一种可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制装置及方法，其特征在于：装置由多个基本单元组合而成，所述的基本单元包括套筒和旋转模块两部分。在隔水管外间隔一个套筒高度的位置固定安装两个旋转模块固定件，在旋转模块固定件外套装旋转模块转动件，套筒则套装在旋转模块转动件外。套筒横截面为回旋镖形，水流会在套筒迎流表面的平面段和弧面段产生数值大小不同的压力，从而形成绕套筒中轴的转向力。水流驱使套筒持续旋转，有效破坏了隔水管外的绕流流场，干扰其后方漩涡的形成，从而实现涡激振动的抑制。本发明的套筒由塑料制造而成，成本低廉，可重复使用。
【专利说明】 —种可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋隔水管设施铺设【技术领域】，具体涉及一种可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制装置及方法。
【背景技术】
[0002]我国石油天然气消费量迅猛增长，对外依存度节节攀高，随着陆上油气资源的逐渐衰竭，大力开采开发海洋油气已成为必然需求。目前，深海油气钻采输系统中有众多细长圆柱形结构物，如海洋隔水管、采油立管和输油管线等，它们的总造价超过整个钻采输系统的百分之五十。上述细长的结构物，在波浪或者海流的作用下，在一定雷诺数范围内后方都会出现周期性脱落的漩涡，使结构在与水流垂直的方向发生横向振动。以隔水管为例，当波浪或海流经过隔水管时，在一定的流速条件下，隔水管两侧会形成交替脱落的漩涡，漩涡的脱落对隔水管产生周期性的可变升力，使得隔水管在与流向垂直的方向上发生横向振动。同时，隔水管的振动又反过来对流场产生影响，增强漩涡的脱落，从而呈现流固耦合效应的涡激振动。这种情况会缩短隔水管的使用寿命，加剧疲劳破坏，一旦隔水管等细长结构物遭到破坏，会导致钻井泥浆或油气流体流入海洋，造成重大的海洋污染，毁灭性地破坏局部海洋生态环境。
[0003]为了减少和防止涡激振动产生的破坏作用，延长隔水管的使用寿命，通常在隔水管表面安装涡激振动的抑制装置。目前，研发出的涡激振动抑制装置主要有螺旋列板、分隔板、飘带、导向翼、扰流板、管套、整流罩等。但上述涡激振动的抑制装置一般固定安装在隔水管上，不能转动，面对海洋水流方向时常变化的作业环境，其应用有较大的局限性。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决问题是针对现有海洋隔水管涡激振动抑制装置存在的不足，提供一种结构简单，性能可靠，现场安装方便，并能够应对任意来流方向的可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制装置及方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制装置由多个基本单元串列组合而成，所述的基本单元包括套筒和旋转模块两部分。旋转模块包括旋转模块固定件和旋转模块转动件两部分。旋转模块固定件由对称的两半环钢质构件组成，其内径等于隔水管外径，在旋转模块固定件的外侧面加工有一圈外凸圆环。旋转模块固定件从两侧固定套装在隔水管上，并使用螺栓连接固定。旋转模块转动件也由对称的两半环钢质构件组成，旋转模块转动件内径等于旋转模块固定件的外径，并在其内侧面加工有与旋转模块固定件外凸圆环相对应的弧形环槽，弧形环槽横截面为3/4圆弧，直径大于外凸圆环直径。旋转模块转动件的每个半环形钢质构件上设有与套筒轴向止动片对接的带螺栓孔的止动片凹槽。旋转模块转动件套装在旋转模块固定件外，通过螺栓进行连接，并使弧形环槽套在外凸圆环上。套筒是横截面为回旋镖形的柱体，由两个结构相同的塑料质块体组装而成。套筒存在与隔水管同轴的中心圆孔，中心圆孔的内径等于旋转模块转动件的外径。在套筒两块体接触面的上下端面均设有带螺栓孔的套筒耳夹，且在每个块体上下两端均存在带有螺栓孔的轴向止动片。套筒的两个块体从两侧套装在旋转模块转动件外，且两个块体之间呈镜像反转对称，并使轴向止动片卡入旋转模块转动件上的止动片凹槽中，通过螺栓连接固定；同时，两个块体端部的套筒耳夹相互对齐，也通过螺栓连接固定。
