一種海洋立管渦激振動試驗中施加內流與頂張力的系統的製作方法
2023-07-22 18:02:11 2
專利名稱：一種海洋立管渦激振動試驗中施加內流與頂張力的系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於海洋立管設施鋪設技術領域，具體涉及ー種能夠在模擬研究海洋立管渦激振動規律時，有效施加頂張カ和內流的試驗系統及裝置。
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。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。海洋立管長細比很大，在海洋環境荷載作用下，例如風、浪、流的作用，可能發生渦激振動，從而加速其疲勞破壞。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。海洋立管的主要功能有在油井和平臺之間運輸流體，引導鑽探或油井檢修工具和管道進入油井；海洋立管是系泊系統的重要組成部分，可作為支撐備用管線；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。因此，在進行海洋立管渦激振動規律的試驗研究時，內流、頂張カ和連接方式是必須考慮的三個因素。但是在目前國內進行的海洋立管模型試驗中，對於立管接頭的處理，仍不能很好的模擬工程實際，從而使得出的結論不具有適用性。存在的主要問題有部分試驗選擇其中的一個或兩個因素進行渦激振動規律的初歩研究，導致得出的結論具有片面性；試驗過程中雖然能夠施加頂張力，但頂張力的大小隨時間變化，並且不能夠準確測量出其數值；立管接頭並非嚴格的固結或者鉸接，多數為半鉸接狀態。
實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術中存在的上述不足，結合海洋工程中海洋立管的實際工作狀況，提供一種能夠在進行海洋立管渦激振動模型試驗時，有效施加內流和頂張カ的試驗裝置，從而提高海洋立管渦激振動模型試驗的準確性。為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是ー種海洋立管渦激振動試驗中施加內流與頂張カ的系統，主要包括支架、立管模型、鉸接接頭和滑輪；滑輪固定幹支架的頂部；鉸接接頭包括上鉸接接頭和下鉸接接頭，下鉸接接頭固定幹支架的底部，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，螺柱的上端連接鋼絞線，鋼絞線繞過滑輪與配重塊連接。滑輪的主要作用是便於施加頂張力，支架的主要作用是為整個試驗系統提供支撐和固定；立管模型，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；鉸接接頭是本系統的核心，包括頂座部分、軸承十字架和底座部分；頂座部分包括頂板、軸承座I和軸承；頂板中心處開孔並耕絲,試驗時連接螺柱並在其上端施加拉力，從而實現施加頂張カ的功能；軸承座I上部與頂板相連，下部開孔並設卡槽，嵌入軸承；螺柱安裝於上鉸接接頭的頂板上的開孔。軸承十字架包括軸承架I和軸承架II ;軸承架I、軸承架II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II能夠恰好穿過並卡住，構成「十」字形；軸承架I與軸承座II相連，軸承架II與軸承座I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、軸承座II和軸承；軸承座II下部與底座相連，上部開孔並設卡槽，嵌入軸承；軸承座II的功能與軸承座I的功能相同；在底座的側面和底面分別開進出水孔和立管連接孔並耕絲，進出水孔與施加內流的進水管相連，立管連接孔與選定的立管模型相連，該部分的主要功能是連接立管模型並施加內流。經試驗驗證，本實用新型能夠有效地實現鉸接、施加內流和施加頂張カ三個功能，在海洋立管模型試驗中，能很好的模擬工程實際，從而得出準確的試驗數據和結論。
圖I是本實用新型的海洋立管渦激振動試驗中施加內流與頂張カ的系統整體結構示意圖；圖2是本實用新型的海洋立管渦激振動試驗中施加內流與頂張カ的系統局部結構示意圖；圖3是鉸接接頭的結構示意圖；圖4是鉸接接頭的結構示意圖；圖中1、滑輪；2、上鉸接接頭；3、進水管；4、立管模型；5、下鉸接接頭；6、出水管；
7、配重塊；8、支架；9、頂板；10、軸承座I ;11、軸承；12、軸承架I ;13、軸承架II ;14、軸承座II ;15、底座；16、進出水孔；17、立管連接孔。
具體實施方式
如圖I和圖2所示，ー種海洋立管渦激振動試驗中施加內流與頂張カ的系統及裝置，主要包括支架8、立管模型4、滑輪I和鉸接接頭；滑輪I固定幹支架8的頂部；鉸接接頭包括上鉸接接頭2和下鉸接接頭5，下鉸接接頭5固定幹支架8的底部，立管模型4的下端與下鉸接接頭5連接，立管模型4的上端連接上鉸接接頭2 ;在上鉸接接頭2的頂板9上安裝有螺柱，螺柱的螺紋規格與頂板9的開孔相配，擰緊並使其端部露出頂板9的下底面，然後選用合適規格的螺帽再次擰緊；螺柱的上端彎成彎鉤，與鋼絞線的一端連接；將鋼絞線繞過滑輪1，另一端與配重塊7連接；立管模型4選用銅管，並在其兩端端部耕絲，使其螺紋能分別與上鉸接接頭2和下鉸接接頭5的立管連接孔17的螺紋相配並擰緊；如圖3所示，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
