CN212482851U - 一种海洋立管涡激振动试验加载系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于海洋立管设施铺设技术及研究领域，更具体地，涉及一种海洋立管涡激振动试验加载系统，包括支架、立管主体、用于对立管主体施加周期性变化张力的第一力加载模块和用于对立管主体内部施加可控作用力的第二力加载模块，所述立管主体、第一力加载模块、第二力加载模块均安装于支架上。本实用新型通过用于对立管主体施加周期性变化张力的第一力加载模块和用于对立管主体内部施加可控作用力的第二力加载模块的设置，有效实现对立管群施加周期性的时变张力和满足不同频率大小的要求以及管内流的精确加载，从而完成多参数的共同激励。

Description

一种海洋立管涡激振动试验加载系统

技术领域

本实用新型属于海洋立管设施铺设技术及研究领域，更具体地，涉及一种海洋立管涡激振动试验加载系统。

背景技术

海洋立管是上部的海洋平台跟海洋底部井口连接的部件，同样在固定式的海洋平台和钻探的船舶也可以使用。如今，海洋立管对各类海洋活动起着越来越重要的作用，由于海洋环境复杂多变，立管因特殊的细长型结构承受复杂的海洋荷载，立管的动力响应具有强烈的非线性，当结构的固有频率和外荷载的频率相近时，立管将产生共振，不仅只是工程本身遭受破坏，而且可能造成油气的泄露、爆炸等严重的次生灾害,这些现象使得立管成为整个系统中最薄弱的环节之一。

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；海洋立管的底部与井口是用万向节相连接的，海洋立管的上部跟海洋平台或者船舶的底部的滑移节连接的。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,内流精确加载、周期性的时变张力是必须考虑的因素。

现今已经有一些关于海洋立管的受力的试验，比如中国专利CN110057559A的一种多自由度海洋立管试验装置，有效的模拟复杂海洋环境对海洋立管的力学作用，以及分析立管与海床接触触地点土体的破坏情况。但是在目前国内进行的海洋立管模型试验中,试验过程中虽然能够施加顶张力,但不能施加周期性的时变张力,也不能够实时准确测量出其数值；内流不能精确加载；多数只能对单一立管进行施加张力，而不能对多个立管施加张力。

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术中存在的不足，提供一种海洋立管涡激振动试验加载系统。

在本技术方案中，提供了一种海洋立管涡激振动试验加载系统，包括支架、立管主体、用于对立管主体施加周期性变化张力的第一力加载模块和用于对立管主体内部施加可控作用力的第二力加载模块，所述立管主体、第一力加载模块、第二力加载模块均安装于支架上。

本实用新型通过用于对立管主体施加周期性变化张力的第一力加载模块和用于对立管主体内部施加可控作用力的第二力加载模块的设置，有效实现对立管群施加周期性的时变张力和满足不同频率大小的要求以及管内流的精确加载，从而完成多参数的共同激励。

优选地，所述立管主体一端与第一力加载模块可拆卸固定连接。这样设置是为了对立管主体施加周期性的时变张力，同时通过可拆卸连接便于更换立管主体进行其他立管主体的测试或便于第一力加载模块更换提高整个海洋立管涡激振动试验加载系统的使用寿命。

优选地，所述立管主体另一端固定安装于支架上且端部伸出支架外部，立管主体另一端的端部与第二力加载模块可拆卸固定连接。这样设置是为了便于管内流的精确加载，同时便于更换立管主体进行其他立管主体的测试或便于第二力加载模块更换提高整个海洋立管涡激振动试验加载系统的使用寿命。

优选地，所述第一力加载模块包括用于提供驱动力的驱动电机、滚珠丝杠模组、用于转换力方向的第一滑轮、张力计、第二滑轮，所述驱动电机与滚珠丝杠模组连接，所述滚珠丝杠模组通过钢丝绳绕过第一滑轮依次与张力计、第二滑轮连接，且第二滑轮另一端通过钢丝绳与立管主体铰接。这样设置是为了提供一种可施加周期性的时变张力的第一力加载模块。需要说明的是，这种第一力加载模块是优选，并不是限制性的规定，其他的可施加周期性的时变张力的装置也是可行的。滑轮的主要作用是竖直连接与水平连接的相互转换，从而便于施加顶张力。支架的主要作用是为整个试验系统提供支撑和固定。

