一種用於研究頂張力作用下海洋立管幹涉規律的試驗裝置的製作方法
2023-04-26 09:52:56 1
專利名稱：一種用於研究頂張力作用下海洋立管幹涉規律的試驗裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於海洋立管設施鋪設技術領域，具體涉及一種用於研究海洋立管幹涉規律的試驗裝置。
背景技術：
海洋立管是海洋平臺與海底井口間的主要連接件，主要用於運輸流體，引導鑽探或油井檢修工具和管道進入油井等。作為海面與海底的一種聯繫通道，可用於固定式平臺、浮式平臺及鑽探船舶等。每一座海洋平臺與海底井口之間的管線均眾多，一般具有多種布置形式，如前後排列、並肩排列和相互交錯排列等，當有流通過時，立管會受到其他立管尾流的影響，發生立管間的幹涉。由於幹涉的存在，使得立管的動力特性、動力響應以及漩渦的脫落形式同單個的立管相比都會發生比較大的變化。而海洋立管大多用於輸送石油、天然氣等易燃易爆物品，一旦發生破壞，必將引發嚴重的環境汙染和次生災害。因此，對海洋立管進行幹涉規律的試驗研究，顯得極其必要。在實際的工作狀況中，，海洋立管的上端與平臺或船舶底部的滑移節連接，下端通過萬向節與海底井口連接，當平臺或船舶在波浪作用下運動時，立管有足夠的自由度隨之運動，並在平臺或船舶發生垂直震蕩時改變其長度。與此同時，海洋立管還是系泊系統的重要組成部分，可作為支撐備用管線。因此，在進行海洋立管的幹涉試驗時，連接方式和頂張力是必須考慮的兩個因素。但是在目前進行的海洋立管幹涉試驗中，往往不能很好的模擬工程實際，使得得出的結論不具有說服力。試驗過程中存在的問題主要有:立管接頭多為固結，並非鉸接；立管雖為張緊狀態，但不能對頂張力的大小進行調整和測定；在同一次試驗中，沒有或者很少針對立管的間距和排列方式進行研究。
實用新型內容本實用新型的目的是克服現有試驗技術中存在的上述不足，提供了一種更加符合海洋立管工作狀況的幹涉試驗的裝置，從而提高了海洋立管幹涉試驗的準確性。一種用於研究頂張力作用下海洋立管幹涉規律的試驗裝置，主要包括支架、立管模型、鉸接接頭和滑輪；滑輪固定於支架的頂部；鉸接接頭包括上鉸接接頭和下鉸接接頭，立管模型的下端與下鉸接接頭連接，立管模型的上端連接上鉸接接頭；在上鉸接接頭的頂板上安裝有螺柱，其特徵在於:在支架的頂部和底板上分別設置有預留孔，螺柱的上端穿過支架頂部的預留孔連接鋼絞線，鋼絞線繞過滑輪與配重塊連接；下鉸接接頭通過螺絲和底板上的預留孔，固定於支架的底板上。經試驗驗證，本實用新型的裝置能夠有效地實現鉸接、施加頂張力，並能在海洋立管幹涉規律的試驗中通過更改立管模型的排列方式及間距，很好的模擬工程實際，從而得出準確的試驗數據和結論。
圖1是本實用新型的研究頂張力作用下的海洋立管幹涉規律的試驗裝置的主視圖；圖2是圖1的立體圖；圖3是圖1中上鉸接接頭的立體放大圖。
具體實施方式
實施例1如圖1所示，一種用於研究頂張力作用下海洋立管幹涉規律的試驗裝置，主要包括支架2，立管模型5，滑輪I和鉸接接頭；滑輪I固定於支架2的頂部；鉸接接頭包括上鉸接接頭4和下鉸接接頭6 ;立管模型5的下端與下鉸接接頭6連接，立管模型5的上端連接上鉸接接頭5 ;在上鉸接接頭4的頂板14上安裝有螺柱，螺柱的螺紋規格與頂板14上的開孔相配，擰緊並使其端部露出頂板14的下底面，然後選用合適規格的螺帽再次擰緊。如圖2所示，在支架2的頂部和底板7上設置有預留孔，分別為縱向預留孔11和橫向預留孔12。螺柱的上端穿過支架2頂部的預留孔，彎成彎鉤，與鋼絞線的一端連接；將鋼絞線繞過滑輪，另一端與配重塊3連接。如圖2所示，下鉸接接頭6的結構與上鉸接接頭4完全一樣，安裝時將上鉸接接頭4倒置，即為下鉸接接頭6 ;用螺絲穿過支架底板上的預留孔和下鉸接接頭頂板上的開孔，將下鉸接接頭6固定於支架的底板上。立管模型5，是指根據實驗條件和比尺模型所確定的適合模擬海洋立管渦激振動規律的材料，一般選用鋼管、銅管和PVC管等；該立管模型5的兩端分別與上鉸接接頭4、下鉸接接頭6的立管連接孔連接。所述的滑輪為4個，滑輪la、lb為一組，滑輪lc、ld為一組；該兩組滑輪分別與立管模型5b和5a，以及鉸接接頭，構成兩個施加頂張力的系統。如圖3所示，上鉸接接頭包括頂座部分、軸承十字架和底座部分；頂座部分包括頂板14、軸承座115和軸承18 ;頂板14中心處開孔並耕絲，試驗時連接螺柱並在其上端施加拉力，從而實現施加頂張力的功能；軸承座115上部與頂板14相連，下部開孔並設卡槽，嵌入軸承18 ；軸承十字架包括軸承架116和軸承架1117 ;軸承架116、軸承架1117的兩端比中間部分略細，使其能夠恰好穿過軸承；軸承架I的中間部分加粗並開孔，使軸承架1117能夠恰好穿過並卡住，構成「十」字形；軸承架116與軸承座1119相連，軸承架1117與軸承座115相連；軸承十字架的主要功能是使得頂座部分與底座部分能夠自由旋轉，從而實現完全鉸接的功能。