海洋立管是連接海面和海底井口的主要連接件,既可用于海洋平臺,也可用于鉆探船舶或采油船。海洋立管是海洋鉆探和生產(chǎn)中不可或缺的重要元件,其內(nèi)部一般有鉆探泥漿或高壓油氣通過,外部則承受波浪、海流、冰以及船體運動等引起的荷載。當(dāng)海流流經(jīng)立管時,在一定的流速下會產(chǎn)生旋渦脫落,使立管發(fā)生渦激振動,當(dāng)旋渦脫落頻率與海洋立管自振頻率接近時,振動會迫使旋渦脫落頻率固定在結(jié)構(gòu)自振頻率附近,發(fā)生頻率鎖定(lock-in)現(xiàn)象,引起強烈的立管振動,加劇立管的疲勞破壞。 當(dāng)內(nèi)流流經(jīng)撓曲的立管時,由于管道曲率的變化和管道的橫向振動,流體發(fā)生加速,這些加速的力會反過來作用在管道上,引起管道的附加振動。頂張力的變化,會改變立管的結(jié)構(gòu)剛度,進(jìn)而改變立管的振動特性。研究內(nèi)流和頂張力對立管動力特性的影響,有利于更加深入的了解立管的振動特性。另一方面,有效的抑振方案可以明顯抑制立管的渦激振動,提高立管的疲勞壽命,因此,研究有效的抑振措施,具有很大的工程應(yīng)用價值。 本文以有機玻璃作為模型材料,在風(fēng)-浪-流聯(lián)合作用水槽中分別進(jìn)行了裸管實驗和抑振管實驗。裸管實驗考慮了內(nèi)流、頂張力及外流環(huán)境的變化,抑振管實驗則對比了五種不同抑振形式的抑振效果。經(jīng)分析,隨著內(nèi)流流速的增加,立管的振動幅值增加,頻率降低,當(dāng)外流速較大時,內(nèi)流作用不明顯;頂張力增加會明顯提高立管的振動頻率,而振幅降低;單螺旋、雙螺旋和三螺旋月牙抑振裝置均能起到很好的抑振效果,可明顯減小立管振動;月牙八字形抑振裝置也能起到較好的抑振效果,且基本不改變立管迎水面積。根據(jù)實驗結(jié)果和已有成果,本文還對海洋立管設(shè)計規(guī)范中的相應(yīng)內(nèi)容提出了修改建議。
【學(xué)位單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：P756.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1. 緒論
    1.1 選題背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 關(guān)于海洋立管的渦激振動
        1.2.2 關(guān)于海洋立管的抑振措施
        1.2.3 關(guān)于規(guī)范的研究
    1.3 本文的主要工作
2. 荷載及渦激振動理論
    2.1 荷載
        2.1.1 工作荷載
        2.1.2 環(huán)境荷載
        2.1.3 偶然荷載
    2.2 渦激振動理論
        2.2.1 描述渦激振動的幾個參數(shù)
        2.2.2 旋渦形成及發(fā)放機理
        2.2.3 尾流區(qū)特征
        2.2.4 關(guān)于渦激振動
    2.3 抑振理論
        2.3.1 改變立管性能
        2.3.2 改變流場
3. 海洋立管渦激振動及抑振實驗
    3.1 模型及抑振裝置設(shè)計
        3.1.1 裸管模型
        3.1.2 抑振管
    3.2 實驗條件及設(shè)備
        3.2.1 實驗水槽
        3.2.2 多普勒測速系統(tǒng)
        3.2.3 模型固定支架
        3.2.4 施加內(nèi)流設(shè)備
        3.2.5 頂張力施加設(shè)備
        3.2.6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
    3.3 實驗方法及目的
        3.3.1 裸管實驗
        3.3.2 抑振管實驗
        3.3.3 實驗?zāi)康?br>4. 實驗數(shù)據(jù)分析
    4.1 數(shù)據(jù)分析方法
        4.1.1 幅值域分析法
        4.1.2 離散傅里葉變換（DFT）
        4.1.3 快速傅里葉變換（FFT）
        4.1.4 功率譜密度（PSD）
    4.2 裸管實驗及分析
        4.2.1 立管動力特性分析
        4.2.2 內(nèi)流對立管動力特性的影響
        4.2.3 頂張力對立管動力特性的影響
    4.3 抑振實驗及分析
        4.3.1 動力特性分析
        4.3.2 抑振效果分析
    4.4 實驗小結(jié)
5. 關(guān)于海洋立管設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的分析和探討
    5.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中對內(nèi)流的描述
        5.1.1 API RP 2RD（1998）中關(guān)于內(nèi)流的描述
        5.1.2 DNV-OS-F201（2001）中關(guān)于內(nèi)流的描述
        5.1.3 兩個標(biāo)準(zhǔn)的對比
    5.2 與研究成果的比較分析
        5.2.1 與理論研究成果的比較
        5.2.2 與實驗研究成果的比較
    5.3 改進(jìn)建議
    5.4 說明
6. 結(jié)論
    6.1 本文結(jié)論
    6.2 實驗不足及改進(jìn)建議
參考文獻(xiàn)
致謝
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相關(guān)期刊論文 前1條

1 郭海燕,王樹青,劉德輔;海洋環(huán)境荷載下輸液立管的靜、動力特性研究[J];青島海洋大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2001年04期

本文編號：2877318