优选地，所述钢丝绳与张力计之间通过线性弹簧连接。这样设置是为了施加作用力的时候提供缓冲，更加有利于施加周期性变化的作用力。通过线性弹簧的伸缩来实现周期性。当然，线性弹簧这种是优选，其他类似的弹性连接结构也是可行的。

优选地，所述第二滑轮与立管主体之间连接有导轨。这样设置是便于力的传输。

优选地，所述导轨上设有滑块，所述滑块与第二滑轮与立管主体均连接。这样设置是为了便于有效连接第二滑轮与立管主体，同时进行力的有效传递。

优选地，所述第一力加载模块还设有用于控制驱动电机的控制器，所述控制器与驱动电机电连接。这样设置是为了便于对驱动电机进行控制。

优选地，所述第二力加载模块包括水泵和流速控制仪，所述流速控制仪和水泵电连接，所述水泵与立管主体可拆卸固定连接。这样设置是为了有效的对水泵的水流速度进行控制，从而有效实现管内流的精确加载。

优选地，所述立管主体为立管群，所述驱动电机为伺服电机，所述控制器为伺服电机控制系统。需要说明的是这些只是优选，并不是限制性的规定。立管群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。

与现有技术相比，有益效果是：

本实用新型通过用于对立管主体施加周期性变化张力的第一力加载模块和用于对立管主体内部施加可控作用力的第二力加载模块的设置，有效实现对立管群施加周期性的时变张力和满足不同频率大小的要求以及管内流的精确加载，从而完成多参数的共同激励。

附图说明

图1为本实用新型海洋立管涡激振动试验加载系统的结构示意图；

图中：1、支架；2、立管主体；3、第一力加载模块；4、第二力加载模块；31、驱动电机；32、滚珠丝杠模组；33、第一滑轮；34、张力计；35、第二滑轮；321、钢丝绳；36、线性弹簧；37、导轨；371、滑块；38、控制器；41、水泵；42、流速控制仪。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体描述：

实施例

如图1为本实用新型一种海洋立管涡激振动试验加载系统的实施例，包括支架1、立管主体2、用于对立管主体2施加周期性变化张力的第一力加载模块3和用于对立管主体2内部施加可控作用力的第二力加载模块4，立管主体2、第一力加载模块3、第二力加载模块4均安装于支架1上。

其中，立管主体2一端与第一力加载模块3可拆卸固定连接。这样设置是为了对立管主体施加周期性的时变张力，同时通过可拆卸连接便于更换立管主体进行其他立管主体的测试或便于第一力加载模块更换提高整个海洋立管涡激振动试验加载系统的使用寿命。

另外，立管主体2另一端固定安装于支架1上且端部伸出支架1外部，立管主体2另一端的端部与第二力加载模块4可拆卸固定连接。这样设置是为了便于管内流的精确加载，同时便于更换立管主体进行其他立管主体的测试或便于第二力加载模块更换提高整个海洋立管涡激振动试验加载系统的使用寿命。

其中，第一力加载模块3包括用于提供驱动力的驱动电机31、滚珠丝杠模组32、用于转换力方向的第一滑轮33、张力计34、第二滑轮35，驱动电机31与滚珠丝杠模组32连接，滚珠丝杠模组32通过钢丝绳321绕过第一滑轮33依次与张力计34、第二滑轮35连接，且第二滑轮35另一端通过钢丝绳321与立管主体2铰接。这样设置是为了提供一种可施加周期性的时变张力的第一力加载模块。需要说明的是，这种第一力加载模块是优选，并不是限制性的规定，其他的可施加周期性的时变张力的装置也是可行的。

另外，钢丝绳321与张力计34之间通过线性弹簧36连接。这样设置是为了施加作用力的时候提供缓冲，更加有利于施加周期性变化的作用力。通过线性弹簧的伸缩来实现周期性。当然，线性弹簧这种是优选，其他类似的弹性连接结构也是可行的。

