CN202599635U

CN202599635U - 一种海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统

Info

Publication number: CN202599635U
Application number: CN 201220113344
Authority: CN
Inventors: 郭海燕; 刘景伟; 李莹; 李朋; 李相环; 刘庆海; 王飞; 牛建杰; 赵伟; 李效民; 赵婧; 张莉; 王媛; 毛海英
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2022-03-23

Abstract

本实用新型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；铰接接头包括上铰接接头和下铰接接头，下铰接接头固定于支架的底部，立管模型的下端与下铰接接头连接，立管模型的上端连接上铰接接头；在上铰接接头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。本实用新型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

本实用新型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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，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装置，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，本实用新型采用的技术方案是：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；铰接接头包括上铰接接头和下铰接接头，下铰接接头固定于支架的底部，立管模型的下端与下铰接接头连接，立管模型的上端连接上铰接接头；在上铰接接头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，下部开孔并设卡槽，嵌入轴承；

螺柱安装于上铰接接头的顶板上的开孔。

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，构成“十”字形；轴承架I与轴承座II相连，轴承架II与轴承座I相连；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，立管连接孔与选定的立管模型相连，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，本实用新型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。

附图说明

图1是本实用新型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是本实用新型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、上铰接接头；3、进水管；4、立管模型；5、下铰接接头；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；铰接接头包括上铰接接头2和下铰接接头5，下铰接接头5固定于支架8的底部，立管模型4的下端与下铰接接头5连接，立管模型4的上端连接上铰接接头2；在上铰接接头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，使其螺纹能分别与上铰接接头2和下铰接接头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I 10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I 10上部与顶板9相连，下部开孔并设卡槽，嵌入轴承；

螺柱9安装于上铰接接头2的顶板上的开孔。

轴承十字架包括轴承架I 12和轴承架II 13；轴承架I 12、轴承架II 13的两端比中间部分略细，使其能够恰好穿过轴承11；轴承架I 12的中间部分加粗并开孔，使轴承架II 13能够恰好穿过并卡住，两者构成“十”字形；轴承架I 12与轴承座II 14相连，轴承架II 13与轴承座I 10相连；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II 14和轴承；轴承座II 14下部与底座15相连，上部开孔并设卡槽，嵌入轴承11；轴承座II 14的功能与轴承座I 10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相连，立管连接孔17与的立管模型4相连，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，使其螺纹能与上铰接接头2的进出水孔的螺纹相配并拧紧；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，使其螺纹能与上铰接接头2的进出水孔螺纹相配并拧紧；下铰接接头5的进出水孔可不做处理，自然出水，或者与进水管相同，连接一段钢管或铜管。

在本实用新型的整个系统中，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

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；铰接接头包括上铰接接头和下铰接接头，下铰接接头固定于支架的底部，立管模型的下端与下铰接接头连接，立管模型的上端连接上铰接接头；在上铰接接头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，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，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，轴承架II与轴承座I相连。

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：螺柱安装于上铰接接头的顶板上的开孔。

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上铰接接头和下铰接接头的立管连接孔连接。