CN105067210B - 倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验装置，包括海洋立管模型、横向试验支持架、拖车、应变采集仪和计算机，海洋立管模型的两端设有与横向试验支持架连接的端部支撑装置，横向试验支持架固定于拖车的底部；海洋立管模型包括若干条导线和一薄壁铜管，薄壁铜管外依次向外设有若干层热塑管和一层硅胶管，薄壁铜管与热塑管之间设有多片应变片，所述海洋立管模型一端的轴段上固定有流线型整流罩，导线和拉力传感器与应变采集仪联接，应变采集仪与计算机连接。本发明可实现大雷诺数、大长径比的深海立管束涡激振动试验观测，试验条件更加符合实际海洋工程工况，是深海立管束涡激振动试验研究必不可少的装置措施。

Description

倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验装置

技术领域

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，涉及的是一种倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验装置。

背景技术

立管系统是深海石油开采系统中不可缺少的关键部分。立管连接了海底油气田和海上作业平台，使海上作业平台可以进行钻探、导液、导泥等工作。随着油气开采向深海进军，立管的作业水深也越来越大，在深水区域，波浪和海面船体运动对立管造成的损伤逐渐减弱，但海流成为了造成立管损伤的主要因素。海流的作用水深范围很大，当海流经过海洋立管时，立管后缘将产生交替的漩涡脱落，当漩涡脱落频率与立管自振频率相近时，立管的振动将迫使漩涡脱落频率固定在立管自振频率附近，从而发生“锁定”现象。另外海洋立管并不是单独作业，在实际的工程应用中，多根立管会组成立管束共同作业，因此探究多根立管涡激振动具有重要的理论和现实意义。

目前，学术界对涡激振动的研究更多关注结构轴向与来流垂直的情况，实际的海洋工程中，立管结构轴向与来流并不完全垂直，存在一定倾斜角度。针对这种复杂的情况，有学者提出倾斜柔性圆柱涡激振动的不相关原则，即假定倾斜柔性圆柱涡激振动与来流速度在结构轴向的垂直方向投影分量引起的垂直圆柱情况等价。然而，不相关原则的正确与否至今仍然存在争议。特别是针对立管束的情况，倾角均匀来流条件深海立管束涡激振动特性还不得而知。

研究倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动现象的最可靠和最有效的手段是模型试验。通过模型试验，可以比较全面的观测到涡激振动现象、主要特征以及来流的倾角对涡激振动产生的影响，获得较为可靠的试验结果来效验理论和数值模型的精度。为工程实际积累经验。在实际的海洋工程环境，不仅立管轴向与来流垂直方向存在一定倾角，同时从海平面到海底整个深度范围内的流速截面并不是一成不变的，例如墨西哥湾或者中国南海的深水区域，一般表层300米的范围内平均流速是300-800米水深的4到5倍，是800米水深以下的20倍以上，可以发现，整个深度范围内的来流是倾角的阶梯状来流。经对现有的技术文献检索发现，国内外对于倾角来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验研究非常少。针对于无倾角垂直状态下的阶梯状来流单根立管涡激振动试验已有开展。2005年第21期《Journal of Fluids and Structures》杂志中的论文“Laboratory measurementsof vortex-induced vibrations of a vertical tension riser in a steppedcurrent”(阶梯状来流条件垂直单根张紧式立管涡激振动试验观测)，设计了一套精巧的试验装置。在拖曳水池水面上竖起一个水桶，桶口在水面以下，由于大气压的原因，桶内抽成真空后便可有高度在10米内的水柱，立管长13.12米，上端固定在水桶的上，下端与池底附件支撑，水桶固定于拖车之上，开动拖车后产生阶梯状来流试验条件。然而该装置无法实现立管束的涡激振动试验观测，更无法实现倾角的阶梯状来流条件。

