RFHD用于提供阻尼

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2018年12月22日

  时时彩后三单式是什么三分时时彩免费计划软件下载澳洲3分彩全天网页计划海底管道、海优势力发电机和浮动平台等海上布局可能具有各类恶劣外部荷载(例如风、波浪、涡旋零落和地动)惹起的过度振动。这些晦气振动会降低布局的出产力,影响布局的可用性,以至危及布局的平安性。因而,削减海上布局的晦气振动至关主要。关于该范畴已有大量研究,而且曾经提出了各类各样的方式、手艺。这些方式可大致分为两组,即被动节制法和自动节制法。自动节制需要外部电源来操作,这会对工程实践,出格是对在海上情况中的工程实践形成挑战,此中复杂的致动器以及额外的电源也容易出问题且成本高,而且在某些环境下,海底管道等工程很是难以实现。另一方面,被动节制安装无需外部电源,相对成本更低且利用更便利。因而,后者在海上布局振动节制中的使用更普遍。

  澳大利亚科廷大学根本设备监测与庇护核心(简称CIMP)曾经开展,并正在开展一些关于海上布局被动振动节制的研究工作。本文重点总结了CIMP的最新研究工作:基于管中管(PIP)概念的海底管道振动节制。值得留意的是,虽然本文中呈现的使用示例对应的是采用各类研究手艺的特定布局,可是这些研究手艺也可使用于其他布局。例如,本文提出的PIP手艺也能够用于节制风力发电场和平台的振动。

  PIP系统因其优异的隔热机能而越来越多地使用在海底管道中。保守的PIP系统包罗内管(产物输送管)和外管(套管)。内管用于承载产物流,外管供给机械庇护以抵当来自海水的高外部流体静压。凡是由硬质聚合物环制成的定心夹具以必然间距夹合固定在内管上,以确保两管同轴。

  比来,基于PIP系统特殊布局结构的长处,提出了利用特地设想的安装毗连表里管进行振动节制。改良PIP系统形成布局调谐质量阻尼器(TMD)系统,外管作为次要布局,内管作为调谐质量阻尼器(TMD)(图2)。因而,这种改良的系统有可能减轻各类缘由惹起的管道振动。研究人员近期就PIP系统节制地动和涡旋零落惹起的海底管道振动的无效性开展了大量研究工作。

  研究中,通过数值模仿查验了操纵PIP系统节制地动惹起的海底管道振动的无效性。图3所示为地埋式管道系统,因为海床的非平均性和冲刷,构成了L=30m的自在管跨。这种长度的自在管跨管道,其振动可能惹起委靡损坏并降低海底管道的利用寿命,这是海底管道资产办理的次要问题之一。为了以最小的额外成本削减振动,于是提出了改良PIP系统。第一个例子研究了利用这一概念来节制地动惹起的振动的无效性。连系系统的尺寸和给定的土壤前提,计较得出外管的根基振动频次,而且利用常用的TMD优化方式,确定表里管之间毗连安装的参数。

  利用ANSYS别离成立了保守PIP和改良PIP系统的无限元模子。两个系统别离经受三品种型的地动动,即人工模仿地动动、近断层Loma Prieta和El Centro远场地动动。每种环境下的地动动时程阐发均基于系统横向标的目的。图4所示别离为外管和内管的位移响应。从图中能够看出,本文所提概念对于三品种型的地动荷载均无效,最大减速比可达57.6%。成果还表白,与保守TMD系统分歧,次要布局的振动遭到抑止,而TMD系统的振动较着,外管(次要布局)和内管(TMD系统)的振动,因为改良PIP系统中表里管之间的质量比力大(在本例中为85.3%)而遭到抑止。这现实上是本文所提PIP系统很是有益的机能特征,由于如上所述,内管用于输送碳氢化合物,内管的平安性与外管一样主要。值得留意的是,除了PIP系统的大质量比之外,系统的另一奇特特征在于两管之间相对活动的空间无限,这也能大大影响节制效率。在模仿中,利用间隙元和冲击元来模仿两管之间可能发生的接触。

