上端施加拉力，从而实现施加顶张力的功能；轴承座I10上部与顶板9相连接，下部开孔并设卡槽，嵌入轴承； 
轴承十字架包括轴承架I12和轴承架II13；轴承架I12、轴承架II13的两端比中间部分略细，使其能够恰好穿过轴承；轴承架I12的中间部分加粗并开孔，使轴承架II13能够恰好穿过并卡住，构成“十”字形；轴承架I12与轴承座II14相连接，轴承架II13与轴承座I10相连接；轴承十字架的主要功能是使得顶座部分与底座部分能够自由旋转，从而实现完全铰接的功能； 
如图3和图4所示，底座部分包括底座15、轴承座II14和轴承；轴承座II14下部与底座15相连，上部开孔并设卡槽，嵌入轴承11；轴承座II14的功能与轴承座I10的功能相同；在底座15的侧面和底面分别开进(出)水孔16和立管连接孔17并耕丝，进(出)水孔16与施加内流的进水管3或出水管6连接接，立管连接孔17与的立管模型4相连接，该部分的主要功能是连接立管模型并施加内流。 
在进行海洋立管涡激振动模型试验中，施加内流时，可以根据试验要求，选择上端进水、下端出水或者下端进水，上端出水的方式。以上端进水、下端出水为例，施加内流的进水管可选用钢管或铜管，在其端部耕丝，使其螺纹能与铰接接头(上)2的进水孔3的螺纹相配并拧紧；如选用橡胶管，为保证连接处的密闭性，则需在水管的出水端连接一段钢管或铜管，再在其端部耕丝，使其螺纹能与铰接接头(上)2的进水孔3螺纹相配并拧紧；铰接接头(下)5的出水孔6可不做处理，自然出水，或者与进水管相同，连接一段钢管或铜管。 
内流的施加装置选用高压自吸泵、智能流量计、球阀开关和水管等组成。其中高压自吸泵能够提供适宜流速的内流，智能流量计可以精确地读取内流的流量。 
各装置组装完毕以后，根据实验条件，打开高压自吸泵，调节球阀并监测智能流量计，即可获得所需的内流；然后在配重块上添加或减少已知重量的配重块，即可达到施加顶张力的作用。 
由于铰接接头的顶座部分能够与底座部分自由旋转，从而实现了完全铰接的功能。 
在本发明的整个系统中，由于多处位置需要耕丝并且相互配套，在进行试验准备时，需要根据实验条件，提前对开孔的大小和螺纹的规格进行统一设计，以达到良好的试验效果。 

Claims (8)