发明内容

本发明针对倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验研究存在的难点和不足，提供了研究倾角阶梯状来流下立管束涡激振动的试验装置，能够模拟有倾角的阶梯状来流，对深海张紧式立管束开展试验研究，探究其涡激振动机理及来流倾角对涡激振动的影响，为工程实际提供参考和借鉴。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验装置，包括海洋立管模型、横向试验支持架、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0.3mm，所述导线为7芯导线，所述薄壁铜管的外径为8mm、壁厚为1mm；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塑管和一层硅胶管，所述薄壁铜管与所述热塑管之间设有多片用于采集应变的应变片，所述应变片通过接线端子与所述导线相连，所述导线的两端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，所述主体横梁的两侧顶部均分别设有角度盘；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连接有水平布置的第一角度板，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多个通孔，所述通孔的数量和位置分别与试验时海洋立管模型的数量和安装位置相同；每个通孔内分别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洋立管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连接有水平布置的第二角度板，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多个长方形豁口，长方形豁口内分别设有角度卡板或补贴板，所述角度卡板上设有多个立管安装孔；该试验装置中包括有四套角度卡板，每套角度卡板上的立管安装孔的轴线与角度卡板厚度方向的夹角分别为0度、15度、30度、45度；所述第二支撑板的外侧设有多个滑轮，所述滑轮的个数与试验时安装的海洋立管模型的数量相同，所述滑轮的滑轮座与第二支撑板之间设有滑轮座垫块，所述滑轮座垫块为楔形块，所述第二支撑板上位于每个滑轮座的下方分别设有一钢丝绳过孔；该试验装置中包括有三套数量与滑轮个数相同的滑轮座垫块，每套滑轮座垫块上的斜面与第二支撑板接触面之间的夹角分别为15度、30度、45度；所述第二导流板的内侧固定有一流线型整流罩，所述流线型整流罩罩住所述海洋立管模型一端的轴段；所述主体横梁上、位于与第二端部支撑装置的连接端一侧连接有个数与滑轮个数相同与拉力传感器一端连接的固定结构，所述拉力传感器的另一端依次连接有拉力张紧器和拉力弹簧；分别自每个海洋立管模型中的第二圆柱接头，穿过第二支撑板上的钢丝绳过孔后绕过滑轮至拉力弹簧的另一端连接有钢丝绳；所述钢丝绳和与之连接的海洋立管模型的轴线在同一平面内；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。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明解决了倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验中，立管束排布和改变来流倾角和阶梯状流场的问题，本发明可实现大雷诺数、大长径比的深海立管束涡激振动试验观测，试验条件更加符合实际海洋工程工况，同时本发明装置的设计简单，安装调试方便，造价低廉，是深海立管束涡激振动试验研究必不可少的装置措施，弥补了学术界的空白，具有重要的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明中没有抑制结构的立管束涡激振动试验装置的结构示意图；

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；

图3是本发明中带有抑制结构的立管束涡激振动试验装置的结构示意图；

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；

图5是图1中所示第一、第二支撑板结构示意图；

图6是图1中所示导流板11及流线型整流罩26的结构示意图；

图7是横向试验支持架结构俯视图；

图8是图7所示横向试验支持架的右视图；

图9是角度盘的结构示意图；

图10是横向试验支持架与拖车相互位置一的俯视图；

图11是图10所示横向试验支持架与拖车相互位置一的右视图；

图12-1横向试验支持架与拖车相互位置二的俯视图；

图12-2是横向试验支持架与拖车相互位置三的俯视图；

图12-3是横向试验支持架与拖车相互位置四的俯视图；

图13-1是图12-1所示状态下立管束与来流之间倾角示意图；

图13-2是图12-2所示状态下立管束与来流之间倾角示意图；

图13-3是图12-3所示状态下立管束与来流之间倾角示意图；

图14-1是滑轮座垫块的主视图；

图14-2是图14-1所示滑轮座垫块的左视图；

图14-3是图14-1所示滑轮座垫块的俯视图；

图15-1是本发明中流线型整流罩的端向视图；

图15-2是图15-1所示流线型整流罩的俯视图；

图15-3是图15-1所示流线型整流罩背水一面的视图；

图15-4是图15-1所示流线型整流罩迎水一面的视图；

图16是带有螺旋列板抑制装置的海洋立管模型结构示意图。

图中：

1-海洋立管模型 2-第一、第二端部支撑装置 3-横向试验支持架

4-角度盘 5-第一圆柱接头 6-第二圆柱接头

7-销钉 51-薄壁铜管 9-斜撑管

10-万向联轴节 111-第一导流板 112-第二导流板

12-加强架 131-第一支撑管 132-第二支撑管

141-第一支撑板 142-第二支撑板 15-万向联轴节螺丝

16-滑轮 17-钢丝绳 18-导流板固定螺丝

19-弹簧 20-拖车 211-第一角度板

212-第二角度板 23-滑轮座垫块 24-拉力张紧器

25-拉力传感器 26-补贴板 27-流线型整流罩

28-流线型围板 29-外沿板 30-硅胶带(螺旋列板)

