海洋立管試驗裝置設(shè)計及其對渦激振動影響研究.pdf

1、海洋深水立管是海洋油氣田開發(fā)中一個重要的組成部分，它是連接海上平臺和位于海床海底設(shè)施的主要通道。處于海洋環(huán)境中的海洋立管所承受的荷載有風(fēng)、浪、流、冰等。當(dāng)海流流經(jīng)立管時，在一定的流速下會產(chǎn)生漩渦脫落，當(dāng)漩渦脫落頻率與結(jié)構(gòu)自振頻率接近時，漩渦脫落頻率鎖定在結(jié)構(gòu)自振頻率附近，發(fā)生頻率鎖定（Lock-in）現(xiàn)象，引起管道振動加強，從而加快立管的疲勞破壞。
　　為了深入研究在內(nèi)流、頂張力、外流、不同邊界條件作用下深水立管渦激振動規(guī)律，在山

2、東省重點實驗室的大型深水池中進(jìn)行大長細(xì)比海洋立管渦激振動模型試驗。立管模型采用長6.2m、直徑20mm的銅管，沿立管模型軸向均勻布置12個測點，每個測點布置4個應(yīng)變計，用以測得來流向和橫向兩個方向的振動響應(yīng)。
　　本文以立管模型和試驗水池的尺寸為基礎(chǔ)，設(shè)計了符合試驗室水池要求的海洋立管試驗鋼結(jié)構(gòu)支架、能夠?qū)崿F(xiàn)鉸接和固接兩種不同邊界條件的試驗支座和一套能變化內(nèi)流、頂張力的渦激振動試驗系統(tǒng)裝置，并對設(shè)計的試驗裝置進(jìn)行了靜力分析和動力特

3、性分析。試驗支架是由三個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成的，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間采用高強螺栓連接，底部是焊接的鋼板用以增加支架本身配重，頂端標(biāo)準(zhǔn)節(jié)側(cè)壁是由PVC扣板拼接而成，并采用高強度密封膠對拼縫進(jìn)行密封，同時在支架頂端采用高強螺栓與水槽側(cè)壁連接。試驗支座分鉸接支座和固接支座兩種，鉸接支座能滿足立管在避免軸向轉(zhuǎn)動的情況下實現(xiàn)順流向和橫向的自由轉(zhuǎn)動，固接支座能保證立管不發(fā)生自由轉(zhuǎn)動。頂張力施加系統(tǒng)采用雙定滑輪與高強鋼絞線配合使用，連接配重砝碼和立管支座。內(nèi)流施加系統(tǒng)是

4、通過連接支座的管道，由高自壓水泵輸送內(nèi)流，電子流量計控制流速。采用設(shè)計的實驗裝置進(jìn)行立管模型的渦激振動試驗，通過在立管表面粘貼光纖光柵應(yīng)變計獲得動態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)，分別從動態(tài)響應(yīng)幅值、頻率、約化速度等方面對在22級外流速下立管的試驗數(shù)據(jù)分析，得出立管的渦激振動規(guī)律。對不同邊界條件立管的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得出在頂張力、內(nèi)流速相同的情況下，外流速相等時兩端鉸接立管的振動幅值大于兩端固接立管，隨著外流速的增加，兩端鉸接立管比兩端固接立管率先發(fā)生