CN105157939A - 倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置，包括海底管道模型、横向试验支持架、拖车、应变采集仪和计算机，海底管道模型的一端设有第一端部支撑装置，海底管道模型的另一端设有第二端部支撑装置，海底管道模型的中部设有多跨支撑装置，第一端部支撑装置和第二端部支撑装置的顶部分别与横向试验支持架的两端连接，多跨支撑装置的顶部与横向试验支持架的中部连接；横向试验支持架固定于拖车的底部；海底管道模型包括若干条导线和一薄壁铜管，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。本发明最大限度的减小了多跨支撑装置对流场的干扰。支持住两端通过钢丝绳和拉力张紧器固定，增强了多跨支撑的稳定性。

Description

倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置

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，涉及的是一种倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置。

背景技术

随着陆地石油资源日益匮乏，海洋油气资源的开发得到了迅猛发展，海底管线的数量逐年增多。由于海底地形复杂，环境恶劣，海底管道不可避免的形成了悬跨段，甚至多跨段。海水流过悬跨管道时，管道后缘将产生交替的漩涡脱落，当漩涡脱落频率与管道自振频率相近时，管道的振动将迫使漩涡脱落频率固定在管道自振频率附近，从而发生“锁定”现象。管道的涡激振动和“锁定”现象是导致管道失稳和疲劳破坏的主要因素。特别需要注意的是，海底管道遭受的海流冲刷有时会带有倾角，即来流方向与海底管道不垂直，研究倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动具有重要的理论和现实意义。

目前，研究倾角均匀来流条件多跨海底管道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和主要特征以及倾角来流对涡激振动的影响，获得较为可靠的试验结果。试验结果可用来效验理论和数值模型的精度。通过试验测试的方式可以更好的探究倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动及抑制的机理，为工程实际积累经验。海底管道涡激振动的抑制对于海洋石油的开采中的工程安全具有重要意义。

经过对现有技术文献的调研发现，现阶段多跨管道涡激振动的研究开展还很不充分，试验方面的研究远滞后于工程实际的需求。挪威的MARINTEK研究机构在2000年到2003年期间开展了部分多跨管道的涡激振动试验，并进一步完善了规范DNV-RP-F105(2006),在2002年召开的21界海洋离岸及极地工程国际会议上的文章“VIVresponseoflongfreespanningpipelines”(长自由悬跨管道涡激振动响应研究)详细介绍了试验细节，采用线性弹簧模拟多段悬跨的支撑作用，增加了对来流流场的扰动。然而实际工程实际中，海底管道轴向与来流垂直方向并不完全重合，存在一定倾斜角度。倾角的存在使得多跨海底管道涡激振动变得十分复杂，至今仍缺乏相关的研究工作。主要原因是缺少必要的试验装备，近似模拟实际海洋工程中的倾角均匀来流条件与多跨支撑条件。

发明内容

本发明针对倾角均匀来流条件多跨管道试验研究存在的不足，提供了研究倾角均匀来流条件多跨管道涡激振动的试验装置，能够模拟倾角均匀来流条件和海底悬跨管道跨中的边界条件，对多跨管道开展试验研究，探究其涡激振动发生机理，为工程实际提供必要的参考和借鉴。

