一種可轉(zhuǎn)五角葉輪式渦激振動抑制裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可轉(zhuǎn)五角葉輪式渦激振動抑制裝置及方法，其特征在于：裝置由多個基本單元組合而成，基本單元包括五角葉輪、圓柱滾子以及固定卡環(huán)三部分。五角葉輪套裝于隔水管外，每個角上的兩個側(cè)面形狀不同，五角葉輪兩端設(shè)置有圓弧形插孔，在其中安插圓柱滾子，通過安裝固定卡環(huán)限制五角葉輪在軸線方向上的移動。在五角葉輪與圓柱滾子的配合下，五角葉輪能夠360°自由旋轉(zhuǎn)，可應(yīng)對不同方向來流，有效破壞隔水管后方漩渦的形成，實(shí)現(xiàn)渦激振動的抑制。
【專利說明】一種可轉(zhuǎn)五角葉輪式渦激振動抑制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋隔水管設(shè)施鋪設(shè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及ー種可轉(zhuǎn)五角葉輪式渦激振動抑制裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在深水油氣田的開采過程中，海洋隔水管連接平臺與水下井口，為鉆井液及地層流體提供安全通道，其服役的可靠性對于油氣鉆采的安全運(yùn)行具有重要意義。海洋隔水管所處環(huán)境條件惡劣，受カ情況復(fù)雜。當(dāng)波浪、海流流經(jīng)隔水管吋，將在隔水管后方形成漩渦，漩渦的形成和脫落改變了隔水管后方的流速分布，誘發(fā)了隔水管的渦激振動。當(dāng)漩渦脫落頻率接近或等于海洋隔水管某一固有頻率吋，即會引發(fā)共振，加速隔水管的疲勞破壞。一旦隔水管結(jié)構(gòu)發(fā)生失效，不僅會引起海上重大安全事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還將對海洋環(huán)境造成災(zāi)難性的破壞。
[0003]現(xiàn)有的渦激振動抑制裝置主要分為主動抑制和被動抑制兩類。主動抑制技術(shù)的原理是在流場中加入外部能量從而抑制漩渦脫落。而被動抑制是指通過改變管線外部形狀或者安裝附加裝置來達(dá)到抑制尾跡漩渦脫落的目的。但是在海洋復(fù)雜環(huán)境下，主動抑制技術(shù)應(yīng)用起來還比較困難，所以更多地考慮使用被動抑制技術(shù)。其中，控制桿、表面突起、分離盤等是已經(jīng)研發(fā)出的典型的被動抑制裝置，但它們均不能應(yīng)對任意方向來流，實(shí)際使用范圍受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決問題是針對現(xiàn)有海洋隔水管渦激振動抑制裝置存在的不足，提供ー種性能可靠，現(xiàn)場安裝方便，井能夠應(yīng)對任意方向來流的可轉(zhuǎn)五角葉輪式渦激振動抑制裝置及方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種可轉(zhuǎn)五角葉輪式渦激振動抑制裝置由多個基本単元組合而成，基本単元包括五角葉輪、圓柱滾子以及固定卡環(huán)三部分。其中所述的五角葉輪為五角形柱體，五角葉輪存在與隔水管同軸的中心圓孔，中心圓孔直徑大于隔水管外徑；五角葉輪每個角上的兩個側(cè)面形狀不同，ー個側(cè)面為平面，另ー個側(cè)面為內(nèi)凹的弧面，五角葉輪的外側(cè)面由上述兩種側(cè)面交替而成；五角葉輪每個角內(nèi)均含有一個軸線平行于中心圓孔軸線的貫穿圓孔，貫穿圓孔連通五角葉輪上下兩個端面；在五角葉輪中心圓孔內(nèi)側(cè)上下兩端均設(shè)置有周向間隔45°的圓弧形插孔，一端八個，用于安插圓柱滾子，圓弧形插孔的形狀為3/4圓弧，沿軸向深度小于圓柱滾子的高度。
[0006]圓柱滾子的數(shù)量與圓弧形插孔的數(shù)量一致，圓柱滾子外徑小于圓弧形插孔的圓弧部分直徑；圓柱滾子與隔水管外切，同時與圓弧形插孔內(nèi)切；圓柱滾子的高度大于圓弧形插孔的深度。
