整流罩的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明一般地设及满激振动（"VIV")的降低，更具体地设及用于降低浸入流体中 的管线或其他结构组件上的VIV的整流罩装置W及方法。
【背景技术】
[0002] 在过去几十年对石油和气体储量的寻找已经导致需要在更深的水域中探查。对于 离岸生产者，运反过来导致需要构造可W承受强海洋流的结构，该强海洋流会威胁管线、立 管或其它浸入组件的完整。
[0003] 海洋立管的VIV振幅已经周知会增加拖曳，并且会导致结构疲劳。一种已证明的 抑制运种振动的方法是使用整流罩和髓条。运些遮盖件大体改变了沿柱面的流动，平稳了 卡口縱满的产生W便连贯作用减少或向下游作用足够远使得它们与主体部的相互作用减 少。在目前现有技术中，有两种类型的结构，螺旋立管和整流罩，用于抑制围绕诸如立管或 其它支撑性结构元件的垂直布置的浸入对象的VIV或满致移动（VIM)。
[0004] 螺旋立管
[0005] 螺旋立管附接在结构的外侧W通过沿样本长度改变縱满脱离模式和縱满脱落的 关联性来抑制VIV。最普通的螺旋立管的几何结构是Ξ头（t虹ee-start)立管。运种立管 包括Ξ个沿样本长度螺旋缠绕并延伸的Ξ角形或梯形剖面。该剖面长期固定在样本上，或 者更普遍地使用附接在样本上的模块附接。无论什么附接方法，螺旋立管并不设计为在操 作期间移动而是相对对象保持固定位置。限定立管总形状的两个主要参数：节距（P/D)和 立管高度比化/0)，其中P表示设及流动主方向的节距，D是柱体的外径，W及h是从圆柱形 构件到立管顶部的外剖面距离。另外，立管剖面自身的局部几何形表征螺旋立管。
[0006] 整流罩
[0007] 整流罩是附接结构构件W当遭受周围的流体流时改变构件的縱满脱落模式。整流 罩W允许整流罩围绕其所附接的结构构件（例如，海洋钻井立管）的中屯、旋转的方式附接。 运允许整流罩周围流的方向排列一致。今天已经有各种横截面设计的整流罩。
[0008] 另外，也存在其他抑制VIV的方法，例如穿孔遮蔽物（perforatedS虹ouds,)，但 是所有都方法都使广泛用于当今工业的两组上述概念遭受一些负面。
[0009] 上述提及的运种现有技术系统在文献中记载并且在W下中给出。有关满激振动和 VIV抑制方法的书籍和论文：
[0010]·Sarpkaya,T.，1979, "Vortex-inducedoscillations",JournalofApplies Mechanics46,pp. 241-258.
[0011]·Blevins,R.D.，1990,Flow-inducedVibrations,VanNostrand 民einhold:NewYork,USA.
[0012] ·Griffin, 0·M. &Ranberg,S.E. , 1982,"Somerecentstudiesofvortex sheddingwithapplicationtomarinetubularsandrisers",ASMEJournalofEnergy resourcesTechnology，104,pp. 2-13.
[001 引 ·Bearman,Ρ·W.，1984，"Vortexsheddingfromosci1latingbluff bodies",AnnualreviewofFluidMechanics, 16,pp. 195-222.
[0014] ·Zdravkovich,M.M.，1997,Flowaroundcircularcylinders,Vol. 1li^ndamen tals,OxfordUniversityPress:London,UK.
[001 引 ·Naudascher,E&Rockwe11，D.，1993,Flow-InducesVibrations:An EngineeringGuide.Balkema:民otterdam,Netherlands.
[0016] ·Faltinsen, 0·M.，2005,HydrodynamicsofHigh-SpeedMarineVehicles. CambridgeUniversityPress.
[0017] ·Kristiansen,T.，2009,Two-dimensionalnumericalandexperimental studiesofpiston-moderesonance.Ph.D.thesis,NorwegianUniversityofScience andTechnology.