为了解决上述技术问题，本发明一种倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置，包括海底管道模型、横向试验支持架、拖车、应变采集仪和计算机，所述海底管道模型的一端设有第一端部支撑装置，所述海底管道模型的另一端设有第二端部支撑装置，所述海底管道模型的中部设有多跨支撑装置，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，所述多跨支撑装置的顶部与所述横向试验支持架的中部连接；所述所述横向试验支持架固定于所述拖车的底部；所述海底管道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电阻应变片，所述电阻应变片；通过接线端子与导线的一端相连，导线的另一端延伸出海底管道模型的一端；所述海底管道模型的一端通过销钉连接有第一圆柱接头，所述海底管道模型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一个通孔，所述通孔内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底管道模型上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一个长方形豁口，所述长方形豁口内设有角度卡板，所述角度卡板上设有一个管道安装孔；该试验装置中包括有四个角度卡板，每个角度卡板上的管道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一个滑轮，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个滑轮座垫块，每个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一个拉力传感器，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；自海底管道模型上的第二圆柱接头、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；所述钢丝绳和所述海底管道模的轴线在同一平面内；所述多跨支撑装置包括固定支持柱、可旋转支持柱和多个管道模型支撑卡板；所述固定支持柱的顶部和中部分别设有连接板，所述固定支持柱的底部固定有固定板，所述固定板与所述固定支持柱呈垂直布置，所述固定板上设有两个第一通孔；所述可转动支持柱的顶部固定有角度固定板，所述可转动支持柱的中部两侧焊接有绳索加固结构，所述可转动支持柱的底部与一个管道模型卡板连接；所述角度固定板上设有两个为一组的四组第二通孔，所述角度固定板上第二通孔与所述固定板上第一通孔的位置关系是：每组第二通孔与两个第一通孔的中心距相同，四组第二通孔的中心连线汇交与点A，所述点A与每组第二通孔的中心连线的中点重合，四组第二通孔的中心连线分别记为中心连线L1、中心连线L2、中心连线L3和中心连线L4，所述中心连线L1与两个第一通孔的中心连线的水平投影重合，中心连线L2、中心连线L3和中心连线L4依次与中心连线L1的夹角为15度、30度和45度；所述固定支持柱和所述可旋转支撑柱之间通过在所述固定板上的两个第一通孔和所述角度固定板上的其中一组第二通孔中设置的固定板连接螺栓连接；每个管道模型卡板包括由对接的两个半片组成的板体，所述板体的对接处设有支撑孔，两个半片的上端通过螺丝与所述可转动支持柱固定，两个半片的下端通过螺丝与一卡板固定板固定；四个管道模型卡板上支撑孔的轴线与板体厚度方向的夹角分别为0度、15度、30度和45度；位于所述可转动支持柱的中部两侧焊接的绳索加固结构与所述横向试验支持架之间分别设有斜拉钢丝绳，所述斜拉钢丝绳上连接有拉力张紧器；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：

本发明解决了多跨海底管道涡激振动试验中多跨支撑的施加问题，同时可以模拟倾角均匀来流条件，更符合于海洋工程实际工况。本发明中的支持柱为翼型，最大限度的减小了多跨支撑装置对流场的干扰。支持住两端通过钢丝绳和拉力张紧器固定，增强了多跨支撑的稳定性。本发明装置设计简单精巧，加工操作方便，造价低廉，是研究倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动重要的试验装备，具有广泛的应用价值。