底座部分包括底座20、軸承座1119和軸承18 ;軸承座1119下部與底座20相連，上部開孔並設卡槽，嵌入軸承18 ;軸承座1119的功能與軸承座115的功能相同；在底座20的底面開立管連接孔21並耕絲；立管連接孔21與選定的立管模型5相連。實施例2本實施例的用於研究頂張力作用下海洋立管幹涉規律的試驗裝置，與實施例I的裝置結構基本相同，區別僅在於:下鉸接接頭6不包括頂板14，用螺絲直接將下鉸接接頭的軸承座115的螺孔和支架底板上的預留孔固定在一起。採用此種方式，能夠使下鉸接接頭與支架的連接更加穩固。如圖2所示，採用上述實施例1的試驗裝置在進行海洋立管幹涉試驗研究時，需要在立管模型的兩端分別使用上鉸接接頭4和下鉸接接頭6，並將下鉸接接頭6固定在試驗支架的底板7上。通過不斷施加已知大小的頂張力，改變外流的大小和立管模型的間距及排列方式，運用應變計和光柵光纖的測試方法，對海洋立管的幹涉規律進行研究。1、根據試驗要求和模型比尺，選擇合適的立管模型(如銅管)，然後在其兩端端部耕絲，使其螺紋能分別與上鉸接接頭4和下鉸接接頭6的立管連接孔21的螺紋相配並擰緊；2、根據數值模擬的結果，就信號採集的關鍵點沿立管模型定位，沿90°方向均勻粘貼應變片，並引線與動態電阻應變儀等信號採集裝置連接；3、螺柱的螺紋規格與要與頂板14的開孔相符，擰緊並使其端部露出頂板14的下底面，然後選用合適規格的螺帽再次擰緊；將螺柱的上端分別穿過支架頂部的縱向預留孔
11、橫向預留孔12並彎成彎鉤，與鋼絞線的一端連接；將鋼絞線繞過滑輪，另一端與配重塊連接；4、根據數值模擬的結果，在外流來流方向的上端，定位並安放都卜勒流速計，用於實時測定外流的流速；5、系統組裝完畢以後，根據試驗條件，對信號採集系統、頂張力施加系統、外流測定系統進行調試。各系統工作正常以後，施加外流。待外流穩定以後，添加或減少已知重量的配重塊，即可達到施加頂張力的作用。6、當本級外流條件下的測試完成以後，根據都卜勒流速計的測定結果，調節外流流速至下一級，然後更改頂張力，遵循此工作流程，直至本間距和排列方式的幹涉試驗結束。7、沿縱向預留孔11更改立管模型5a、5b間的間距，根據立管模型的位置分別挪動滑輪Ib和Ic的位置，依次遵循步驟5和6的流程，完成立管模型縱向排列的幹涉試驗。8、沿橫向預留孔12更改立管模型5a、5b間的間距，根據立管模型的位置分別挪動滑輪Ia和Ib的位置，依次遵循步驟5和6的流程，完成立管並肩排列的幹涉試驗。9、對試驗採集的數據進行處理，研究不同外流和頂張力作用下的海洋立管幹涉試驗的規律，得出結論。在整個系統中，由於多處位置需要留孔、耕絲並且相互配套，在進行試驗準備時，需要根據試驗條件，需要提前對開孔的大小和螺紋的規格進行統一設計和加工，以達到良好的試驗效果。
權利要求1.一種研究頂張力作用下海洋立管幹涉規律的試驗裝置，主要包括支架、立管模型、鉸接接頭和滑輪；滑輪固定於支架的頂部；鉸接接頭包括上鉸接接頭和下鉸接接頭，立管模型的下端與下鉸接接頭連接，立管模型的上端連接上鉸接接頭；在上鉸接接頭的頂板上安裝有螺柱，其特徵在於:在支架的頂部和底板上分別設置有預留孔，螺柱的上端穿過支架頂部的預留孔連接鋼絞線，鋼絞線繞過滑輪與配重塊連接；下鉸接接頭通過螺絲和底板上的預留孔，固定於支架的底板上。
專利摘要本實用新型涉及一種用於研究頂張力作用下海洋立管幹涉規律的試驗裝置，該主要包括支架、立管模型、鉸接接頭和滑輪；滑輪固定於支架的頂部；鉸接接頭包括上鉸接接頭和下鉸接接頭，立管模型的下端與下鉸接接頭連接，立管模型的上端連接上鉸接接頭；在上鉸接接頭的頂板上安裝有螺柱，其特徵在於在支架的頂部和底板上分別設置有預留孔，螺柱的上端穿過支架頂部的預留孔連接鋼絞線，鋼絞線繞過滑輪與配重塊連接；下鉸接接頭通過螺柱和底板上的預留孔，固定於支架的底板上。該裝置能夠有效地實現鉸接、施加頂張力，並能在海洋立管幹涉規律的試驗中通過更改立管模型的排列方式及間距，很好的模擬工程實際，從而得出準確的試驗數據和結論。
文檔編號G01M10/00GK203011669SQ20132002079
公開日2013年6月19日 申請日期2013年1月5日 優先權日2013年1月5日
發明者郭海燕, 王飛, 李效民, 孟凡順, 劉景偉, 李瑩, 牛建傑, 趙偉, 殷文明 申請人:中國海洋大學