[0006]一种可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制方法，在隔水管外间隔一个套筒高度的位置固定安装两个旋转模块固定件，在每个旋转模块固定件外套装一个旋转模块转动件，套筒套装在旋转模块转动件外，并由轴向止动片限制其轴向滑动。套筒的横截面为回旋镖形，任一方向来流作用在套筒表面上，会在套筒迎流表面的平面段和弧面段产生数值大小不同的压力，从而形成绕套筒中轴的转向力。在旋转模块固定件外凸圆环和旋转模块转动件弧形环槽的配合下，水流作用在套筒表面的转向力将驱使套筒旋转。水流不断流经套筒，使得套筒持续旋转，有效破坏了隔水管外的绕流流场，干扰其后方漩涡的形成，从而实现涡激振动的抑制。
[0007]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:
1、本发明可实现自由旋转，能有效减缓不同来流方向引发的涡激振动，适应流向频繁变化的深海环境；
2、本发明的套筒由塑料制造而成，成本低廉，可重复使用，还可为隔水管提供一定的浮
力；
3、本发明可以根据现场实际情况，自由调节各基本单元之间的距离，以达到最佳的涡激振动抑制效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明装置立体结构示意图 图2为本发明套筒剖面示意图
图3为本发明套筒结构示意图 图4为本发明旋转模块立体结构示意图 图5为A-A剂面不意图 图6为本发明旋转模块转动件示意图 图7为本发明旋转模块固定件示意图
其中:1、隔水管；2、套筒；3、旋转模块固定件；4、旋转模块转动件；5、套筒耳夹；6、轴向止动片；7、外凸圆环；8、弧形环槽；9、止动片凹槽；10、螺栓。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
[0010]本发明是由多个基本单元沿隔水管轴线方向串列组合而成，如图1、图3、图4所示，所述的基本单元包括套筒2和旋转模块两部分。
[0011]如图4所示，旋转模块包括旋转模块固定件3和旋转模块转动件4两部分。如图7所示，旋转模块固定件3由对称的两半环钢质构件组成，其内径等于隔水管I外径，在旋转模块固定件3的外侧面加工有一圈外凸圆环7。旋转模块固定件3从两侧固定套装在隔水管I上，并使用螺栓10连接固定。如图6所示，旋转模块转动件4也由对称的两半环钢质构件组成，旋转模块转动件4内径等于旋转模块固定件3的外径，并在其内侧面加工有与旋转模块固定件3外凸圆环7相对应的弧形环槽8，弧形环槽8横截面为3/4圆弧，直径大于外凸圆环7直径。旋转模块转动件4的每个半环形钢质构件上设有与套筒2轴向止动片6对接的带螺栓孔的止动片凹槽9。旋转模块转动件4套装在旋转模块固定件3外，通过螺栓10进行连接，并使弧形环槽8套在外凸圆环7上，如图5所示。
[0012]如图2、图3所示，套筒2是横截面为回旋镖形的柱体，由两个结构相同的塑料质块体组装而成。套筒2存在与隔水管I同轴的中心圆孔，中心圆孔的内径等于旋转模块转动件4的外径。在套筒2两块体接触面的上下端面均设有带螺栓孔的套筒耳夹5，且在每个块体上下两端均存在带有螺栓孔的轴向止动片6。套筒2的两个块体从两侧套装在旋转模块转动件4外，且两个块体之间呈镜像反转对称，并使轴向止动片6卡入旋转模块转动件4上的止动片凹槽9中，通过螺栓10连接固定；同时，两个块体端部的套筒耳夹5相互对齐，也通过螺栓10连接固定。
[0013]一种可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制方法，在隔水管I外间隔一个套筒2高度的位置固定安装两个旋转模块固定件3，在每个旋转模块固定件3外套装一个旋转模块转动件4，套筒2套装在旋转模块转动件4外，并由轴向止动片6限制其轴向滑动。套筒2的横截面为回旋镖形，任一方向来流作用在套筒2表面上，会在套筒2迎流表面的平面段和弧面段产生数值大小不同的压力，从而形成绕套筒2中轴的转向力。在旋转模块固定件3外凸圆环7和旋转模块转动件4弧形环槽8的配合下，水流作用在套筒2表面的转向力将驱使套筒2旋转。水流不断流经套筒2，使得套筒2持续旋转，有效破坏了隔水管I外的绕流流场，干扰其后方漩涡的形成，从而实现涡激振动的抑制。
[0014]隔水管在水下通常为几百米至上千米不等，为了确保抑制效果，可以根据实际情况，调节各基本单元之间的距离，以达到理想的抑制效果。
