豎置柔性管渦激流振動實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種海洋工程技術領域的實驗裝置，具體地說，涉及的是一種豎置柔性管渦激流振動實驗裝置。
【背景技術】
[0002]在海流作用下，懸跨的海底管線、海洋平臺立管或拖纜等柔性管件上會周期性地產生漩渦脫落。漩渦脫落是流體橫向流過圓柱體時，在圓柱體背面的兩側交替產生旋渦，且在脫離后形成旋渦尾流的現象。產生旋渦的原因是流體受阻后動能和壓能相互轉換，且壓強沿圓柱體周向及邊界層的厚度方向發生變化，邊界層外部流體的較大壓強作用迫使邊界層內部壓強較小的質點向相反方向流動，從而使邊界層增厚，形成旋渦，然后從圓柱體表面脫離，旋渦隨著流速增大被拉長后消失。渦激流振動將導致柔性管件的阻力系數增加和結構疲勞破壞。在設計海洋柔性管件的時候，管件因渦激流振動而導致疲勞破壞將是一個必須考慮的重要因素。目前，實驗手段是研究柔性管件渦激流振動現象最主要的研究手段。通過模型實驗，可以較為全面的觀測到渦激流振動現象及其主要特征，獲得較為可靠的實驗結果，從而對實際工程中可能出現的渦激流振動及抑振裝置等進行實驗驗證。公開日為2007年12月19日，公開號為CN101089577A的中國專利文件公開了一種豎置于拖曳水池中柔性管件模型的渦激流振動試驗裝置，包括管件模型、端部支撐機構、流速增大裝置、豎向試驗支持架、拖車和測量分析系統，管件模型穿過流速增大裝置，管件模型和流速增大裝置均豎置于拖曳水池中，管件模型的兩端靠端部支撐機構支持，豎向試驗支持架把流速增大裝置和端部支撐機構與拖車連接，測量分析系統的各儀器設備分散布置于管件模型、端部支撐機構、流速增大裝置、豎向試驗支持架和拖車之中。這種試驗裝置主要解決了在流速分層的流場中柔性管件渦激流振動的試驗問題，但該裝置只能對單一管件進行試驗，不能進行實際工程中常見的多管件狀態下渦激流振動的模型實驗；另一方面，由于海流在流動過程中通常存在波動，而前述不能模擬海流的波動，因此其試驗結果與實際情形存在較大的差別，降低了試驗的精確程度。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是解決現有技術的拖曳水池柔性管件渦激流振動實驗只能進行單管實驗，不能進行實際工程中常見的多管件狀態下渦激流振動的模型實驗問題，提供一種豎置柔性管渦激流振動實驗裝置，可以解決多管件狀態下的渦激流振動模型實驗問題。
[0004]本發明的另一目的是解決現有技術的拖曳水池柔性管件渦激流振動試驗裝置不能模擬海水波動，試驗結果與實際情形存在較大的差別的問題，提供一種可以模擬海水波動的豎置柔性管渦激流振動實驗裝置，其試驗結果與實際情形存在更為接近，提高了實驗數據的準確度。
[0005]本發明為實現上述目的所采用的具體技術方案是，一種豎置柔性管渦激流振動實驗裝置，包括測試管及用于拉動測試管的拖曳車及測控系統，所述的測試管為四根，豎向設置；拖曳車上設有可放入拖曳池的豎直拖曳架，所述拖曳架上設有水平伸出的上拖曳臂與下拖曳臂，上拖曳臂與下拖曳臂的懸空端均設有安裝板，所述安裝板水平設置，安裝板上設有左右兩個固定孔及與兩個固定孔對應的左右兩條長槽，四根測試管的下端通過萬向節分別固定在下側安裝板上的兩個固定孔及兩條長槽內，四根測試管的上端通過萬向節及張緊機構分別設置在上側安裝板上的兩個固定孔及兩條長槽內，四根測試管的中心軸線在一個長方體的四條相互平行的棱邊上；所述測控系統包括測試管拉力傳感器、測試管剪力傳感器、測試管應變傳感器及車速控制裝置，測試管拉力傳感器及剪力傳感器均設置在測試管的上端部，測試管應變傳感器設置在測試管的管壁上。