附图说明

图1是本发明倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置结构示意图；

图2-1是本发明中裸管式海底管道模型及两端接头示意图；

图2-2是本发明中带有螺旋列管的海底管道模型及两端接头示意图；

图3是图1中所示横向试验支持架的俯视图；

图4是图3所示横向试验支持架的右视图；

图5是图1中所示第一、第二端部支撑装置与海底管道模型连接部分示意图；

图6是图1中所示支撑板的结构示意图；

图7是图1中所示导流板的结构示意图；

图8是横向试验支持架与拖车相互位置一的俯视图；

图9是图8所示横向试验支持架与拖车相互位置一的的右视图；

图10-1横向试验支持架与拖车相互位置二的俯视图；

图10-2是横向试验支持架与拖车相互位置三的俯视图；

图10-3是横向试验支持架与拖车相互位置四的俯视图；

图11是角度盘的结构示意图；

图12-1是图10-1所示状态下管道与来流之间倾角示意图；

图12-2是图10-2所示状态下管道与来流之间倾角示意图；

图12-3是图10-3所示状态下管道与来流之间倾角示意图；

图13-1是滑轮座垫块的主视图；

图13-2是图13-1所示滑轮座垫块的左视图；

图13-3是图13-1所示滑轮座垫块的俯视图；

图14是本发明中可变角度多跨支撑装置示意图；

图15是图14所示可变角度多跨支撑装置的侧视图；

图16是图14所示可变角度多跨支撑装置的俯视图；

图17-1是角度固定板31和可转动支持柱33连接后的仰视图；

图17-2是图17-1所示角度固定板31和可转动支持柱33连接后的放大仰视图；

图18-1是攻击来流为0度下固定板和角度固定板56连接示意图；

图18-2是攻击来流为15度下固定板和角度固定板56连接示意图；

图18-3是攻击来流为30度下固定板和角度固定板56连接示意图；

图18-4是攻击来流为45度下固定板和角度固定板56连接示意图；

图19是图14中可转动支持柱55、角度卡板45，卡板固定板59的分解结构放大图；

图20是图14中可转动支持柱55、角度卡板45，卡板固定板59的左视放大图；

图21-1是图20中所述角度卡板为45度卡板的示意图；

图21-2是图20中所述角度卡板为30度卡板的示意图；

图21-3是图20中所述角度卡板为15度卡板的示意图；

图22-1是图21-1所示45度卡板与可转动支持柱55及卡板固定板59连接后的右视图；

图22-2是图21-2所示30度卡板与可转动支持柱55及卡板固定板59连接后的右视图；

图22-3是图21-3所示15度卡板与可转动支持柱55及卡板固定板59连接后的右视图。

图23是带有螺旋列板的海底管道模型分层结构示意图。

图中：1-海底管道模型，2-横向试验支持架，3-第一端部支撑装置，4-第二端部支撑装置，5-多跨支撑装置，6-销钉，7-第一圆柱接头，8-第二圆柱接头，9-滑轮，10滑轮座垫块，11-拉力传感器，12、16-拉力张紧器，13-拉力弹簧，14-钢丝绳，15-斜拉钢丝绳，17-斜撑管，21-角度盘，31-第二导流板，41-第二支撑管，32-第一角度板，42-第二角度板，43-第二支撑板，44-第二导流板，45-角度卡板，51-固定支持柱，52-可旋转支持柱，53-管道模型支撑卡板，54-连接板，55-固定板，56-角度固定板，57-绳索加固结构，58-固定板连接螺栓。101-薄壁铜管，102-热塑管，103-硅胶管，104-电阻应变片，105-硅胶带。

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，本发明一种倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置，包括海底管道模型1、横向试验支持架2、拖车、应变采集仪和计算机，所述海底管道模型1的一端设有第一端部支撑装置3，所述海底管道模型1的另一端设有第二端部支撑装置4，所述海底管道模型1的中部设有多跨支撑装置5，所述第一端部支撑装置3和第二端部支撑装置4的顶部分别与所述横向试验支持架2的两端连接，所述多跨支撑装置5的顶部与所述横向试验支持架2的中部连接；所述所述横向试验支持架2固定于所述拖车的底部。

如图2-1、图2-2和图16所示，所述海底管道模型1可以是裸管结构，也可以是带有螺旋列板结构的，若是裸管结构，则该海底管道模型1包括若干条导线和一薄壁铜管101，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101的外径为8mm、壁厚为1mm；自所述薄壁铜管101的外表面依次向外设有相互紧密接触的若干层热塑管102和一层硅胶管103，所述薄壁铜管101与所述热塑管102之间设有多片用于采集应变的电阻应变片104，所述电阻应变片104通过接线端子与导线的一端相连，导线的另一端延伸出海底管道模型1的一端；所述海底管道模型1的一端通过销钉6连接有第一圆柱接头7，所述海底管道模型1的另一端通过销钉6连接有第二圆柱接头8。若是代理螺旋列板结构的，则在上述的硅胶管103外表面上设有多条呈螺旋线状的硅胶带105，所述硅胶带105的横断面与试验管道螺旋列板的横断面的形状相同。

如图3和图4所示，所述横向试验支持架2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21，所述主体横梁的顶部设有槽钢，所述拖车支撑在槽钢上；横向试验支持架2的主体横梁为长方形截面钢管和方形截面钢管。横向试验支持架2的两端部连接可变角度的第一、第二端部支撑装置并各安装一个角度盘21与可变角度的第一、第二端部支撑装置顶部的角度板32(或42)贴合。横向试验支持架2的内部安装薄壁木箱，薄壁木箱内部放置有长方体浮桶。

