设置成在弧形结构21的水平方向±15°的扇形区域以转轴为轴心的回转体。
[0046]更优选地，在所述转轴22后侧的方向上的V形翼板23与所述V形前端面板2的表面之间呈3-5°倾角29，使所述V形翼板23在偏转的过程中，其尾部不会与V形前端面板2碰撞。
[0047]进一步优选地，如图7所示，所述V形后端面板3的两个面板的内表面为平面，外表面为正弦波状，面板外表面为起伏的波带，轴向呈波浪形，并且两个面板的波峰与波峰相对，波谷与波谷相对，使所述V形后端面板的两个面板的相交处即V形顶端形成正弦波形的起伏；优选地，所述V形后端面板的两个面板的表面为光滑表面，采用光滑的表面有利于降低紊流的产生，进而可以抑制涡激振动。
[0048]优选地，波带的宽度为面板宽度0.7D，波长为3D，波高为0.1D，波谷处板厚0.06D。
[0049]优选地，为更好地减小紊流的产生，减少水流冲击，所述V形翼板23的前端为圆弧形，后端边缘为直线形，所述V形翼板23的厚度沿着边缘向内侧逐渐增大。利用V形翼板23前端的圆弧形结构，可以使V形翼板23承受多个角度的来流方向，不仅包括正面的来流，还包括斜侧面的来流，都可以通过V形翼板23进行引流疏导；而后端采用直线形的结构，使V形翼板23减少对来流的干扰的作用，降低V形翼板23对流体的阻力；所述V形翼板23的厚度沿着边缘向内侧逐渐增大的设计，则可以使其更接近于机翼形状，流体经过V形翼板23时，保证V形翼板23的稳定性。
[0050]所述V形翼板23为对称结构，即所述V形翼板23对称的分布在所述V形前端面板的两侧；同时，由于V形翼板23与海洋立管I垂直设置，海洋立管竖直安装，V形翼板23水平布置，这样可以保证经过V形翼板23的流体，被分流成上下两部分，每一部分形成自己的流向，上下相邻两个V形翼板23之间形成一个方向一致的层流，当流体经过多个V形翼板23时，被V形翼板切割成若干个层流，减少了紊流的发生，能够有效的抑制涡激振动。
[0051]优选地，所述V形翼板23在所述V形前端面板的投影为机翼形(参见图2示意)，这样流体经过V形翼板23时，保证V形翼板23的稳定性达到最佳效果。
[0052]优选地，所述转轴22后侧的V形翼板23的长度远大于所述转轴22前侧的V形翼板23的长度，这样有利于使V形翼板23随着水流进行微小角度的波动，使V形翼板23的导向更为灵活。
[0053]更优选地，所述转轴22后侧的V形翼板23的长度是所述转轴22前侧的V形翼板23的长度的2倍以上，这样设置可以实现V形翼板23最佳的灵活性的同时，使所述V形翼板23的结构布局也更为合理。
[0054]优选地，V形前端面板2和V形后端面板3关于立管中轴线对称。V形前端面板2和V形后端面板3前后端角度为60°，面板长度为D。面板与立管接触点在立管左右两侧60°处。优选地，V形前端面板2和V形后端面板3通过固定片连接。
[0055]优选地，流场采用多根立管串联布置，下游立管在上游立管尾流区。本发明装置沿着顺流方向被安装在下游立管上。
[0056]优选地，前端距上游立管为8D(D为立管的直径)，后端距下游立管为24D，左右边距立管为8D，整个流场高度为1D ;用LES湍流模型计算得到尾流区安装梭子型(无V形翼板，V形后端面板为平板)抑制装置前后立管升力系数图。图4为安装抑制装置前升力系数图谱；图5为安装抑制装置后升力系数图谱；其中，纵轴Cl表示升力系数，横轴表示流动时间，为升力系数收敛记录。通过图4、图5可以明显看出，由于受上游立管尾流干扰下游立管升力系数变化不再是单一频率振荡而是多个低频振荡，与基于LES方法三维瞬态圆柱绕流数值模拟结论一致。该梭子型抑制装置有效抑制涡激振动，使升力大大减小，提高了立管的疲劳寿命。
[0057]图6是安装涡激振动抑制装置的下游立管周围流场速度矢量图，从图上看出速度漩涡中心点形成在梭子型抑制装置尾角处远离立管表面，抑制横向力和立管的横向振动。