本發明的豎置柔性管渦激流振動實驗裝置設置有四根測試管(即柔性管的模擬管)，前后兩根測試管的間距可以通過長槽加以調節；張緊機構可以使測試管保持一定的張力，并可以方便地調節這種張力的大小；剪力傳感器及應變傳感器用于檢測測試管在實驗狀態下的渦激流振動數據。由于本發明的裝置測試管上下兩端的剪力相差不大，因此僅在一側設置剪力傳感器。本發明的實驗裝置可以模擬在同一垂直面上不同間距的柔性管之間的渦激流振動情況，得到準確的多管件狀態下渦激流振動實驗數據，并通過計算機進行數據分析處理得出實驗結果，從而解決了現有技術的拖曳水池柔性管件渦激流振動實驗只能進行單管實驗，不能進行實際工程中常見的多管件狀態下渦激流振動的模型實驗問題。
[0006]作為優選，上下拖曳臂上均固定有安裝板滑動機構，滑動機構包括一水平設置的滑槽，安裝板可左右滑動地設置在滑槽內，安裝板的一側邊設有齒條，滑槽的一側設有擺動機構，齒條與擺動機構上的擺動輸出齒輪嚙合，擺動機構工作時，擺動輸出齒輪帶動安裝板及測試管左右運動。本發明的測試管可以在擺動機構的帶動下左右緩慢運動，從而模擬實際情況下海水的橫向波動，因此其試驗結果與實際情形存在更為接近，大大提高了實驗數據的準確度。
[0007]作為優選，擺動機構包括一擺動電機，擺動電機的動力軸上疊設有正向驅動齒輪與反向驅動齒輪，正向驅動齒輪與反向驅動齒輪均為齒數、模數相同的扇形齒輪且錯位布置，擺動機構還包括擺動齒輪，正向驅動齒輪與擺動齒輪間斷性嚙合，反向驅動齒輪與換向齒輪間斷性嚙合，換向齒輪與擺動齒輪嚙合，擺動齒輪通過一減速傳動齒輪與擺動輸出齒輪嚙合，正向驅動齒輪與擺動齒輪嚙合時，反向驅動齒輪與換向齒輪脫離嚙合，反向驅動齒輪與換向齒輪嚙合時，正向驅動齒輪與擺動齒輪脫離嚙合，所述正向驅動齒輪驅動所述擺動齒輪擺動的角度與所述反向驅動齒輪通過換向齒輪驅動所述擺動齒輪擺動的角度相等，擺動機構連接測控系統。
[0008]擺動電機通過驅動軸帶動正向驅動齒輪與反向驅動齒輪同方向轉動，當正向驅動齒輪與擺動齒輪嚙合時，擺動齒輪反向轉動通過一減速傳動齒輪帶動擺動輸出齒輪正向轉動，正向驅動齒輪繼續轉動與擺動齒輪脫離嚙合，擺動齒輪停止轉動，此時反向驅動齒輪與換向齒輪嚙合，反向驅動齒輪通過換向齒輪帶動擺動齒輪正向轉動，反向驅動齒輪繼續轉動與換向齒輪脫離嚙合后，正向驅動齒輪又開始與擺動齒輪嚙合，重復上述過程，實現電機連續轉動帶動擺動輸出齒輪的來回轉動，從而通過齒條帶動安裝板及測試管左右運動，這樣可以模擬水流的左右波動，使實驗結構更接近于真實情況，提高實驗數據的準確度。
[0009]作為優選，每根測試管上設有兩塊呈圓板狀的滑板，所述滑板可滑動地套設在測試管上，滑板的最大厚度是滑板直徑的6%至10%，滑板的直徑小于相鄰兩根測試管的間距，滑板的外周其縱切面呈半圓形，滑板上設有鎖緊機構。滑板的作用一是用于微調測試管的固有震動頻率，可以測試柔性管的在不同自振頻率下的渦激流振動情況；二是可以用于模擬柔性管在有外來附著物狀態下的渦激流振動情況，從而取得多方面的測試數據。這里的滑板縱切面是指測試管長度方向上的剖切面，縱切面呈半圓形主要是為了減小水流阻力，避免對渦激流測試造成影響，通常在用于微調測試管的固有震動頻率時，兩塊滑板在測試管的兩端部對稱設置；在用于模擬柔性管在有外來附著物狀態下的渦激流振動時，兩塊滑板可以對稱設置，也可以合并設置于測試管的某一部位。
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