專利名稱：深海自由站立式立管渦激振動抑制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及深海自由站立式立管的振動抑制裝置，特別是指一種深海自由站立式立管渦激振動抑制裝置。
背景技術(shù)：
深海立管是海上平臺(半潛平臺、Spar平臺、張力腿式平臺、FPSO等)與海底井口的唯一連接結(jié)構(gòu)，在海底油井和海上浮體之間輸送液體，其主要功能是將海底氣田內(nèi)的油氣輸送到海上生產(chǎn)平臺，因此深海立管能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)對于海上油氣生產(chǎn)關(guān)系重大。自由站立式立管是適用于深海的一種立管形式，其疲勞破壞的主要原因之一是流體流經(jīng)立管后產(chǎn)生的渦激振動(VIV)。當(dāng)海流經(jīng)過圓柱形立管結(jié)構(gòu)的物體時，會在立管后部的兩側(cè)出現(xiàn)交替的旋渦，形成一個周期性的交變力作用在立管上，使立管在與海流流向一致和垂直的方向上同時產(chǎn)生振動，且在與海流方向相垂直方向上的振動最為劇烈。同時結(jié)構(gòu)的振動也會對流場產(chǎn)生影響，使阻力加大，因此立管的渦激振動是一個典型的流固耦合現(xiàn)象。當(dāng)旋渦脫落的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率接近或者相同時，就會引起立管的強(qiáng)烈振動，發(fā)生“鎖定”現(xiàn)象，加劇立管的疲勞破壞。目前國外對深海立管渦激振動的抑制主要采用兩種方式，一種是在立管來流方向的后部加裝魚鰭狀導(dǎo)流板，另一種是加裝螺旋形的導(dǎo)流板，以減少渦激振動。但以上兩種裝置成本比較高，重量較大，性價比偏低。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本實用新型的主要目的在于提供一種能夠有效地改變深海自由站立式立管周圍流場，抑制立管渦激振動的深海自由站立式立管渦激振動抑制裝置。為達(dá)到上述目的，本實用新型所提供的一種深海自由站立式立管渦激振動抑制裝置，其特征在于所述振動抑制裝置由多個基本擾流單元順序連接而成，各所述基本擾流單元由導(dǎo)流罩和擾流葉片組成，所述導(dǎo)流罩為半圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為深海自由站立式立管的外徑；所述導(dǎo)流罩外表面上設(shè)置兩條呈V形排列的擾流葉片，各所述擾流葉片為彎刀形， 多個順序連接的所述基本擾流單元的擾流葉片構(gòu)成網(wǎng)狀外形。所述導(dǎo)流罩的厚度為深海自由站立式立管外徑的0. 04倍，軸向長度為1. 5 2. Om0所述擾流葉片的橫剖面的形狀不變，為等腰三角形，等腰三角形的底邊長為深海自由站立式立管外徑的0. 05 0. 5倍，高度為深海自由站立式立管外徑的0. 05 0. 5倍， 且底邊處于所述導(dǎo)流罩的外表面上。所述導(dǎo)流罩上的兩條擾流葉片從同一基點(diǎn)出發(fā)，分別沿順時針、逆時針方向纏繞， 沿所述導(dǎo)流罩纏繞一周后，距基點(diǎn)的垂直距離為深海自由站立式立管外徑的12 36倍，在兩條所述擾流葉片的交叉處有一段間隙，為深海自由站立式立管外徑的0. 1倍 0. 5倍。所述基本擾流單元采用微毒性硬質(zhì)塑料一次壓模成形。[0010]采用上述技術(shù)方案，本實用新型的特色在于在立管的兩側(cè)以網(wǎng)式反向耦合的形式對稱布置兩組擾流葉片，在達(dá)到渦激振動的抑制效果80%以上的同時，使立管的受力更加均勻，避免了由于單向螺紋型排列的擾流葉片所造成的立管扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。本實用新型主要應(yīng)用于深海自由站立式立管，對于其他類型的立管(柔性立管， 鋼懸鏈線立管，混合型立管等)同樣有著較好的保護(hù)作用。是一種經(jīng)濟(jì)、高效的渦激振動抑制裝置。

