一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置

本发明涉及海洋钻采，具体涉及一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置。

背景技术：

1、钝体尾部的卡门涡街引起了周期性变化的流体作用力，而该流体作用力施加在结构上，即引起了结构的位移、振动及变形响应，把交替脱落的旋涡引起的结构振动响应称为涡激振动。对于海洋工程上普遍采用的圆柱形断面结构物来说，例如钻采管柱，作为保障深海油气勘探开发正常运行的关键部件，在服役中会遇到由波流作用引起的涡激振动问题。涡激振动频率与管柱的固有频率接近时会出现共振，这会严重影响到管柱的使用强度与寿命。在深水环境中,管柱所承受的海洋环境荷载主要是水流的作用，当水流经过管柱时,会在管柱上产生漩涡的交替脱落,从而对管柱产生周期性变化的作用力。一般深海管柱具有较低的基频振动频率, 在水流涡致作用下，管柱很容易发生涡激振动现象,造成管柱结构的大幅振动,甚至发生管柱间碰撞以及疲劳破坏。所以需要对管柱配备相应的装置来抑制涡激振动，以减少对钻采管柱的伤害。

2、中国专利cn107091059a、公开日2017-08-25公开了一种用于水下立管的柔性抗涡激振动装置，由立管连接装置、扰动装置、固定装置组成，固定装置把扰动装置固定且均匀分布在立管连接装置的外表面。通过将这种柔性抗涡激振动装置安装在海洋平台的圆柱形立管上，均匀布置在水下立管的四周的扰动装置，将干扰圆柱形水下立管后旋涡的形成，将涡量强度较大的旋涡梳理成涡量强度较小的旋涡，有效的抑制水下立管产生的涡激振动。该现有技术的设计结构较为简单，便于安装与维修，并且能够较为有效地抑制水下立管的涡激振动，拥有良好的经济性与实用性。上述专利中为了适应不同流向的水流产生的涡激振动，采用了多个柔性丝带，多个柔性丝带存在打结缠绕的情况，影响其后续的正常工作。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提出一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置。

2、本发明提出一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置，用以对水流在管道上产生的涡激振动进行抑制，包括抑制组件以及分别沿着管道的长度方向设置的两个限位环，两个限位环平行且均固定于管道外壁，所述抑制组件包括套筒、多个连接件、多个挡杆，所述套筒套设于管道上位于两个限位环之间部分的外周，所述套筒上周向均匀设有多个开口，多个所述连接件分别和开口一一对应，所述连接件一端连接于管道、另一端穿过对应的开口并连接于对应的挡杆；所述套筒的两端分别与两个限位环滑动连接；在所述套筒滑动至第一位置时，每个挡杆均与对应的开口间隔设置；在套筒的冲击端受到水流冲击时，套筒移动至第二位置，至少一个远离该冲击端的挡杆插接于与之对应的开口。

3、进一步地，两个限位环均可拆卸地固定于管道外壁。

4、进一步地，所述限位环相对的一侧面设有多个限位槽，多个所述限位槽分别与多个挡杆一一对应，所述挡杆上设有插接于限位槽的滑块。

5、进一步地，两个限位环相对的一侧面均设有多个限位槽，所述挡杆的两端均设有插接于对应限位槽的滑块。

6、进一步地，所述连接件为可弯曲的弹性杆，所述开口的直径大于或者等于弹性杆的直径的两倍，所述弹性杆一端与挡杆固定连接、另一端与管道铰接。

7、进一步地，所述连接件为柔性绳，所述柔性绳的两端分别与挡杆、管道连接。

8、进一步地，所述连接件为橡胶棒，所述橡胶棒的两端分别与挡杆、管道固定连接。

9、进一步地，所述开口为条形通槽，所述开口的延伸方向平行于套筒的延伸方向，所述挡杆上靠近于对应的开口的一侧面设有条状凸起，所述条状凸起可插接于对应的开口。

10、进一步地，所述开口包括多个通孔，多个通孔沿着套筒的延伸方向依次设置，所述挡杆上靠近对应的开口的一侧面设有多个圆形凸起，多个圆形凸起与多个通孔一一对应，所述圆形凸起可插接于对应的通孔。