[0007]固定卡環(huán)由兩個對稱的半圓形柱體通過螺栓連接而成，姆個半圓形柱體均為臺階形，圓柱滾子外端面與固定卡環(huán)內(nèi)側(cè)臺階端面接觸，固定卡環(huán)的內(nèi)徑與隔水管的外徑相等，以限制五角葉輪在軸線方向上的移動。
[0008]所述的ー種可轉(zhuǎn)五角葉輪式渦激振動抑制裝置可以提供一種可轉(zhuǎn)五角葉輪式渦激振動抑制方法，將該裝置套裝在隔水管上放入海水中，任意角度來流沖擊五角葉輪后，由于五角葉輪每個角的兩個側(cè)面形狀都不一樣，因此受到的沖擊カ不一樣，從而會產(chǎn)生沿切向的分力，驅(qū)動五角葉輪旋轉(zhuǎn)；在五角葉輪與圓柱滾子的配合下，五角葉輪能夠360°自由旋轉(zhuǎn)，有效破壞隔水管后方漩渦的形成，實(shí)現(xiàn)渦激振動的抑制。
[0009]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)自由旋轉(zhuǎn)，能夠破壞隔水管后方產(chǎn)生的周期性漩渦，可以應(yīng)對不同方向來流，適應(yīng)不同的海洋環(huán)境，延長水下隔水管的使用壽命；
2、本發(fā)明的五角葉輪由塑料制造而成，節(jié)約成本，不易腐蝕和損壞，同時產(chǎn)生的浮力可以減少隔水管的重力效應(yīng)；
3、本發(fā)明的貫穿圓孔中可以填充輕質(zhì)材料以增加浮力，更大程度地減輕隔水管在海水中的重力效應(yīng)；
4、本發(fā)明可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，自由調(diào)節(jié)基本単元之間的距離，最大程度上抑制隔水管的渦激振動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為本發(fā)明五角葉輪與圓柱滾子的結(jié)構(gòu)示意圖 圖3為本發(fā)明固定卡環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖
其中:1、隔水管；2、五角葉輪；3、圓弧形插孔；4、貫穿圓孔；5、固定卡環(huán)；6、圓柱滾子?！揪唧w實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)ー步描述。
[0012]本發(fā)明涉及一種可轉(zhuǎn)五角葉輪式渦激振動抑制裝置由多個基本単元組合而成，如圖1所示，ー個基本単元包括五角葉輪2、圓柱滾子6以及固定卡環(huán)5三部分。
[0013]如圖1、2所示，首先，將五角葉輪2套裝于隔水管I上，所述的五角葉輪2為五角形柱體，五角葉輪2存在于隔水管I同軸的中心圓孔，中心圓孔直徑略大于隔水管I外徑；五角葉輪2每個角上的兩個側(cè)面形狀不同，ー個側(cè)面為平面，另ー個側(cè)面為內(nèi)凹的弧面，五角葉輪2的外側(cè)面由上述兩種側(cè)面交替而成；五角葉輪2每個角內(nèi)均含有一個軸線平行于中心圓孔軸線的貫穿圓孔4，貫穿圓孔4連通五角葉輪2上下兩個端面，必要時可以在貫穿圓孔4中添加輕質(zhì)材料以增大浮力，減少隔水管的重力效應(yīng)；在五角葉輪2中心圓孔內(nèi)側(cè)上下兩端均設(shè)置有周向間隔45°的圓弧形插孔3，一端八個，用于安插圓柱滾子6，圓弧形插孔3的形狀為3/4圓弧，沿軸向有深度小于圓柱滾子6的高度。
[0014]然后，將圓柱滾子6插入圓弧形插孔3中，所述的圓柱滾子6的數(shù)量與圓弧形插孔3的數(shù)量一致，圓柱滾子6外徑小于圓弧形插孔3的圓弧部分直徑；圓柱滾子6與隔水管I外切，同時與圓弧形插孔3內(nèi)切；圓柱滾子6的高度大于圓弧形插孔3的深度。
[0015]最后，在五角葉輪2兩端安裝固定卡環(huán)5以限制其軸線方向上的運(yùn)動,所述的固定卡環(huán)5由兩個對稱的半圓形柱體通過螺栓連接而成，如圖3所示，每個半圓形柱體均為臺階形，圓柱滾子6外端面與固定卡環(huán)5內(nèi)側(cè)臺階端面接觸，固定卡環(huán)5的內(nèi)徑與隔水管I的外
徑相等。
[0016]本發(fā)明的五角葉輪2由塑料模具一次加工成型，產(chǎn)生的浮力可以減少隔水管的重力效應(yīng)。