圖1是本實用新型反向耦合雙螺旋葉片式渦激振動抑制裝置軸側(cè)圖。圖2是本實用新型反向耦合雙螺旋葉片式渦激振動抑制裝置側(cè)向視圖。圖3是本實用新型反向耦合雙螺旋葉片式渦激振動抑制裝置軸向視圖。圖4是本實用新型的彎刀形擾流葉片中剖面圖。圖5是本實用新型的基本擾流單元周向展開圖。圖6是本實用新型的基本擾流單元螺栓緊固布置圖。圖6A是圖6中螺栓的放大示意圖。圖6B是沿圖6中A-A剖線的剖視示意圖。圖7是本實用新型的兩個基本擾流單元對稱安裝示意圖。圖8是本實用新型的四個基本擾流單元軸向拼接示意圖。圖9是本實用新型的八個基本擾流單元軸向拼接示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)舉以下實施例并結(jié)合附圖對本實用新型的結(jié)構(gòu)及功效進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1 圖3所示，為本實用新型所提供的一種深海自由站立式立管渦激振動抑制裝置1，其由多個基本擾流單元2順序連接而成。各基本擾流單元2由導(dǎo)流罩3和擾流葉片4組成。導(dǎo)流罩3為半圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)(如圖3所示)，其內(nèi)徑即為深海自由站立式立管的外徑，厚度為深海自由站立式立管外徑的 0. 04倍，軸向長度可根據(jù)需要調(diào)整，以1. 5 2. Om為宜。在導(dǎo)流罩3的外表面上設(shè)置有兩條擾流葉片4，兩條擾流葉片4從同一基點(diǎn)出發(fā)， 分別沿順時針、逆時針方向纏繞在導(dǎo)流罩3的外表面上，呈V形排列，各擾流葉片4為彎刀形，其橫剖面的形狀不變，為等腰三角形(如圖4所示)，等腰三角形的底邊長ζ為深海自由站立式立管外徑的0. 05 0. 5倍，高度d為深海自由站立式立管外徑的0. 05 0. 5倍，且底邊ζ處于導(dǎo)流罩3的外表面上。如圖5所示，兩條擾流葉片4從同一基點(diǎn)出發(fā)，分別沿順時針、逆時針方向纏繞，沿導(dǎo)流罩3纏繞一周后，距基點(diǎn)的垂直距離為12 36倍自由站立式立管外徑。在兩條擾流葉片4交叉處有一段間隙S，為0. 1倍 0. 5倍自由站立式立管外徑。各基本擾流單元2采用微毒性硬質(zhì)塑料一次壓模成形，采用微毒性硬質(zhì)塑料一方面可以減少水生物的附著，另一方面可以降低裝置自身的重量。在安裝使用時，首先將基本擾流單元2兩兩對稱(如圖7所示)安裝在深海自由站立式立管上，再根據(jù)擾流葉片首尾相連的原則，依次排列基本擾流單元2，并采用薄鋼條圈箍固定在深海自由站立式立管的外表面，由此排列而成的擾流葉片4構(gòu)成網(wǎng)狀外形，形成本實用新型所提供的深海自由站立式立管網(wǎng)式(WEB)反向耦合雙螺旋葉片式渦激振動抑制裝置1。本實用新型是根據(jù)深海自由站立式立管的長度需要安裝渦激振動抑制裝置段的總長度，再確定需要安裝的基本擾流單元2的數(shù)量，如圖8、圖9所示所示，為連接不同數(shù)量的基本擾流單元2組成的深海自由站立式立管網(wǎng)式(WEB)反向耦合雙螺旋葉片式渦激振動抑制裝置1。基本擾流單元2是用螺栓5兩兩對稱安裝。在導(dǎo)流罩3的橫截面兩邊各設(shè)有四個螺孔，用于兩個基本擾流單元2的安裝緊固。四個螺孔分別位于導(dǎo)流罩3長度L的1/8、 3/8,5/8和7/8處，基本擾流單元2的螺栓5緊固布置如圖6所示，螺孔直徑視壁厚來定，螺栓5采用六角頭螺栓(GB/T 5782-2000)，可保證安裝后的基本擾流單元2不會與深海自由
站立式立管間產(chǎn)生滑動。采用上述結(jié)構(gòu)，本實用新型的振動抑制裝置構(gòu)成了網(wǎng)形耦合螺旋葉片式的布置形式，因此可以有效地抵抗海流流經(jīng)所引發(fā)的振動，使渦激振動的不良影響最小化。通過計算表明，在同樣的深海自由站立式立管以及流場情況下，與無抑振裝置的情況相比，采用該裝置可以使深海自由站立式立管的渦激振動幅值減小80%以上。同時按照網(wǎng)式排列的擾流葉片可以消除以往的螺旋形葉片所固有的深海自由站立式立管受力不均勻的現(xiàn)象，消除了附加于深海自由站立式立管主體的扭矩，可以使深海自由站立式立管的損傷降到最低。