9、軸承座I 10和軸承；頂板9中心處開孔並耕絲，試驗時連接螺柱並在其上端施加拉カ，從而實現施加頂張カ的功能；軸承座I 10上部與頂板9相連，下部開孔並設卡槽，嵌入軸承；螺柱9安裝於上鉸接接頭2的頂板上的開孔。[0023]軸承十字架包括軸承架I 12和軸承架II 13 ;軸承架I 12、軸承架II 13的兩端比中間部分略細，使其能夠恰好穿過軸承11 ;軸承架I 12的中間部分加粗並開孔，使軸承架II 13能夠恰好穿過並卡住，兩者構成「十」字形；軸承架I 12與軸承座II 14相連，軸承架II 13與軸承座I 10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；如圖3和圖4所示，底座部分包括底座15、軸承座II 14和軸承；軸承座II 14下部與底座15相連，上部開孔並設卡槽，嵌入軸承11 ;軸承座II 14的功能與軸承座I 10的功能相同；在底座15的側面和底面分別開進出水孔16和立管連接孔17並耕絲，進出水孔16與施加內流的進水管3或出水管6相連，立管連接孔17與的立管模型4相連，該部分的主要功能是連接立管模型並施加內流。在進行海洋立管渦激振動模型試驗中，施加內流時，可以根據試驗要求，選擇上端進水、下端出水或者下端進水，上端出水的方式。以上端進水、下端出水為例，施加內流的進水管可選用鋼管或銅管，在其端部耕絲，使其螺紋能與上鉸接接頭2的進出水孔的螺紋相配並擰緊；如選用橡膠管，為保證連接處的密閉性，則需在水管的出水端連接一段鋼管或銅 管，再在其端部耕絲，使其螺紋能與上鉸接接頭2的進出水孔螺紋相配並擰緊；下鉸接接頭5的進出水孔可不做處理，自然出水，或者與進水管相同，連接一段鋼管或銅管。在本實用新型的整個系統中，由於多處位置需要耕絲並且相互配套，在進行試驗準備時，需要根據實驗條件，提前對開孔的大小和螺紋的規格進行統ー設計，以達到良好的試驗效果。
權利要求1.ー種海洋立管渦激振動試驗中施加內流與頂張カ的系統，其特徵在於主要包括支架、立管模型、鉸接接頭和滑輪；滑輪固定幹支架的頂部；鉸接接頭包括上鉸接接頭和下鉸接接頭，下鉸接接頭固定幹支架的底部，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，螺柱的上端連接鋼絞線，鋼絞線繞過滑輪與配重塊連接。
2.根據權利要求I所述的海洋立管渦激振動試驗中施加內流與頂張カ的系統,其特徵在於所述的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、軸承座I和軸承；頂板中心處開有一孔；軸承座I上部與頂板相連，下部開孔並設卡槽，嵌入軸承；軸承十字架包括軸承架I和軸承架II;底座部分包括底座、軸承座II和軸承；軸承座II下部與底座相連，上部開孔並設卡槽，嵌入軸承；在底座的側面和底面分別設置有進出水孔和立管連接孔；軸承架I與軸承座II相連，軸承架II與軸承座I相連。
3.根據權利要求2所述的海洋立管渦激振動試驗中施加內流與頂張カ的系統，其特徵在於所述的軸承架I的中間部分加粗並開孔，軸承架II穿過軸承架I上的孔並卡住，兩者構成「十」字形。
4.根據權利要求2所述的海洋立管渦激振動試驗中施加內流與頂張カ的系統，其特徵在於軸承架I、軸承架II的兩端比中間部分略細，使兩端恰好穿過軸承。
5.根據權利要求I所述的海洋立管渦激振動試驗中施加內流與頂張カ的系統,其特徵在於螺柱的上端彎成彎鉤，與鋼絞線的一端連接。
6.根據權利要求I所述的海洋立管渦激振動試驗中施加內流與頂張カ的系統,其特徵在於螺柱安裝於上鉸接接頭的頂板上的開孔。
7.根據權利要求I所述的海洋立管渦激振動試驗中施加內流與頂張カ的系統，其特徵在於立管模型的兩端分別與上鉸接接頭和下鉸接接頭的立管連接孔連接。
專利摘要本實用新型屬於海洋立管設施鋪設技術領域，具體涉及一種在模擬研究海洋立管渦激振動規律時，能有效施加頂張力和內流的試驗系統。一種海洋立管渦激振動試驗中施加內流與頂張力的系統，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，下鉸接接頭固定於支架的底部，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，螺柱的上端連接鋼絞線，鋼絞線繞過滑輪與配重塊連接。本實用新型能夠有效地實現鉸接、施加內流和施加頂張力三個功能，在海洋立管模型試驗中，能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G01M7/02GK202599635SQ20122011334
公開日2012年12月12日 申請日期2012年3月23日 優先權日2012年3月23日
發明者郭海燕, 劉景偉, 李瑩, 李朋, 李相環, 劉慶海, 王飛, 牛建傑, 趙偉, 李效民, 趙婧, 張莉, 王媛, 毛海英 申請人:中國海洋大學