[0015]具体实施例:
根据实际隔水管I的长细比和当地海洋波浪、海流的常年统计信息，设计合理的基本单元间距，计算出需要的基本单元个数n，则套筒2的个数为n，旋转模块固定件3的个数为2n，旋转模块转动件4的个数为2n。
[0016]在安装单个基本单元时，首先，在隔水管I外间隔一个套筒2高度的位置固定安装两个旋转模块固定件3 ;然后，在每个旋转模块固定件3外套装一个旋转模块转动件4，并使旋转模块转动件4的弧形环槽8套在旋转模块固定件3的外凸圆环7上；接着，将套筒2套装在旋转模块转动件4外，且确保套筒2的两个块体之间呈镜像反转对称，并使轴向止动片6卡入旋转模块转动件4上的止动片凹槽9中，通过螺栓10连接固定；同时，两个块体端部的套筒耳夹5相互对齐，也通过螺栓10连接固定。至此，一个基本单元安装完毕。随后按照同样的顺序安装剩余的基本单元。
[0017]装置安装完毕后，将隔水管I置于海水中。在不同深度的海水中，每个基本单元可根据对应的来流方向和流速大小，在旋转模块固定件3外凸圆环7和旋转模块转动件4弧形环槽8的配合下，实现套筒2受水流冲击而不停旋转，有效破坏了隔水管I外的绕流流场，干扰其后方漩涡的形成，从而实现涡激振动的抑制。
【权利要求】
1.一种可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制装置，由多个基本单元串列组合而成，其特征在于:所述的基本单元包括套筒(2)和旋转模块两部分；旋转模块包括旋转模块固定件(3)和旋转模块转动件(4)两部分；旋转模块固定件(3)由对称的两半环钢质构件组成，其内径等于隔水管(I)外径，在旋转模块固定件(3)的外侧面加工有一圈外凸圆环(7);旋转模块固定件(3)从两侧固定套装在隔水管(I)上，并使用螺栓(10)连接固定；旋转模块转动件(4)也由对称的两半环钢质构件组成，旋转模块转动件(4)内径等于旋转模块固定件(3)的外径，并在其内侧面加工有与旋转模块固定件(3 )外凸圆环(7 )相对应的弧形环槽(8 )，弧形环槽(8)横截面为3/4圆弧，直径大于外凸圆环(7)直径；旋转模块转动件(4)的每个半环形钢质构件上设有与套筒(2)轴向止动片(6)对接的带螺栓孔的止动片凹槽(9);旋转模块转动件(4 )套装在旋转模块固定件(3 )外，通过螺栓(10 )进行连接，并使弧形环槽(8 )套在外凸圆环(7)上；套筒(2)是横截面为回旋镖形的柱体，由两个结构相同的塑料质块体组装而成；套筒(2)存在与隔水管(I)同轴的中心圆孔，中心圆孔的内径等于旋转模块转动件(4)的外径；在套筒(2)两块体接触面的上下端面均设有带螺栓孔的套筒耳夹(5)，且在每个块体上下两端均存在带有螺栓孔的轴向止动片(6);套筒(2)的两个块体从两侧套装在旋转模块转动件(4)外，且两个块体之间呈镜像反转对称，并使轴向止动片(6)卡入旋转模块转动件(4)上的止动片凹槽(9)中，通过螺栓(10)连接固定；同时，两个块体端部的套筒耳夹(5 )相互对齐，也通过螺栓(10 )连接固定。
2.一种可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制方法，其特征在于:在隔水管(I)外间隔一个套筒(2)高度的位置固定安装两个旋转模块固定件(3)，在每个旋转模块固定件(3)外套装一个旋转模块转动件(4)，套筒(2)套装在旋转模块转动件(4)外，并由轴向止动片(6)限制其轴向滑动；套筒(2)的横截面为回旋镖形，任一方向来流作用在套筒(2)表面上，会在套筒(2)迎流表面的平面段和弧面段产生数值大小不同的压力，从而形成绕套筒(2)中轴的转向力；在旋转模块固定件(3)外凸圆环(7)和旋转模块转动件(4)弧形环槽(8)的配合下，水流作用在套筒(2)表面的转向力将驱使套筒(2)旋转；水流不断流经套筒(2)，使得套筒(2)持续旋转，有效破坏了隔水管(I)外的绕流流场，干扰其后方漩涡的形成，从而实现润激振动的抑制。
【文档编号】E21B17/10GK103485731SQ201310478855
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】朱红钧, 赵洪南, 林元华, 冯光, 戚兴, 刘清友, 马粤, 韩青华, 潘倩 申请人:西南石油大学