而且，本實用新型的振動抑制裝置的密度比海水的密度小，可為深海自由站立式立管提供一定的浮力，從而可以減少深海自由站立式立管上浮體的數(shù)量，節(jié)省所需浮體的造價。同時，采用微毒性塑料作為主要的材料，能有效降低成本，簡化制作工藝，并可有效抑制海洋生物的生長。同時，本實用新型的振動抑制裝置采用基本擾流單元按需組裝，因此可以采用模塊化生產(chǎn)、組裝的方式，便于生產(chǎn)和安裝，且單個模塊的長度可以根據(jù)不同的海況以及深海自由站立式立管的曲率進(jìn)行調(diào)整，可以避免由于彎曲過大所造成的應(yīng)力集中現(xiàn)象，使本實用新型的振動抑制裝置的壽命大大加強(qiáng)。
權(quán)利要求1.一種深海自由站立式立管渦激振動抑制裝置，其特征在于所述振動抑制裝置由多個基本擾流單元順序連接而成，各所述基本擾流單元由導(dǎo)流罩和擾流葉片組成，所述導(dǎo)流罩為半圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為深海自由站立式立管的外徑；所述導(dǎo)流罩外表面上設(shè)置兩條呈V形排列的擾流葉片，各所述擾流葉片為彎刀形，多個順序連接的所述基本擾流單元的擾流葉片構(gòu)成網(wǎng)狀外形。
2.如權(quán)利要求1所述的深海自由站立式立管渦激振動抑制裝置，其特征在于所述導(dǎo)流罩的厚度為深海自由站立式立管外徑的0. 04倍，軸向長度為1. 5 2. 0m。
3.如權(quán)利要求1所述的深海自由站立式立管渦激振動抑制裝置，其特征在于所述擾流葉片的橫剖面的形狀不變，為等腰三角形，等腰三角形的底邊長為深海自由站立式立管外徑的0. 05 0. 5倍，高度為深海自由站立式立管外徑的0. 05 0. 5倍，且底邊處于所述導(dǎo)流罩的外表面上。
4.如權(quán)利要求2所述的深海自由站立式立管渦激振動抑制裝置，其特征在于所述擾流葉片的橫剖面的形狀不變，為等腰三角形，等腰三角形的底邊長為深海自由站立式立管外徑的0. 05 0. 5倍，高度為深海自由站立式立管外徑的0. 05 0. 5倍，且底邊處于所述導(dǎo)流罩的外表面上。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的深海自由站立式立管渦激振動抑制裝置，其特征在于所述導(dǎo)流罩上的兩條擾流葉片從同一基點(diǎn)出發(fā)，分別沿順時針、逆時針方向纏繞，沿所述導(dǎo)流罩纏繞一周后，距基點(diǎn)的垂直距離為深海自由站立式立管外徑的12 36倍，在兩條所述擾流葉片的交叉處有一段間隙，為深海自由站立式立管外徑的0. 1倍 0. 5倍。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的深海自由站立式立管渦激振動抑制裝置，其特征在于所述基本擾流單元采用微毒性硬質(zhì)塑料一次壓模成形。
7.如權(quán)利要求5所述的深海自由站立式立管渦激振動抑制裝置，其特征在于所述基本擾流單元采用微毒性硬質(zhì)塑料一次壓模成形。
專利摘要本實用新型涉及一種深海自由站立式立管渦激振動抑制裝置，其特征在于所述振動抑制裝置由多個基本擾流單元順序連接而成，各所述基本擾流單元由導(dǎo)流罩和擾流葉片組成，所述導(dǎo)流罩為半圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為深海自由站立式立管的外徑；所述導(dǎo)流罩外表面上設(shè)置兩條呈V形排列的擾流葉片，各所述擾流葉片為彎刀形，多個順序連接的所述基本擾流單元的擾流葉片構(gòu)成網(wǎng)狀外形。本實用新型能夠有效地改變深海自由站立式立管周圍的流場，抑制立管的渦激振動現(xiàn)象。
文檔編號E21B17/10GK202073506SQ20102068717
公開日2011年12月14日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者馮瑋, 周守信, 孫麗萍, 康莊, 張恩勇, 曹靜, 李新仲, 沙勇, 王大明, 王星, 賈旭 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心, 哈爾濱工程大學(xué)