如图11为角度盘、角度板的示意图。为了使第一、第二导流板31和41始终与来流方向平行，需要调节角度板和角度盘的位置。当来流垂直方向与管道的轴向倾角为0度时，角度板和角度盘应正好重合；当来流垂直方向与管道的轴向倾角为15度时，角度板和角度盘4之间的角度应为15度；当来流垂直方向与管道的轴向倾角为30度时，角度板和角度盘之间的角度应为30度；当来流垂直方向与管道的轴向倾角为45度时，角度板和角度盘之间的角度应为45度。

如图5所示，所述第一端部支撑装置3包括竖直方向的第一支撑管31，所述第一支撑管31的顶部连接有水平布置的第一角度板32，所述第一支撑管31的底部连接有第一支撑板33，所述第一支撑板33的内侧通过螺栓连接有与所述第一支撑板33平行的第一导流板34，所述第一导流板34的下部设有一个通孔，所述通孔内设有一个万向联轴节35，所述万向联轴节35的一端通过万向联轴节螺丝36固定在第一支撑板33上，所述万向联轴节35的另一端与所述海底管道模型1上的第一圆柱接头7连接；所述第二端部支撑装置4包括竖直方向的第二支撑管41，所述第二支撑管41的顶部连接有水平布置的第二角度板42，所述第二支撑管41的底部连接有第二支撑板43，所述第二支撑板43的内侧通过螺栓连接有与所述第二支撑板43平行的第二导流板44，如图7所示，所述第二导流板44的下部设有一个长方形豁口，所述长方形豁口内设有角度卡板45，所述角度卡板45上设有一个管道安装孔；该试验装置中包括有四个角度卡板45，每个角度卡板45上的管道安装孔的轴线与角度卡板24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43的外侧设有一个滑轮9，为了使滑轮9的滑轮槽在海底管道模型1的延长线上，需要在第二支撑板43上安装可以改变角度的滑轮垫块23，然后再安装滑轮9。即在所述滑轮9的滑轮座与第二支撑板43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43上位于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个滑轮座垫块，每个滑轮座垫块10上的斜面与第二支撑板43接触面之间的夹角分别为15度、30度、45度，当来流垂直方向与管道的轴向倾角为15度时，安装15度角的变角度滑轮垫块；当来流垂直方向与管道的轴向倾角为30度时，安装30度角的变角度滑轮垫块；当来流垂直方向与管道的轴向倾角为45度时，安装45的变角度滑轮垫块。如图13-1、图13-2和图13-3所示。

如图1所示，所述第一支撑管31的内侧与主体横梁上之间及所述第二支撑管41的内侧与主体横梁上之间均分别连接有斜撑管17。如图5和图6所示，所述第一导流板34和第二导流板44均为塑料板，所述第一导流板34和所述第二导流板44上分别设有加强架36和46。

如图1所示，所述主体横梁上、位于与第二端部支撑装置4的连接端一侧连接有一个拉力传感器11，所述拉力传感器11的另一端依次连接有拉力张紧器12和拉力弹簧13；自海底管道模型1上的第二圆柱接头8、穿过第二支撑板43上的钢丝绳过孔后绕过滑轮9至拉力弹簧13的另一端连接有钢丝绳14；所述钢丝绳17和所述海底管道模型1的轴线在同一平面内。

所述的可变角度多跨支撑装置由固定支持柱51、固定板55、可转动支持柱52、连接板54、角度固定板56、固定板连接螺丝58、绳索加固结构57、管道模型支撑卡板53、卡板固定板59、拉力张紧器16等构成。如图14、图15和图16所示，所述多跨支撑装置5包括固定支持柱51、可旋转支持柱52和多个管道模型支撑卡板53；固定支持柱51和可转动支持柱52的横截面为翼型，如图14和17所示。所述固定支持柱51的顶部和中部分别设有连接板54，所述固定支持柱51的底部固定有固定板55，所述固定板55与所述固定支持柱51呈垂直布置，所述固定板55上设有两个第一通孔；所述可转动支持柱52的顶部固定有角度固定板56，所述可转动支持柱52的中部两侧焊接有绳索加固结构57，所述可转动支持柱52的底部与一个管道模型卡板53连接。