1.一种海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统，其特征在于：主要包括支架、立管模型、铰接接头和滑轮；滑轮固定于支架的顶部；铰接接头包括铰接接头(上)和铰接接头(下)，铰接接头(下)固定于支架的底部，立管模型的下端与铰接接头(下)连接，立管模型的上端连接铰接接头(上)；在铰接接头(上)的顶板上安装有螺柱，螺柱的上端连接钢绞线，钢绞线绕过滑轮与配重块连接。
2.根据权利要求1所述的海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统，其特征在于：所述的铰接接头包括顶座部分、轴承十字架和底座部分；顶座部分包括顶板、轴承座I和轴承；顶板中心处开有一孔；轴承座I上部与顶板相连接，下部开孔并设卡槽，嵌入轴承；轴承十字架包括轴承架I和轴承架II；底座部分包括底座、轴承座II和轴承；轴承座II下部与底座相连接，上部开孔并设卡槽，嵌入轴承；在底座的侧面和底面分别设置有进(出)水孔和立管连接孔；轴承架I与轴承座II相连接，轴承架II与轴承座I相连接。
3.根据权利要求2所述的海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统，其特征在于：所述的轴承架I的中间部分加粗并开孔，轴承架II穿过轴承架I上的孔并卡住，两者构成“十”字形。
4.根据权利要求2所述的海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统，其特征在于：轴承架I、轴承架II的两端比中间部分略细，使两端恰好穿过轴承。
5.根据权利要求1所述的海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统，其特征在于：螺柱的上端弯成弯钩，与钢绞线的一端连接。
6.根据权利要求1所述的海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统，其特征在于：螺柱安装于铰接接头(上)的顶板上的开孔。
7.根据权利要求1所述的海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统，其特征在于：立管模型的两端分别与铰接接头(上)和铰接接头(下)的立管连接孔连接。
8.根据权利要求1所述的海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统，其特征在于：所述的立管模型选用钢管、铜管或PVC管。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103105281A (zh) * 2013-01-05 2013-05-15 中国海洋大学 一种用于研究顶张力作用下海洋立管干涉规律的试验装置
CN105181281A (zh) * 2015-07-09 2015-12-23 天津大学 倾角均匀来流条件深海张紧式单根立管涡激振动试验装置
CN105203279A (zh) * 2015-09-18 2015-12-30 天津大学 垂直均匀来流海洋立管涡激-参激耦合振动试验装置
CN105222969A (zh) * 2015-09-18 2016-01-06 天津大学 倾角阶梯来流海洋立管涡激-参激耦合振动试验装置
CN105300635A (zh) * 2015-09-18 2016-02-03 天津大学 垂直阶梯来流海洋立管涡激-参激耦合振动试验装置
CN107860540A (zh) * 2017-11-14 2018-03-30 中国石油大学(华东) 一种多用途深水测试管柱内流自激振动试验模拟装置
CN110749418A (zh) * 2019-11-21 2020-02-04 中国海洋大学 一种海洋脐带缆涡激振动试验装置及方法
CN111721487A (zh) * 2019-03-20 2020-09-29 山东科技大学 一种基于耦合干涉效应的变角度及间距的立管群涡激振动试验装置
CN116202722A (zh) * 2023-04-26 2023-06-02 山东科技大学 一种内外流联合作用下海洋立管群干涉效应试验装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070056384A1 (en) * 2003-06-09 2007-03-15 Exxon Mobil Upstream Resarch Company Cor-Urc-Sw348 Method and apparatus for fluid flow testing
CN102012306A (zh) * 2010-11-19 2011-04-13 上海交通大学 双向剪切流下斜置立管的涡激振动旋转测试装置
CN102109405A (zh) * 2010-11-22 2011-06-29 上海交通大学 双向剪切流和双向阶梯剪切流下立管的涡激振动测试装置
US20110292384A1 (en) * 2008-09-08 2011-12-01 Rogerio Ramos System and method for detection of flexible pipe armor wire ruptures
CN102279085A (zh) * 2011-05-31 2011-12-14 上海交通大学 均匀流下受预张力的深海立管列阵模型涡激模拟试验装置
CN102323024A (zh) * 2011-05-31 2012-01-18 上海交通大学 深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统
CN102368050A (zh) * 2011-09-20 2012-03-07 中国海洋石油总公司 一种用于监测涡激振动抑制装置的试验装置及试验方法
CN202599635U (zh) * 2012-03-23 2012-12-12 中国海洋大学 一种海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070056384A1 (en) * 2003-06-09 2007-03-15 Exxon Mobil Upstream Resarch Company Cor-Urc-Sw348 Method and apparatus for fluid flow testing
US20110292384A1 (en) * 2008-09-08 2011-12-01 Rogerio Ramos System and method for detection of flexible pipe armor wire ruptures
CN102012306A (zh) * 2010-11-19 2011-04-13 上海交通大学 双向剪切流下斜置立管的涡激振动旋转测试装置
CN102109405A (zh) * 2010-11-22 2011-06-29 上海交通大学 双向剪切流和双向阶梯剪切流下立管的涡激振动测试装置
CN102279085A (zh) * 2011-05-31 2011-12-14 上海交通大学 均匀流下受预张力的深海立管列阵模型涡激模拟试验装置
CN102323024A (zh) * 2011-05-31 2012-01-18 上海交通大学 深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统
CN102368050A (zh) * 2011-09-20 2012-03-07 中国海洋石油总公司 一种用于监测涡激振动抑制装置的试验装置及试验方法
CN202599635U (zh) * 2012-03-23 2012-12-12 中国海洋大学 一种海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张永波: "深海输液立管涡激振动预报及抑振技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库基础科学辑》 *
张永波等: "多用途输液立管涡激振动实验研究与疲劳分析", 《实验力学》 *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103105281A (zh) * 2013-01-05 2013-05-15 中国海洋大学 一种用于研究顶张力作用下海洋立管干涉规律的试验装置
CN105181281A (zh) * 2015-07-09 2015-12-23 天津大学 倾角均匀来流条件深海张紧式单根立管涡激振动试验装置
CN105181281B (zh) * 2015-07-09 2017-11-28 天津大学 倾角均匀来流条件深海张紧式单根立管涡激振动试验装置
CN105222969A (zh) * 2015-09-18 2016-01-06 天津大学 倾角阶梯来流海洋立管涡激-参激耦合振动试验装置
CN105300635A (zh) * 2015-09-18 2016-02-03 天津大学 垂直阶梯来流海洋立管涡激-参激耦合振动试验装置
CN105222969B (zh) * 2015-09-18 2017-11-28 天津大学 倾角阶梯来流海洋立管涡激‑参激耦合振动试验装置
CN105203279A (zh) * 2015-09-18 2015-12-30 天津大学 垂直均匀来流海洋立管涡激-参激耦合振动试验装置
CN105203279B (zh) * 2015-09-18 2017-12-15 天津大学 垂直均匀来流海洋立管涡激‑参激耦合振动试验装置
CN105300635B (zh) * 2015-09-18 2017-12-15 天津大学 垂直阶梯来流海洋立管涡激‑参激耦合振动试验装置
CN107860540A (zh) * 2017-11-14 2018-03-30 中国石油大学(华东) 一种多用途深水测试管柱内流自激振动试验模拟装置
CN107860540B (zh) * 2017-11-14 2019-02-01 中国石油大学(华东) 一种多用途深水测试管柱内流自激振动试验模拟装置
CN111721487A (zh) * 2019-03-20 2020-09-29 山东科技大学 一种基于耦合干涉效应的变角度及间距的立管群涡激振动试验装置
CN111721487B (zh) * 2019-03-20 2024-05-17 山东科技大学 一种基于耦合干涉效应的变角度及间距的立管群涡激振动试验装置
CN110749418A (zh) * 2019-11-21 2020-02-04 中国海洋大学 一种海洋脐带缆涡激振动试验装置及方法
CN116202722A (zh) * 2023-04-26 2023-06-02 山东科技大学 一种内外流联合作用下海洋立管群干涉效应试验装置

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