雙向剪切流和雙向階梯剪切流下張力腿渦激振動(dòng)測(cè)試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種海洋工程深水池中柔性管件模型在雙向剪切流和雙向階梯剪切流下張力腿的渦激振動(dòng)測(cè)試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋內(nèi)孤立波是在密度分層的海洋中普遍存在的一種典型的惡劣海況，它具有振幅大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、非線性等特點(diǎn)。對(duì)于張力腿平臺(tái)來(lái)說(shuō)，頻繁活動(dòng)的內(nèi)波不僅會(huì)對(duì)張力腿產(chǎn)生巨大的沖擊載荷，還會(huì)使其承受雙向剪切流或雙向階梯剪切流的作用而發(fā)生渦激振動(dòng)。所謂渦激振動(dòng)，是指處于一定速度來(lái)流中的柱狀結(jié)構(gòu)物，其兩側(cè)會(huì)發(fā)生交替瀉渦。柱體會(huì)受到與漩渦的生成和瀉放相關(guān)聯(lián)的橫向和流向的脈動(dòng)壓力。脈動(dòng)流體力會(huì)引發(fā)柱體的振動(dòng)，柱體的振動(dòng)反過(guò)來(lái)又會(huì)改變其尾流結(jié)構(gòu)。這種流體與結(jié)構(gòu)物相互作用的問(wèn)題稱為渦激振動(dòng)。張力腿的渦激振動(dòng)現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重降低其疲勞壽命，因此迫切需要對(duì)于該問(wèn)題進(jìn)行深入研究，發(fā)展可靠的張力腿渦激振動(dòng)預(yù)報(bào)方法，為張力腿的工程設(shè)計(jì)提供幫助。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界針對(duì)內(nèi)波流場(chǎng)中張力腿渦激振動(dòng)現(xiàn)象的研究較少，總體分為模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬兩種方式，直接數(shù)值模擬渦激振動(dòng)存在問(wèn)題較多，當(dāng)前經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)報(bào)軟件如SHEAR7等，存在比如效率低、精度差等缺陷，其預(yù)報(bào)得到的結(jié)果常常與試驗(yàn)結(jié)果有較大差距，需要進(jìn)行評(píng)估和修正。通過(guò)試驗(yàn)方法可以較好地研究張力腿的渦激振動(dòng)現(xiàn)象，在過(guò)去一段時(shí)間取得了一定的進(jìn)展，但總的來(lái)說(shuō)仍存在以下不足之處:1、一般只能模擬小尺度管件的渦激振動(dòng)，難以有效的進(jìn)行實(shí)雷諾數(shù)下的渦激振動(dòng)測(cè)試。2、一般只能模擬均勻流場(chǎng)中張力腿的渦激振動(dòng)，不能模擬剪切流場(chǎng)中張力腿的渦激振動(dòng)。3、裝置較為復(fù)雜、笨重，安裝不方便，需要的電機(jī)功率很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種雙向剪切流和雙向階梯剪切流下張力腿渦激振動(dòng)測(cè)試裝置，能夠模擬大型實(shí)際尺寸張力腿、雙向剪切流和雙向階梯剪切流場(chǎng)，具有便于拆裝、復(fù)雜程度低和靈活性高等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006]—種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的雙向剪切流和雙向階梯剪切流下張力腿渦激振動(dòng)測(cè)試裝置，包括:張力腿模型機(jī)構(gòu)、測(cè)量分析模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、懸臂模塊、底部支撐模塊、擋流模塊和滑槽模塊;其中，所述張力腿模型機(jī)構(gòu)固定在懸臂模塊上，所述底部支撐模塊與驅(qū)動(dòng)模塊垂直連接，所述驅(qū)動(dòng)模塊與懸臂模塊垂直連接;所述擋流模塊固定在懸臂模塊上，所述滑槽模塊固定在底部支撐模塊上;所述懸臂模塊通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所述測(cè)量分析模塊布置于張力腿模型機(jī)構(gòu)和懸臂模塊之中。
[0007]所述懸臂模塊為一體式結(jié)構(gòu)。
[0008]所述雙向剪切流和雙向階梯剪切流下張力腿渦激振動(dòng)測(cè)試裝置整體垂直設(shè)置于海洋工程深水池中，雙向剪切流和雙向階梯剪切流下張力腿渦激振動(dòng)測(cè)試裝置的底部支撐模塊通過(guò)高強(qiáng)度螺栓固定在水池鋼制升降底上，本發(fā)明便于拆裝，復(fù)雜程度低，靈活性高，能夠模擬實(shí)尺度張力腿雙向剪切流場(chǎng)和雙向階梯剪切流場(chǎng)。
[0009]優(yōu)選地，所述張力腿模型機(jī)構(gòu)包括:張力腿模型、設(shè)置于張力腿模型兩端的固定端以及連接板;其中，每一個(gè)固定端均包括:萬(wàn)向節(jié)、三分力儀傳感器、滑動(dòng)軸、張力腿固定接頭、直線軸承和緩沖彈簧，其中:張力腿固定接頭的兩端分別與張力腿模型和萬(wàn)向節(jié)的一端相連，萬(wàn)向節(jié)的另一端固定設(shè)置于三分力儀傳感器上，直線軸承的一端固定三分力儀傳感器，并分別與滑動(dòng)軸和緩沖彈簧相連;固定端通過(guò)連接板固定于懸臂模塊的末端。
[0010]優(yōu)選地，所述張力腿模型的單位長(zhǎng)度質(zhì)量與張力腿模型的單位長(zhǎng)度排開(kāi)水質(zhì)量之比為1:1。
[0011]優(yōu)選地，所述張力腿模型機(jī)構(gòu)還包括套筒，所述套筒套接于張力腿模型的一端固定端端點(diǎn)及設(shè)置該固定端一側(cè)的張力腿模型的外側(cè)。