如图19和图20所示可转动支持柱33与卡板34用小螺丝相连，卡板34的底部通过小螺丝用卡板固定板35固定。卡板34由两半片组成，中部开圆孔，可将海底管道模型穿入圆孔，把卡板34固定在可转动支持柱33上，底部用卡板固定板35加固。但当来流与海底管道模型不垂直时需使用不同角度的卡板34。当来流垂直方向与管道的轴向倾角为15度时，安装15度的卡板，如图18-2、图21-3、图22-3所示；当来流垂直方向与管道的轴向倾角为30度时，安装30度的卡板，如图18-3、图21-2、图22-2所示；当来流垂直方向与管道的轴向倾角为45度时，安装45度的卡板，如图18-4、图21-1、图22-1所示。如图16所示可转动支持柱33两侧焊接有两个加固绳索连接螺母30，加固绳索可以连接加固绳索连接螺母30和拉力张紧器24，并固定在横向试验支持架3上。通过调整拉力张紧器的大小来调整多跨支撑的垂直度，并使支撑加固。

如图17-1所示，角度固定板56开多个孔可为有倾角来流的海底管道模型提供支撑，即所述角度固定板56上设有两个为一组的四组第二通孔，所述角度固定板56上第二通孔与所述固定板55上第一通孔的位置关系是：如图17-2所示，每组第二通孔与两个第一通孔的中心距相同，四组第二通孔的中心连线汇交与点A，所述点A与每组第二通孔的中心连线的中点重合，四组第二通孔的中心连线分别记为中心连线L1、中心连线L2、中心连线L3和中心连线L4，所述中心连线L1与两个第一通孔的中心连线的水平投影重合，中心连线L2、中心连线L3和中心连线L4依次与中心连线L1的夹角为15度、30度和45度。所述固定支持柱51和所述可旋转支撑柱52之间通过在所述固定板55上的两个第一通孔和所述角度固定板56上的其中一组第二通孔中设置的固定板连接螺栓58连接；当来流垂直方向与管道的轴向倾角为15度时，将角度固定板31转动15度然后用固定板螺丝58相连，如图18-2所示；当来流垂直方向与管道的轴向倾角为30度时，将角度固定板56转动30度然后用固定板螺丝58相连，如图18-3所示；当来流垂直方向与管道的轴向倾角为45度时，将角度固定板56转动45度然后用固定板螺丝58相连，如图18-4所示。

每个管道模型卡板53包括由对接的两个半片组成的板体，所述板体的对接处设有支撑孔，两个半片的上端通过螺丝与所述可转动支持柱52固定，两个半片的下端通过螺丝与一卡板固定板59固定；四个管道模型卡板53上支撑孔的轴线与板体厚度方向的夹角分别为0度、15度、30度和45度；如图21-1、图21-2、图21-3和图22-1、图22-2、图22-3所示。

通过调整可以实现横向试验支持架与拖车之间具有不同的固定角度，横向试验支持架2的中部通过螺栓连接在拖车20的底部。为了改变来流倾角，将横向试验支持架2与拖车20呈相应的角度安装固定。当来流垂直方向与管道的轴向倾角为0度时，横向试验支持架2与拖车20垂直固定，如图8和图9所示。当来流垂直方向与管道的轴向倾角为15度时，横向试验支持架2与拖车20呈15度角固定，如图10-1；当来流垂直方向与管道的轴向倾角为30度时，横向试验支持架2与拖车20呈30度角固定，如图10-2；当来流垂直方向与管道的轴向倾角为45度时，横向试验支持架2与拖车20呈45度角固定，如图10-3。如图12-1、图12-2和图12-2为管道与来流之间倾角示意图，其中，图12-1表示来流垂直方向与管道的轴向倾角为15度，图12-2表示来流垂直方向与管道的轴向倾角为30度，图12-3表示来流垂直方向与管道的轴向倾角为45度。