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

如图1所示，本发明一种倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验装置，包括海洋立管模型1、横向试验支持架3、拖车、应变采集仪和计算机，所述海洋立管模型1的一端设有第一端部支撑装置，所述海洋立管模型1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1既可以是裸管，如图2所示；也可以是带有抑制结构即螺旋列板30，如图4所示；若所述海洋立管模型1是裸管，其结构是：包括若干条导线和一薄壁铜管51，所述导线的外径为0.3mm，所述导线为7芯导线，所述薄壁铜管51的外径为8mm、壁厚为1mm；自所述薄壁铜管51的外表面依次向外设有相互紧密接触的若干层热塑管55和一层硅胶管56，所述薄壁铜管51与所述热塑管55之间设有多片用于采集应变的应变片53，所述应变片53通过接线端子与所述导线相连，所述导线的两端与所述薄壁铜管51的一端或分别与所述薄壁铜管51的两端固定；所述薄壁铜管51的一端通过销钉7连接有第一圆柱接头5，所述薄壁铜管51的另一端通过销钉7连接有第二圆柱接头6，如图2和图16所示；若是带有抑制结构的，则在上述裸管结构的基础上，在所述海洋立管模型1的硅胶管56外表面上设有多条呈螺旋线状的硅胶带30，所述硅胶带30的横断面与试验管道螺旋列板的横断面的形状相同，如图4和图16所示。

所述横向试验支持架3包括主体横梁，所述主体横梁的两侧顶部均分别设有角度盘4，角度盘的结构如图9所示，所述主体横梁的顶部设有槽钢，所述拖车支撑在槽钢上；如图7和图8所示。

所述第一端部支撑装置包括竖直方向的第一支撑管131，所述第一支撑管131的顶部连接有水平布置的第一角度板211，所述第一支撑管131的底部连接有第一支撑板141，所述第一支撑板141的内侧通过螺栓连接有与所述第一支撑板141平行的第一导流板111，所述第一导流板111的下部设有多个通孔，所述通孔的数量和位置分别与试验时海洋立管模型的数量和安装位置相同；每个通孔内分别设有一个万向联轴节10，所述万向联轴节10的一端通过万向联轴节螺丝15固定在第一支撑板141上，所述万向联轴节10的另一端与所述海洋立管模型1中的第一圆柱接头5连接。

所述第二端部支撑装置包括竖直方向的第二支撑管132，所述第二支撑管132的顶部连接有水平布置的第二角度板212，所述第二支撑管132的底部连接有第二支撑板142，所述第二支撑板142的内侧通过螺栓连接有与所述第二支撑板142平行的第二导流板112，所述第二导流板112的下部设有多个长方形豁口，长方形豁口内分别设有角度卡板或补贴板26，所述角度卡板上设有多个立管安装孔；该试验装置中包括有四套角度卡板，每套角度卡板上的立管安装孔的轴线与角度卡板厚度方向的夹角分别为0度、15度、30度、45度。