[0017]所述的ー種可轉(zhuǎn)五角葉輪式渦激振動抑制裝置可以提供一種可轉(zhuǎn)五角葉輪式渦激振動抑制方法，將該裝置套裝在隔水管上放入海水中，任意角度來流沖擊五角葉輪2后，由于五角葉輪2每個角的兩個側(cè)面形狀都不一樣，因此受到的沖擊カ不一樣，從而會產(chǎn)生沿切向的分力，驅(qū)動五角葉輪2旋轉(zhuǎn)；在五角葉輪2與圓柱滾子6的配合下，五角葉輪2能夠360°自由旋轉(zhuǎn)，有效破壞隔水管后方漩渦的形成，實(shí)現(xiàn)渦激振動的抑制。
[0018]具體實(shí)施例:
根據(jù)實(shí)際隔水管I的長細(xì)比和當(dāng)?shù)睾Ｑ蟛ɡ?、海流的常年統(tǒng)計(jì)信息，設(shè)計(jì)合理的基本単元間距，計(jì)算出需要的基本單元個數(shù)n，則五角葉輪的個數(shù)為n，圓柱滾子的個數(shù)為16n，固定卡環(huán)的個數(shù)為2n。
[0019]在安裝單個基本單元時，首先，將五角葉輪2套裝于隔水管I上的合適位置；然后，將圓柱滾子6插入五角葉輪2兩端的圓弧形插孔3中；再在五角葉輪2的兩端安裝固定卡環(huán)5,使圓柱滾子6外端面與固定卡環(huán)5內(nèi)側(cè)臺階端面接觸，固定卡環(huán)5通過螺栓連接固定；至此，安裝完成了ー個基本単元。隨后，按照同樣的安裝順序安裝剰余的基本単元。
[0020]裝置安裝完畢后，將隔水管I置于海水中。在不同深度的海水中，每個基本單元可根據(jù)對應(yīng)的來流方向和流速大小，由五角葉輪2與圓柱滾子6相配合，實(shí)現(xiàn)五角葉輪2的自由旋轉(zhuǎn)，從而破壞隔水管I后方漩渦的形成，最大程度地抑制渦激振動。
【權(quán)利要求】
1.一種可轉(zhuǎn)五角葉輪式渦激振動抑制裝置，由多個基本単元組合而成，其特征在于，所述的基本単元包括五角葉輪(2)、圓柱滾子(6)以及固定卡環(huán)(5)三部分；五角葉輪(2)為五角形柱體，五角葉輪(2)存在與隔水管(I)同軸的中心圓孔，中心圓孔直徑大于隔水管(I)外徑；五角葉輪(2)每個角上的兩個側(cè)面形狀不同，ー個側(cè)面為平面，另ー個側(cè)面為內(nèi)凹的弧面，五角葉輪(2)的外側(cè)面由上述兩種側(cè)面交替而成；五角葉輪(2)每個角內(nèi)均含有ー個軸線平行于中心圓孔軸線的貫穿圓孔(4)，貫穿圓孔(4)連通五角葉輪(2)上下兩個端面；在五角葉輪(2)中心圓孔內(nèi)側(cè)上下兩端均設(shè)置有周向間隔45°的圓弧形插孔(3)，一端八個，用于安插圓柱滾子(6)，圓弧形插孔(3)的形狀為3/4圓弧，沿軸向深度小于圓柱滾子(6)的高度；圓柱滾子(6)的數(shù)量與圓弧形插孔(3)的數(shù)量一致，圓柱滾子(6)外徑小于圓弧形插孔(3)的圓弧部分直徑；圓柱滾子(6)與隔水管(I)外切，同時與圓弧形插孔(3)內(nèi)切；圓柱滾子(6)的高度大于圓弧形插孔(3)的深度；固定卡環(huán)(5)由兩個對稱的半圓形柱體通過螺栓連接而成，每個半圓形柱體均為臺階形，圓柱滾子(6)外端面與固定卡環(huán)(5)內(nèi)側(cè)臺階端面接觸，固定卡環(huán)(5)的內(nèi)徑與隔水管(I)的外徑相等，以限制五角葉輪(2)在軸線方向上的移動。
2.一種可轉(zhuǎn)五角葉輪式渦激振動抑制方法，其特征在于:將ー種可轉(zhuǎn)五角葉輪式渦激振動抑制裝置套裝在隔水管(I)上放入海水中，任意角度來流沖擊五角葉輪(2)后，由于五角葉輪(2 )每個角的兩個側(cè)面形狀都不一樣，因此受到的沖擊カ不一樣，從而會產(chǎn)生沿切向的分力，驅(qū)動五角葉輪(2)旋轉(zhuǎn)；在五角葉輪(2)與圓柱滾子(6)的配合下，五角葉輪(2)能夠360°自由旋轉(zhuǎn)，有效破壞隔水管后方漩渦的形成，實(shí)現(xiàn)渦激振動的抑制。
【文檔編號】E21B17/10GK103437717SQ201310418250
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】朱紅鈞, 趙洪南, 林元華, 馮光, 劉清友, 馬粵, 戚興, 韓青華, 潘倩 申請人:西南石油大學(xué)