其中，第二滑轮35与立管主体2之间连接有导轨37。这样设置是便于力的传输。

另外，导轨37上设有滑块371，滑块371与第二滑轮35与立管主体2均连接。这样设置是为了便于有效连接第二滑轮与立管主体，同时进行力的有效传递。

其中，第一力加载模块3还设有用于控制驱动电机31的控制器38，控制器38与驱动电机31电连接。这样设置是为了便于对驱动电机进行控制。

另外，第二力加载模块4包括水泵41和流速控制仪42，所述流速控制仪42和水泵41电连接，水泵41与立管主体2可拆卸固定连接。这样设置是为了有效的对水泵的水流速度进行控制，从而有效实现管内流的精确加载。

其中，立管主体2为立管群，驱动电机31为伺服电机，控制器38为伺服电机控制系统。需要说明的是这些只是优选，并不是限制性的规定。

具体地：

伺服电机固定在支架1上，由伺服电机控制系统来控制，与滚珠丝杠模组32连接，以此用伺服电机驱动滚珠丝杠模组32。滚珠丝杠模组32另一端与钢丝绳321连接，其中钢丝绳321绕第一滑轮33与线性弹簧4、张力计5连接，然后绕第二滑轮35与导轨37上滑块371连接，滑块371与立管群铰接。

在进行海洋立管涡激振动模型试验中，伺服电机的转动将驱动滚珠丝杠模组32运动，丝杠的往返旋转将驱动钢丝绳321往返直线运动，实现对立管施加周期时变的张力，以此实现对立管群的参数激励的加载。通过数据收集和处理系统(包含伺服电机控制系统，张力感应、传输和解调系统)实现对立管群7加载精确的周期性时变张力。

内流流速控制系统由水泵41和流速控制仪42组成，试验中通过流速控制仪42对立管群中的内流流速进行精准控制。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海洋立管涡激振动试验加载系统，其特征在于，包括支架(1)、立管主体(2)、用于对立管主体(2)施加周期性变化张力的第一力加载模块(3)和用于对立管主体(2)内部施加可控作用力的第二力加载模块(4)，所述立管主体(2)、第一力加载模块(3)、第二力加载模块(4)均安装于支架(1)上。

2.根据权利要求1所述的海洋立管涡激振动试验加载系统，其特征在于，所述立管主体(2)一端与第一力加载模块(3)可拆卸固定连接。

3.根据权利要求2所述的海洋立管涡激振动试验加载系统，其特征在于，所述立管主体(2)另一端固定安装于支架(1)上且端部伸出支架(1)外部，立管主体(2)另一端的端部与第二力加载模块(4)可拆卸固定连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的海洋立管涡激振动试验加载系统，其特征在于，所述第一力加载模块(3)包括用于提供驱动力的驱动电机(31)、滚珠丝杠模组(32)、用于转换力方向的第一滑轮(33)、张力计(34)、第二滑轮(35)，所述驱动电机(31)与滚珠丝杠模组(32)连接，所述滚珠丝杠模组(32)通过钢丝绳(321)绕过第一滑轮(33)依次与张力计(34)、第二滑轮(35)连接，且第二滑轮(35)另一端通过钢丝绳(321)与立管主体(2)铰接。

5.根据权利要求4所述的海洋立管涡激振动试验加载系统，其特征在于，所述钢丝绳(321)与张力计(34)之间通过线性弹簧(36)连接。

6.根据权利要求4所述的海洋立管涡激振动试验加载系统，其特征在于，所述第二滑轮(35)与立管主体(2)之间连接有导轨(37)。

7.根据权利要求6所述的海洋立管涡激振动试验加载系统，其特征在于，所述导轨(37)上设有滑块(371)，所述滑块(371)与第二滑轮(35)与立管主体(2)均连接。

8.根据权利要求4所述的海洋立管涡激振动试验加载系统，其特征在于，所述第一力加载模块(3)还设有用于控制驱动电机(31)的控制器(38)，所述控制器(38)与驱动电机(31)电连接。

9.根据权利要求1至3任一项所述的海洋立管涡激振动试验加载系统，其特征在于，所述第二力加载模块(4)包括水泵(41)和流速控制仪(42)，所述流速控制仪(42)和水泵(41)电连接，所述水泵(41)与立管主体(2)可拆卸固定连接。

10.根据权利要求8所述的海洋立管涡激振动试验加载系统，其特征在于，所述立管主体(2)为立管群，所述驱动电机(31)为伺服电机，所述控制器(38)为伺服电机控制系统。

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