所述第一支撑板141和第一支撑板142的结构相同，如图5所示。

第一角度板211、第二角度板212和角度盘的结构相同，为了使导流板11始终与来流方向平行，需要调节角度板和角度盘4的位置。通过第一角度板211或第二角度板212相对其下面的角度盘4之间的相对位置就可以调整横向试验支持架与拖车行走方向的相互位置关系，当来流的垂直方向与立管的轴向倾角为0度时，横向试验支持架3与拖车20垂直固定，如图10和图11所示；来流的垂直方向与立管的轴向倾角为15度时，横向试验支持架3与拖车20呈15度角固定，如图12-1；来流的垂直方向与立管的轴向倾角为30度时，横向试验支持架3与拖车20呈30度角固定，如图12-2；当来流与立管的倾角为45度时，横向试验支持架3与拖车20呈45度角固定，如图12-3。调整横向试验支持架3与拖车20之间角度的同时也就确定了立管与来流之间的倾角，当来流的垂直方向与立管的轴向倾角为0度时，角度板和角度盘4应正好重合；当来流的垂直方向与立管的轴向倾角为15度时，角度板和角度盘4之间的角度应为15度；当来流的垂直方向与立管的轴向倾角为30度时，角度板和角度盘4之间的角度应为30度；当来流的垂直方向与立管的轴向倾角为45度时，角度板和角度盘4之间的角度应为45度。如图13-1、图13-2和图13-3为立管与来流之间倾角示意图，图13-1表示倾角为15度，图13-2表示倾角为30度，图13-3表示倾角为45度。

所述第二支撑板142的外侧设有多个滑轮16，所述滑轮的个数与试验时安装的海洋立管模型的数量相同，所述滑轮16的滑轮座与第二支撑板142之间设有滑轮座垫块23，所述滑轮座垫块23为楔形块，所述第二支撑板142上位于每个滑轮座的下方分别设有一钢丝绳过孔；该试验装置中包括有三套数量与滑轮个数相同的滑轮座垫块23，每套滑轮座垫块23上的斜面与第二支撑板142接触面之间的夹角分别为15度、30度、45度。

如图14-1、图14-、2和图14-3示出了可以改变滑轮座角度的滑轮座垫块的楔形块结构，由于当海洋立管模型1轴向与来流垂直方向之间倾角为15度、30度、45度时，海洋立管模型1轴向与第一、第二导流板112垂直方向之间的夹角变为15度、20度、45度，海洋立管模型1的一端沿其延长线引出钢丝绳需要饶入滑轮16的滑轮槽中，为了使滑轮16的滑轮槽在海洋立管模型1的延长线上，需要在第一支撑板141、第二支撑板142上安装不同楔形角度的滑轮座垫块23，然后再安装滑轮16。当海洋立管模型1轴向与来流垂直方向之间倾角为15度时，安装楔形面夹角为15度的滑轮座垫块23，以此类推，当海洋立管模型1轴向与来流垂直方向之间倾角为30度时，安装30度的滑轮座垫块23；当海洋立管模型1轴向与来流垂直方向之间倾角为45度时，安装45度的滑轮座垫块23。另外，当两根海洋立管模型1上下并列布置(即一根在上，另一根在其正下)时，位于下部的海洋立管模型1应使用厚度比上部模型厚一些的垫块，以保证施加端部张力时相互之间不受干扰。

所述第一支撑管131的内侧与主体横梁上之间及所述第二支撑管132的内侧与主体横梁上之间均分别连接有斜撑管9；所述第一导流板和第二导流板均为塑料板，所述第一导流板和所述第二导流板上分别设有加强架12，如图6所示。

所述第一导流板111或所述第二导流板的内侧固定有一流线型整流罩27，也可以是所述第一导流板111和所述第二导流板的内侧分别固定有一流线型整流罩27，如图1和图3所示，所述流线型整流罩罩住所述海洋立管模型1一端或两端的轴段；如图15-1、图15-2、图15-3和图15-4所示，所述流线型整流罩27包括流线型围板28和设置在流线型围板28一端的外沿板29，所述外沿板29上设有螺栓过孔，所述流线型整流罩27与第一导流板111或所述流线型整流罩27与第二导流板112之间采用螺栓连接。

所述主体横梁上、位于与第二端部支撑装置的连接端一侧连接有个数与滑轮个数相同与拉力传感器25一端连接的固定结构，所述拉力传感器的另一端依次连接有拉力张紧器24和拉力弹簧19；分别自每个海洋立管模型中的第二圆柱接头6，穿过第二支撑板142上的钢丝绳过孔后绕过滑轮16至拉力弹簧的另一端连接有钢丝绳17；所述钢丝绳17和与之连接的海洋立管模型1的轴线在同一平面内；