[0012]優(yōu)選地，所述測(cè)量分析模塊包括:測(cè)量單元、水下錄像單元、計(jì)算單元和無(wú)線傳輸單元，其中:計(jì)算單元設(shè)置于海洋工程深水池的拖車機(jī)房?jī)?nèi)并與無(wú)線傳輸單元相連接用于傳輸水下錄像單元和測(cè)量單元輸出的無(wú)線測(cè)量信號(hào)，計(jì)算單元實(shí)時(shí)地對(duì)接收到的無(wú)線測(cè)量信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。
[0013]優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)模塊包括:變速齒輪箱、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)齒輪，其中:變速齒輪箱的兩端分別與電機(jī)和驅(qū)動(dòng)軸相連接，驅(qū)動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)齒輪相連接，驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)懸臂模塊作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0014]優(yōu)選地，所述變速齒輪箱的減速比為40:1。
[0015]優(yōu)選地，所述懸臂模塊包括:懸臂、穩(wěn)定支柱、第一斜撐和第二斜撐，其中:所述懸臂分為水平懸臂段和豎向懸臂段，豎向懸臂段通過(guò)第一斜撐保證強(qiáng)度，豎向懸臂段的末端與張力腿模型機(jī)構(gòu)連接;懸臂的中心與底部支撐模塊通過(guò)固定裝置連接，懸臂的底部與固定裝置底部通過(guò)第二斜撐和穩(wěn)定支柱連接，穩(wěn)定支柱的下端在與滑槽模塊接觸的面上分別布置有鋼珠。
[0016]優(yōu)選地，穩(wěn)定支柱的下端在與滑槽模塊的環(huán)狀凹形滑槽接觸的三個(gè)面上分別布置有鋼珠，方便穩(wěn)定支柱在滑槽模塊中做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);穩(wěn)定支柱起運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定作用，防止懸臂轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生大幅度晃動(dòng);斜撐可提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0017]優(yōu)選地，所述懸臂采用中空矩形塊結(jié)構(gòu)，中空矩形塊結(jié)構(gòu)的內(nèi)部高度為94_，外部高度為100mm，寬為0.6m，水平跨距為5m。
[0018]優(yōu)選地，水平懸臂段和豎向懸臂段焊接在一起。
[0019]優(yōu)選地，所述擋流模塊包括:底部擋流板和側(cè)面擋流板;其中，底部擋流板通過(guò)支架固定在水平懸臂段，側(cè)面擋流板固定在豎向懸臂段。
[0020]優(yōu)選地，所述滑槽模塊包括:滑槽支撐底座、滑槽鎖定裝置，滑槽支撐底座通過(guò)螺栓固定在底部支撐模塊上，滑槽鎖定裝置與滑槽支撐底座通過(guò)螺栓連接從而形成環(huán)狀凹形滑槽，懸臂模塊的穩(wěn)定支柱通過(guò)鋼珠在環(huán)狀凹形滑槽內(nèi)滑動(dòng)。
[0021 ]優(yōu)選地，所述底部支撐模塊包括:圓筒軸和底部基座;其中，圓筒軸的內(nèi)部放置驅(qū)動(dòng)模塊(電機(jī)、變速齒輪箱、驅(qū)動(dòng)齒輪和驅(qū)動(dòng)軸)，圓筒軸的下部焊接在底部基座上;滑槽模塊通過(guò)螺栓固定于底部基座的上端，底部基座通過(guò)高強(qiáng)度螺栓固定設(shè)置于海洋工程深水池的升降底上，進(jìn)而使雙向剪切流和雙向階梯剪切流下張力腿渦激振動(dòng)測(cè)試裝置整體設(shè)置于海洋工程深水池中。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括:
[0023]1、本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)裝置測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高；
[0024]2、本發(fā)明能夠模擬更加真實(shí)的海洋環(huán)境，包括雙向剪切流和雙向階梯剪切流場(chǎng)，以及真實(shí)海洋環(huán)境中實(shí)際尺寸管件大雷諾數(shù)的特點(diǎn)，這比以往測(cè)試方法有顯著的進(jìn)步；
[0025]3、本發(fā)明靈活性高，可以通過(guò)改變套筒套接位置和長(zhǎng)度模擬不同工況的雙向階梯剪切流；
[0026]4、本發(fā)明裝置復(fù)雜程度低，質(zhì)量輕，模塊化且裝卸方便，要求的電機(jī)功率較低，性能和效率較以往張力腿的渦激振動(dòng)測(cè)試裝置有很大提高。
【附圖說(shuō)明】
[0027]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0028]圖1是本發(fā)明不帶套筒結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2是測(cè)量分析模塊示意圖。
[0030]圖3是驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)正視圖。
[0031 ]圖4是懸臂模塊和擋流模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖5是底部支撐模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖6是滑槽模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖7是張力腿模型機(jī)構(gòu)中固定端的正視圖。
[0035]圖8是張力腿模型機(jī)構(gòu)中固定端的俯視