如图1、图14和图15所示，位于所述可转动支持柱52的中部两侧焊接的绳索加固结构57与所述横向试验支持架2之间分别设有斜拉钢丝绳15，所述斜拉钢丝绳15上连接有拉力张紧器16，使可转动支持柱52加固。

本发明中的拖车由动力系统、刹车系统、控制系统等组成。拖车为横向试验支持架和部分测量分析系统的载体。

本发明中所包含的部分测量分析系统包括，电阻应变片、接线端子、导线、拉力传感器、接线装置、应变采集仪、电子计算机等构成。电阻应变片连接接线端子，接线端子连接导线，导线连接应变采集仪。

本发明中延伸于海底管道模型1一端外侧的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，得到海底管道模型1的具体尺度。根据海底管道模型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，可变角度的第一、第二端部支撑装置3和4，可变角度的多跨支撑装置5的材料和尺度并按照结构制作。测量分析系统的各仪器设备可取相应市场购买。

以带有抑制结构的海底管道模型为例，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(若是裸管结构，则已完成了制作)，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2，第一、第二端部支撑装置3和4，可变角度的多跨支撑装置5安装好，转动可变角度的第一、第二端部支撑装置3和4使其角度板与角度盘中相应的角度对应，即使第一、第二导流板与来流方向保持平行。将相应的变角度卡板安装在第二导流板44的长方形豁口中，并将相应角度的变角度滑轮垫块23安装在有钢丝绳通过那侧的第二支撑板43上，然后把滑轮9安装在变角度的滑轮垫块23上。将海底管道模型1两端固定在可变角度的第一、第二端部支撑装置3和4上。将可变角度的多跨支撑装置5的角度固定板旋转相应的角度固定好，可转动支持柱52底部安装相应角度的卡板，将海底管道模型1安装在卡板的孔中固定好。调节加固绳索连接的拉力张紧器17，以调整好变角度的多跨支撑装置的垂直度。把海底管道模型1一端(或两端)引出的导线分别沿可变角度的第一、第二端部支撑装置3和4延伸至横向试验支持架2的两端。将整个试验装置置于拖车20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。

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 (4)

1.一种倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置，包括海底管道模型(1)、横向试验支持架(2)、拖车、应变采集仪和计算机，其特征在于，所述海底管道模型(1)的一端设有第一端部支撑装置(3)，所述海底管道模型(1)的另一端设有第二端部支撑装置(4)，所述海底管道模型(1)的中部设有多跨支撑装置(5)，所述第一端部支撑装置(3)和第二端部支撑装置(4)的顶部分别与所述横向试验支持架(2)的两端连接，所述多跨支撑装置(5)的顶部与所述横向试验支持架(2)的中部连接；所述所述横向试验支持架(2)固定于所述拖车的底部；

所述海底管道模型(1)包括若干条导线和一薄壁铜管(101)，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(101)的外径为8mm、壁厚为1mm；自所述薄壁铜管(101)的外表面依次向外设有相互紧密接触的若干层热塑管(102)和一层硅胶管(103)，所述薄壁铜管(101)与所述热塑管(102)之间设有多片用于采集应变的电阻应变片(104)，所述电阻应变片(104)；通过接线端子与导线的一端相连，导线的另一端延伸出海底管道模型(1)的一端；所述海底管道模型(1)的一端通过销钉(6)连接有第一圆柱接头(7)，所述海底管道模型(1)的另一端通过销钉(6)连接有第二圆柱接头(8)；

所述横向试验支持架(2)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(21)；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(3)包括竖直方向的第一支撑管(31)，所述第一支撑管(31)的顶部连接有水平布置的第一角度板(32)，所述第一支撑管(31)的底部连接有第一支撑板(33)，所述第一支撑板(33)的内侧通过螺栓连接有与所述第一支撑板(33)平行的第一导流板(34)，所述第一导流板(34)的下部设有一个通孔，所述通孔内设有一个万向联轴节(35)，所述万向联轴节(35)的一端通过万向联轴节螺丝(36)固定在第一支撑板(33)上，所述万向联轴节(35)的另一端与所述海底管道模型(1)上的第一圆柱接头(7)连接；

