海洋立管试验装置设计及其对涡激振动影响研究
海洋深水立管是海洋油气田开发中一个重要的组成部分，它是连接海上平台和位于海床海底设施的主要通道。处于海洋环境中的海洋立管所承受的荷载有风、浪、流、冰等。当海流流经立管时，在一定的流速下会产生漩涡脱落，当漩涡脱落频率与结构自振频率接近时，漩涡脱落频率锁定在结构自振频率附近，发生频率锁定（Lock-in）现象，引起管道振动加强，从而加快立管的疲劳破坏。 为了深入研究在内流、顶张力、外流、不同边界条件作用下深水立管涡激振动规律，在山东省重点实验室的大型深水池中进行大长细比海洋立管涡激振动模型试验。立管模型采用长6.2m、直径20mm的铜管，沿立管模型轴向均匀布置12个测点，每个测点布置4个应变计，用以测得来流向和横向两个方向的振动响应。 本文以立管模型和试验水池的尺寸为基础，设计了符合试验室水池要求的海洋立管试验钢结构支架、能够实现铰接和固接两种不同边界条件的试验支座和一套能变化内流、顶张力的涡激振动试验系统装置，并对设计的试验装置进行了静力分析和动力特性分析。试验支架是由三个标准节组成的，标准节之间采用高强螺栓连接，底部是焊接的钢板用以增加支架本身配重，顶端标准节侧壁是由PVC扣板拼接而成，并采用高强度密封胶对拼缝进行密封，同时在支架顶端采用高强螺栓与水槽侧壁连接。试验支座分铰接支座和固接支座两种，铰接支座能满足立管在避免轴向转动的情况下实现顺流向和横向的自由转动，固接支座能保证立管不发生自由转动。顶张力施加系统采用双定滑轮与高强钢绞线配合使用，连接配重砝码和立管支座。内流施加系统是通过连接支座的管道，由高自压水泵输送内流，电子流量计控制流速。采用设计的实验装置进行立管模型的涡激振动试验，通过在立管表面粘贴光纤光栅应变计获得动态应变数据，分别从动态响应幅值、频率、约化速度等方面对在22级外流速下立管的试验数据分析，得出立管的涡激振动规律。对不同边界条件立管的试验数据进行对比分析，得出在顶张力、内流速相同的情况下，外流速相等时两端铰接立管的振动幅值大于两端固接立管，随着外流速的增加，两端铰接立管比两端固接立管率先发生锁振现象等一些影响规律。
海洋深水立管;涡激振动;试验装置设计;锁振现象
中国海洋大学
硕士
动力工程
郭海燕
2013
中文
TE952
79
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）