[0058]优选地，如果水下立管长径比很大，可在其上每隔一段安装上述涡激振动抑制装置，每段所述抑制装置长度可取6D。
[0059]本发明的有益效果是:在V形前端面板上安装的V形翼板，可以随着水流摆动尤其是做小幅度的摆动，引导来流分散的同时，可以降低来流对海洋立管的阻力，有效抑制涡激振动使升力大大减小，提高了立管的疲劳寿命；利用V形前端面板和V形后端面板结合作用，结合V形翼板的设置，尤其可以减小上游立管尾流的影响；该涡激振动抑制装置结构简单，可分块化便于加工和安装。
[0060]最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种海洋立管涡激振动抑制装置，包括V形前端面板和V形后端面板，其特征在于，所述V形前端面板安装在海洋立管上面对洋流流向的一面，所述V形后端面板安装在海洋立管上背对洋流流向的一面；所述V形前端面板和所述V形后端面板的横截面均呈V形，并且分别与所述海洋立管的表面相切。
2.如权利要求1所述的一种海洋立管涡激振动抑制装置，其特征在于，所述V形前端面板的V形顶端的外表面包括至少一个弧形结构，弧形结构的圆心处安装有横向设置的转轴，并在转轴上安装有V形翼板，所述V形翼板的内角与所述弧形结构配合，使所述V形翼板可以绕转轴转动。
3.如权利要求1或2所述的一种海洋立管涡激振动抑制装置，其特征在于，V形翼板在弧形结构的水平方向±15°的扇形区域设置成以转轴为轴心的回转体；优选地，在所述转轴后侧的方向上的V形翼板与所述V形前端面板的表面之间设置倾角，以利于V形翼板的转动；更优选地，所述V形后端面板的V形顶端呈波浪形，并且波浪形的波谷与所述V形前端面板的弧形结构相对应。
4.如权利要求1-3任一所述的一种海洋立管涡激振动抑制装置，其特征在于，所述V形后端面板的两个面板的外表面为正弦波状，并且两个面板的波峰与波峰相对，波谷与波谷相对，使所述V形后端面板的两个面板的相交处即V形顶端形成正弦波形的起伏，所述V形后端面板的两个面板的表面为光滑表面。
5.如权利要求1-4任一所述的一种海洋立管涡激振动抑制装置，其特征在于，所述V形翼板的前端为圆弧形，后端边缘为直线形；优选地，所述V形翼板的厚度沿着边缘向内侧逐渐增大。
6.如权利要求1-5任一所述的一种海洋立管涡激振动抑制装置，其特征在于，所述V形翼板为对称结构，即所述V形翼板对称分布在所述V形前端面板的两侧。
7.如权利要求1-6任一所述的一种海洋立管涡激振动抑制装置，其特征在于，所述V形翼板在所述V形前端面板的投影为中间鼓两端尖的机翼形。
8.如权利要求1-7任一所述的一种海洋立管涡激振动抑制装置，其特征在于，所述转轴后侧的V形翼板的长度大于所述转轴前侧的V形翼板的长度。
9.如权利要求1-8任一所述的一种海洋立管涡激振动抑制装置，其特征在于，所述转轴后侧的V形翼板的长度是所述转轴前侧的V形翼板的长度的2倍以上。
10.如权利要求1-9任一所述的一种海洋立管涡激振动抑制装置，其特征在于，所述V形翼板与所述V形前端面板的表面之间的倾角为3-5°。
【专利摘要】本发明公开一种海洋立管涡激振动抑制装置，包括V形前端面板和V形后端面板，所述V形前端面板安装在海洋立管上面对洋流流向的一面，所述V形后端面板安装在海洋立管上背对洋流流向的一面；所述V形前端面板和所述V形后端面板的横截面均呈V形，并且分别与所述海洋立管的表面相切。本发明的有益效果是：在V形前端面板上安装的V形翼板，可以随着水流做小幅度的摆动，引导来流分散的同时，可以降低来流对海洋立管的阻力，有效抑制涡激振动，提高了立管的疲劳寿命。
【IPC分类】E21B17-10, F15D1-00
【公开号】CN104790881
【申请号】CN201510091947
【发明人】娄敏, 轩红超, 董文乙, 陈鹏
【申请人】中国石油大学(华东)
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年2月14日