所述第二端部支撑装置(4)包括竖直方向的第二支撑管(41)，所述第二支撑管(41)的顶部连接有水平布置的第二角度板(42)，所述第二支撑管(41)的底部连接有第二支撑板(43)，所述第二支撑板(43)的内侧通过螺栓连接有与所述第二支撑板(43)平行的第二导流板(44)，所述第二导流板(44)的下部设有一个长方形豁口，所述长方形豁口内设有角度卡板(45)，所述角度卡板(45)上设有一个管道安装孔；该试验装置中包括有四个角度卡板(45)，每个角度卡板(45)上的管道安装孔的轴线与角度卡板(24)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(43)的外侧设有一个滑轮(9)，所述滑轮(9)的滑轮座与第二支撑板(43)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(43)上位于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个滑轮座垫块，每个滑轮座垫块(10)上的斜面与第二支撑板(43)接触面之间的夹角分别为15度、30度、45度；

所述主体横梁上、位于与第二端部支撑装置(4)的连接端一侧连接有一个拉力传感器(11)，所述拉力传感器(11)的另一端依次连接有拉力张紧器(12)和拉力弹簧(13)；自海底管道模型(1)上的第二圆柱接头(8)、穿过第二支撑板(43)上的钢丝绳过孔后绕过滑轮(9)至拉力弹簧(13)的另一端连接有钢丝绳(14)；所述钢丝绳(17)和所述海底管道模型(1)的轴线在同一平面内；

所述多跨支撑装置(5)包括固定支持柱(51)、可旋转支持柱(52)和多个管道模型支撑卡板(53)；所述固定支持柱(51)的顶部和中部分别设有连接板(54)，所述固定支持柱(51)的底部固定有固定板(55)，所述固定板(55)与所述固定支持柱(51)呈垂直布置，所述固定板(55)上设有两个第一通孔；

所述可转动支持柱(52)的顶部固定有角度固定板(56)，所述可转动支持柱(52)的中部两侧焊接有绳索加固结构(57)，所述可转动支持柱(52)的底部与一个管道模型卡板(53)连接；

所述角度固定板(56)上设有两个为一组的四组第二通孔，所述角度固定板(56)上第二通孔与所述固定板(55)上第一通孔的位置关系是：每组第二通孔与两个第一通孔的中心距相同，四组第二通孔的中心连线汇交与点A，所述点A与每组第二通孔的中心连线的中点重合，四组第二通孔的中心连线分别记为中心连线L1、中心连线L2、中心连线L3和中心连线L4，所述中心连线L1与两个第一通孔的中心连线的水平投影重合，中心连线L2、中心连线L3和中心连线L4依次与中心连线L1的夹角为15度、30度和45度；

所述固定支持柱(51)和所述可旋转支撑柱(52)之间通过在所述固定板(55)上的两个第一通孔和所述角度固定板(56)上的其中一组第二通孔中设置的固定板连接螺栓(58)连接；

每个管道模型卡板(53)包括由对接的两个半片组成的板体，所述板体的对接处设有支撑孔，两个半片的上端通过螺丝与所述可转动支持柱(52)固定，两个半片的下端通过螺丝与一卡板固定板(59)固定；四个管道模型卡板(53)上支撑孔的轴线与板体厚度方向的夹角分别为0度、15度、30度和45度；

位于所述可转动支持柱(52)的中部两侧焊接的绳索加固结构(57)与所述横向试验支持架(2)之间分别设有斜拉钢丝绳(15)，所述斜拉钢丝绳(15)上连接有拉力张紧器(16)；

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所述倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置，其特征在于，所述海底管道模型(1)的硅胶管(103)外表面上设有多条呈螺旋线状的硅胶带(105)，所述硅胶带(105)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所述倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置，其特征在于，所述第一支撑管(31)的内侧与主体横梁上之间及所述第二支撑管(41)的内侧与主体横梁上之间均分别连接有斜撑管(17)。

4.根据权利要求1所述倾角均匀来流条件多跨海底管道涡激振动试验装置，其特征在于，所述第一导流板(34)和第二导流板(44)均为塑料板，所述第一导流板(34)和所述第二导流板(44)上分别设有加强架。