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。

以下介绍本实施例装置的制作和安装过程：在试验前，先根据拖曳水池的尺度，拖车20的速度，试验工况的具体情况和试验的经济性，得到海洋立管模型1的具体尺度。根据海洋立管模型1的尺度、拖车20的尺度以及试验工况的具体情况和经济性，确定横向试验支持架3，第一、第二端部支撑装置2，流线型整流罩27的材料和尺度。

制作海洋立管模型1，横向试验支持架3，第一、第二端部支撑装置2，流线型整流罩27，测量分析系统的各仪器设备外购。

以带有抑制结构的海洋立管模型为例，其制造过程如下：首先在平台平面上沿铜管轴线方向划出前后相对，上下相对的四条平行线，确定应变片粘贴位置。将铜管两端分别装上粗圆柱接头和细圆柱接头。去除应变片粘贴位置铜管表面的氧化层，粘贴应变片，前后应变片互成一对，上下应变片互成一对，均采用半桥接法，并通过接线端子连接导线，其中用薄胶带将应变片同接线端子连接的金属细丝与铜管表面隔开，以实现绝缘，在应变片粘贴处涂适量硅橡胶，以达到保护和防水的目的，引出各位置的导线至铜管一端或两端并用薄胶带将导线沿铜管轴线方向固定，然后在铜管外侧套上若干层热塑管(使其外表面与硅胶管内表面紧密接触)，在热塑管外侧套上一层硅胶管(若为裸管结构，至此已完成了制作)，从管的左侧开始，将一个螺距等分为若干份，在每个位置使用螺旋线标记定位环确定出螺旋线位置，使用螺旋线粘接定位环粘接三条硅胶条，处理硅胶管未粘接硅胶条位置的硅胶，使硅胶条表面干净光滑整洁，粘接的硅胶条代表涡激振动抑制中的螺旋列板，最后在模型两端涂适量硅橡胶防止模型进水。

将横向试验支持架3，第一、第二端部支撑装置2安装好，将流线型整流罩27安装在其中一个导流板或两个导流板上均可，图1和图3示出的是在两个导流板上均分别安装流线型整流罩27，转动第一和第二端部支撑装置2使其顶部的第一角度板211和第二角度板212与角度盘4中相应的角度对应，即使第一和第二导流板112与来流方向保持平行。确定海洋立管模型1之间的间距，将相应的角度卡板安装在流线型套筒侧板29的相应的长方形豁口中，第一、第二导流板112上剩余的豁口用补贴板26补平，并将相应角度的滑轮座垫块23安装在有钢丝绳17通过那侧的第二支撑板142上，然后把滑轮16安装在滑轮座垫块23上。将海洋立管模型1两端固定在第一、第二端部支撑装置2上。把海洋立管模型1两端引出的导线沿第一或第二端部支撑装置2延伸至横向试验支持架3的一端或分别沿第一、第二端部支撑装置2延伸至横向试验支持架3的两端。将整个试验装置安装在所述拖车20的底部，用拖车20上部的吊机将试验装置吊起，并使其与拖车呈相应角度(15度、30度、45度)安装在拖车20上。调节拉力张紧器24使端部拉力达到试验工况所需的大小。拉力传感器25和导线与应变仪连接，应变仪连接计算机，计算机内部安装有相应的数据采集分析软件。拖车开动时，流线型围板28内流体静止，海洋立管模型中部流体流动，即实现阶梯状来流条件。

所有仪器装置安装完毕后，需要进行调试。调试完毕后，可按工况及试验技术要求进行试验。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或者局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。

Claims (5)

1.一种倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验装置，包括海洋立管模型(1)、横向试验支持架(3)、拖车、应变采集仪和计算机，其特征在于，所述海洋立管模型(1)的一端设有第一端部支撑装置，所述海洋立管模型(1)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(1)包括若干条导线和一薄壁铜管(51)，所述导线的外径为0.3mm，所述导线为7芯导线，所述薄壁铜管(51)的外径为8mm、壁厚为1mm；自所述薄壁铜管(51)的外表面依次向外设有相互紧密接触的若干层热塑管(55)和一层硅胶管(56)，所述薄壁铜管(51)与所述热塑管(55)之间设有多片用于采集应变的应变片(53)，所述应变片(53)通过接线端子与所述导线相连，所述导线的两端与所述薄壁铜管(51)的一端或分别与所述薄壁铜管(51)的两端固定；所述薄壁铜管(51)的一端通过销钉(7)连接有第一圆柱接头(5)，所述薄壁铜管(51)的另一端通过销钉(7)连接有第二圆柱接头(6)；