11、进一步地，所述开口靠近于挡杆的一侧的边缘处设有坡口。

12、本发明的一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置有以下有益效果：

13、在套筒滑动至第一位置时，每个挡杆均与对应的开口间隔设置，此时套筒未受到水流冲击，当套筒的冲击端受到水流的冲击时，水流推动套筒，套筒移动至第二位置，至少一个远离该冲击端的挡杆插接于与之对应的开口，即套筒上远离水流一侧的至少一个开口被挡杆堵住，则一部分水流沿着套筒的外壁方向流动、另一部分水流从靠近该冲击端的开口进入套筒和管道的之间间隙中，流入间隙内的水流流动至距离进入的开口的最远处保持动态的静止，则水流在间隙内无法产生旋涡，避免在套筒外周产生涡激振动，在间隙内充满水后水从未被堵住的开口中流出，使得流出的水与套筒外壁流经的水流产生干涉，避免套筒外壁产生的涡激振动传递给管道，有效的抑制了涡激振动的产生。

技术特征：

1.一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置，用以对水流在管道（100）上产生的涡激振动进行抑制，其特征在于：包括抑制组件（300）以及分别沿着管道（100）的长度方向设置的两个限位环（200），两个限位环（200）平行且均固定于管道（100）外壁，所述抑制组件（300）包括套筒（310）、多个连接件（320）、多个挡杆（330），所述套筒（310）套设于管道（100）上位于两个限位环（200）之间部分的外周，所述套筒（310）上周向均匀设有多个开口（311），多个所述连接件（320）分别和开口（311）一一对应，所述连接件（320）一端连接于管道（100）、另一端穿过对应的开口（311）并连接于对应的挡杆（330）；所述套筒（310）的两端分别与两个限位环（200）滑动连接；在所述套筒（310）滑动至第一位置时，每个挡杆（330）均与对应的开口（311）间隔设置；在套筒（310）的冲击端受到水流冲击时，套筒（310）移动至第二位置，至少一个远离该冲击端的挡杆（330）插接于与之对应的开口（311）。

2.如权利要求1所述的一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置，其特征在于：两个限位环（200）均可拆卸地固定于管道（100）外壁。

3.如权利要求1或2所述的一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置，其特征在于：所述限位环（200）相对的一侧面设有多个限位槽（210），多个所述限位槽（210）分别与多个挡杆（330）一一对应，所述挡杆（330）上设有插接于限位槽（210）的滑块。

4.如权利要求3所述的一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置，其特征在于：两个限位环（200）相对的一侧面均设有多个限位槽（210），所述挡杆（330）的两端均设有插接于对应限位槽（210）的滑块。

5.如权利要求3所述的一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置，其特征在于：所述连接件（320）为可弯曲的弹性杆，所述开口（311）的直径大于或者等于弹性杆的直径的两倍，所述弹性杆一端与挡杆（330）固定连接、另一端与管道（100）铰接。

6.如权利要求3所述的一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置，其特征在于：所述连接件（320）为柔性绳，所述柔性绳的两端分别与挡杆（330）、管道（100）连接。

7.如权利要求3所述的一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置，其特征在于：所述连接件（320）为橡胶棒，所述橡胶棒的两端分别与挡杆（330）、管道（100）固定连接。

8.如权利要求1或2所述的一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置，其特征在于：所述开口（311）为条形通槽，所述开口（311）的延伸方向平行于套筒（310）的延伸方向，所述挡杆（330）上靠近于对应的开口（311）的一侧面设有条状凸起，所述条状凸起可插接于对应的开口（311）。

9.如权利要求1或2所述的一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置，其特征在于：所述开口（311）包括多个通孔，多个通孔沿着套筒（310）的延伸方向依次设置，所述挡杆（330）上靠近对应的开口（311）的一侧面设有多个圆形凸起，多个圆形凸起与多个通孔一一对应，所述圆形凸起可插接于对应的通孔。

10.如权利要求1或2所述的一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置，其特征在于：所述开口（311）靠近于挡杆（330）的一侧的边缘处设有坡口。

技术总结
本发明提供一种适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置，属于海洋钻采技术领域。该适用于多个方向水流的涡激振动抑制装置包括抑制组件以及两个限位环。本发明当套筒的冲击端受到水流的冲击时，套筒移动至第二位置，至少一个远离该冲击端的挡杆插接于与之对应的开口，则一部分水流沿着套筒的外壁方向流动、另一部分水流从靠近该冲击端的开口进入套筒和管道的之间间隙中，流入间隙内的水流流动至距离进入的开口的最远处保持动态的静止，避免在套筒外周产生涡激振动，在间隙内充满水后水从未被堵住的开口中流出，使得流出的水与套筒外壁流经的水流产生干涉，避免套筒外壁产生的涡激振动传递给管道，有效的抑制了涡激振动的产生。

技术研发人员：陈威,李然,李晓彬,李捷,陈春阳,刘俊豪,王尔卓,纪垚
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12