  改良的PIP系统环空中,毗连安装被简化为弹簧和阻尼器。在工程实践中,粘弹性材料或带弹簧的扭转摩擦搭钮阻尼器(RFHDS)可用于毗连内管和外管。针对利用RFHDS毗连的PIP系统的海底管道振动节制无效性进行了进一步的数值模仿。图5(a)所示为RFHSDS的结构,图5(b)为成立的无限元模子,图5(c)为阻尼器原型。从图中能够看出,RFHDS由扭转摩擦搭钮阻尼器(RFHD)和弹簧构成,RFHD用于供给阻尼,弹簧供给刚度。图6所示为采用分歧毗连安装、经模仿受地动动的PIP系统的横向位移。从图中能够看出,RFHDS毗连的PIP系统对于节制地动惹起的振动是无效的,但与优化系统比拟,无效性略有降低。缘由在于,在优化系统中,表里管之间的相对位移被假定为环空尺寸,而在RFHDS毗连的PIP系统中,连系RFHDS的尺寸考虑,相对位移仅为环空尺寸的一半。因而,TMD的功能还欠完美,进而使系统效率降低。添加环空尺寸,即通过添加外管的尺寸,虽然会添加成本,但能够提高节制效率。

  示例验证了利用本文所提PIP系统节制海底管道VIV的无效性。在流体流中置入圆柱体时,涡旋零落可能导致圆柱体振动,这即是涡激振动(VIV)。VIV已被普遍认定为很多海上布局的损坏缘由。目前的VIV节制办法次要是在向海上布局添加外部安装(例如螺旋箍条、整流罩、镖状笼盖层、分手板和C形片、节制杆、贴板、屏障罩和概况粗拙度节制手艺)。这些办法无疑会添加成本,在某些环境下以至不适用。例如,护罩和轴向板条制形成本高,不易安装,易于发展海洋附生物而且易于遭到严峻损坏。利用改良PIP系统不涉及额外的布局或设备来节制振动,因而可以或许避免上述问题。CIMP通过度析、数值和尝试研究,研究了利用PIP系统进行VIV节制的无效性。

  先前对单个管道的尝试研究验证了阐发模子的精确性。图8比力了保守和优化PIP系统在分歧换算速度(Ur)前提下的归一化错流波动。能够看出,优化PIP系统能够显著降低VIV,当管道纵横比为13时,最大减速比可以或许达到87%。

  通过数值模仿,并连系利用ANSYS Mechanical阐发软件和FLUENT无限体积解算器,成立了计较流体动力学(CFD)与流体布局彼此感化(FSI)耦合算法框架,进一步查验利用PIP进行VIV节制的无效性。图9为计较域和响应的网格。接近圆柱体时环空子域呈现细网格,远离圆柱体时则生成较大的网格(图9(b))。

  图10所示为保守和改良优化PIP系统在分歧减速度下,振荡位移的归一化时程。从图中能够看出,改良系统对于削减海底管道的涡激位移很是无效。

  改良的PIP系统能够改变外管四周尾流的3D紊流布局。图11所示为Ur=4.2时t*=53.7对应的Q等值面。能够看出,两个系统的海浪流完全呈三维形态,而且利用改良PIP系统能够较着改变外管四周海浪的涡流布局,进而导致减小位移,如图10(b)所示。

  在进行尝试研究阶段,CIMP与西澳大学(UWA)的Tongming Zhou传授合作,在西澳大学进行了风洞试验,进一步研究本文所提方式的无效性。图12(a)和(b)所示为试验安装。外管的长度、直径和厚度别离为1600mm、80mm和3mm。外管利用四个外部可调理弹簧吊挂,这些弹簧毗连到支持钢架。内管的长度和厚度与外管的长度和厚度不异,但内管的外径为40mm。表里管的质量比为46.6%。试验中考虑了两种表里管毗连体例。如图12(c)所示,一个是表里管通过螺纹杆彼此刚性毗连(也称作固定毗连,如图13所示),另一个是通过两个内部弹簧毗连(也称作柔性毗连)。

  图12 尝试安装概述:(a)示企图(b)照片和(c)外管和内管之间的毗连

  PIP系统经受换算速度的风流量,即v/fnd,此中v是风速,fn是布局的根基振动频次,d是外管直径,v/fnd的范畴为3-16。图13所示为不怜悯况下的归一化最大位移响应。能够看出,改良PIP系统最高可将VIV降低至28%。节制结果不如阐发和数值研究所得结果。缘由在于阐发和数值研究中毗连安装采用了最优值。而在试验中,环空中没有安装阻尼器,而且毗连弹簧的刚度并未采纳最优值。

  作者单元 / 科廷大学土木与机械工程学院根本设备监测与庇护核心(CIMP)

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