所述横向试验支持架(3)包括主体横梁，所述主体横梁的两侧顶部均分别设有角度盘(4)；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(131)，所述第一支撑管(131)的顶部连接有水平布置的第一角度板(211)，所述第一支撑管(131)的底部连接有第一支撑板(141)，所述第一支撑板(141)的内侧通过螺栓连接有与所述第一支撑板(141)平行的第一导流板(111)，所述第一导流板(111)的下部设有多个通孔，所述通孔的数量和位置分别与试验时海洋立管模型的数量和安装位置相同；每个通孔内分别设有一个万向联轴节(10)，所述万向联轴节(10)的一端通过万向联轴节螺丝(15)固定在第一支撑板上，所述万向联轴节(10)的另一端与所述海洋立管模型(1)中的第一圆柱接头(5)连接；

所述第二端部支撑装置包括竖直方向的第二支撑管(132)，所述第二支撑管(132)的顶部连接有水平布置的第二角度板(212)，所述第二支撑管(132)的底部连接有第二支撑板(142)，所述第二支撑板(142)的内侧通过螺栓连接有与所述第二支撑板(142)平行的第二导流板(112)，所述第二导流板(112)的下部设有多个长方形豁口，长方形豁口内分别设有角度卡板或补贴板(26)，所述角度卡板上设有多个立管安装孔；该试验装置中包括有四套角度卡板，每套角度卡板上的立管安装孔的轴线与角度卡板厚度方向的夹角分别为0度、15度、30度、45度；

所述第二支撑板(142)的外侧设有多个滑轮(16)，所述滑轮的个数与试验时安装的海洋立管模型的数量相同，所述滑轮(16)的滑轮座与第二支撑板(142)之间设有滑轮座垫块(23)，所述滑轮座垫块(23)为楔形块，所述第二支撑板(142)上位于每个滑轮座的下方分别设有一钢丝绳过孔；该试验装置中包括有三套数量与滑轮个数相同的滑轮座垫块(23)，每套滑轮座垫块(23)上的斜面与第二支撑板(142)接触面之间的夹角分别为15度、30度、45度；

所述第二导流板(112)的内侧固定有一流线型整流罩(27)，所述流线型整流罩(27)罩住所述海洋立管模型(1)一端的轴段；

所述主体横梁上、位于与第二端部支撑装置的连接端一侧连接有个数与滑轮个数相同与拉力传感器(25)一端连接的固定结构，所述拉力传感器的另一端依次连接有拉力张紧器(24)和拉力弹簧(19)；分别自每个海洋立管模型中的第二圆柱接头(6)，穿过第二支撑板(142)上的钢丝绳过孔后绕过滑轮(16)至拉力弹簧的另一端连接有钢丝绳(17)；所述钢丝绳(17)和与之连接的海洋立管模型(1)的轴线在同一平面内；

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。

2.根据权利要求1所述倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验装置，其特征在于，所述海洋立管模型(1)的硅胶管(56)外表面上设有多条呈螺旋线状的硅胶带(30)，所述硅胶带(30)的横断面与试验管道螺旋列板的横断面的形状相同。

3.根据权利要求1所述倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验装置，其特征在于，所述第一支撑管(131)的内侧与主体横梁上之间及所述第二支撑管(132)的内侧与主体横梁上之间均分别连接有斜撑管(9)。

4.根据权利要求1所述倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验装置，其特征在于，所述第一导流板(111)和第二导流板(112)均为塑料板，所述第一导流板(111)和所述第二导流板(112)上分别设有加强架(12)。

5.根据权利要求1所述倾角阶梯状来流条件深海张紧式立管束涡激振动试验装置，其特征在于，所述流线型整流罩(27)包括流线型围板(28)和设置在流线型围板(28)一端的外沿板(29)，所述外沿板(29)上设有螺栓过孔，所述流线型整流罩(27)与第二导流板(112)之间采用螺栓连接。