[0018] ·Newman,J.N.，1977，MarineHydrodynamics.TheMIT Press,Cambridge,Massachusetts.
[0019] #Sumer,B.M. &Frcdosc,J. , 1997,HydrodynamicsaroundCylindrical Structures.WorldScientific:Singapore.
[0020] ·Skaugset,K.B.，2003,On化eSuppressionofVortexInducedVibrations ofCircularCylindersby民adialWaterJets,Ph.D.thesis,NorwegianUniversityof ScienceandTechnology.
[0021] 该领域的专利公布文本包括下述：US5410979、US5421413、US5984584、 US6010278、US6067922、US6179524B1、US6196768B1、US6223672B1、US2006/0021560A1 和 EP204980服1。
[0022] ^下，详细解释提到的现有技术的状态。术语螺旋立管在现有技术中熟知，应注意 W下的方面和限制。
[0023] 抑制满激振动（VIV)的能力：
[0024] 螺旋立管的具体尺寸需要来实现适当的VIV抑制特性。节距和立管高度是重要参 数。一般地，增加立管高度具有VIV抑制特性的积极效果。然而，运也伴随着高拖曳力的代 价。
[00巧]局拖曳力：
[0026] 如上述解释，螺旋立管会增加结构构件上的拖曳力。运表示结构容量问题和潜在 的操作限制。在海洋钻井立管的情形中，运可W在预张拉、顶部和底部角度限制W及立管中 的最大张力方面限制操作。因此，在强流中钻井单元会被迫暂停钻井操作。
[0027] 整流罩方面，并且尤其是现有技术中熟知的海洋整流罩，应注意下述方面和限 制：
[002引抑制满激振动（VIV)的能力：
[0029] 附接整流罩作为VIV抑制设备的主要原因是降低结构件上的振动和材料疲劳。然 而，目前的整流罩具有变化的抑制性能。例如，整流罩在其中按预期工作的流条件窗被限 审IJ。因为对于给定的位置，经历的流条件窗（例如海洋流）不是确定的而是在量级和方向 上变化，对于所有操作条件都获得出色的VIV抑制特性都重要。因此，仅工作在特定流条件 窗中的整流罩设计是非期望的。
[0030] 总体稳定性：
[0031] 目前的整流罩对于特定的当前流可W变得整体不稳定。运是共振现象。与运种整 体不稳定相关的运动对结构构件可W是毁灭性的。运动会变得比与VIV响应相关的运动大 得多，并且可W导致快速的材料疲劳或结构超载。对于离案应用，相关的控含量损失和健 康、安全W及环境化沈）风险的可能性相对高。
[0032] 结构件上的总负载：
[0033] 整流罩一般地与相对低的拖曳力关联。然而，相比目前的设计存在巨大改善空间。 整流罩上的局部力已经熟知在部署、取回和操作期间损害整流罩。运种损伤尤其是在大整 流罩的情形中，并且与来自船井或水柱上部中的波动相互作用关联，运些地方波动是最主 要活动。在操作期间，整流罩的单个组件上的流体力可W变得足够大W致整流罩在结构上 瓦解或抛错，防止风标效应（weather-vaning)。由于熟知运种情况会使钻井操作停止，因此 由需要新的变下且稳健的整流罩W避免运种情形。
[0034] 稳健性 [00对操作问题：
[0036] 当在离岸钻井单位上部署整流罩时，几个关键操作变化与整流罩的尺寸和重量关 联。小而轻的整流罩可W克服许多操作问题。
[0037] 存储：
[0038] 目前的整流罩或螺旋立管在钻井单元上需要相对大的存储空间。一些钻井单元具 有很有限承载运种设备的空间。
[0039] 安装和取回的时间和成本
[0040] 对于钻井操作关键的成本因素是部署和取回海洋立管的时间。使用常规螺旋立管 或海洋整流罩会停止正常的操作，由于将VIV抑制设备附接在海洋立管的每个节点上所包 含的手工劳动。增加的总部署和取回时间不仅会耗