CN103306613B - 一种可调可旋分离盘的海洋隔水管涡激振动抑制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调可旋分离盘的海洋隔水管涡激振动抑制装置，由多个基本单元沿海洋隔水管轴线方向串列组合而成，基本单元包括套筒和可调可旋分离盘两部分。套筒套装于隔水管上，并在套筒的外壁垂向等间距设置有三个大小相同的外凸圆环。前半圆筒和后半圆筒从两侧套装在套筒上，两半圆筒内壁均设置有与外凸圆环相对应的凹槽，通过外凸圆环和凹槽的对接，可实现装置的自由转动。尾部挡板与隔水管轴线之间的距离可根据实际海况进行调节。整个装置由塑料制造而成，能大幅降低成本，简化制造工艺。装置现场安装方便，能够自由旋转，可对任意方向来流引发的涡激振动实现有效抑制，降低其对海洋隔水管疲劳寿命的影响。

Description

一种可调可旋分离盘的海洋隔水管涡激振动抑制装置

技术领域

本发明属于海洋隔水管设施铺设技术领域，具体涉及一种可调可旋分离盘的海洋隔水管涡激振动抑制装置。

背景技术

我国石油天然气的消费迅猛增长，对石油的需求日趋显著，随着陆上油气的逐渐衰竭，大力开采开发海洋油气已成为必然需求，我国管辖海域内的油气资源十分丰富，特别是我国的南海。我国首座自主设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台“海洋石油981”已经在南海海域正式开钻，标志着我国海洋石油工业的深水战略迈出了实质性的步伐。然而深海油气勘探开发必然会涉及到隔水管、采油立管和悬跨输液管等大量柔性管线，这些管线的造价占整个深海采油系统造价的一半以上。隔水管是连接浮式钻井平台与海底生产系统的重要部件，其服役的可靠性对于油气钻采的安全运行具有重要意义。隔水管所处环境条件恶劣，受力复杂。尤其当波浪、海流流经隔水管时，将在隔水管后方形成漩涡，漩涡的形成和脱落改变了隔水管后方的流速分布，诱发隔水管的涡激振动。当漩涡脱落频率接近或等于隔水管某一固有频率时，振动幅度将急剧增大，加速了隔水管的疲劳破坏。一旦隔水管发生疲劳失效，不仅会引起海上重大安全事故，造成巨大的经济损失，还将对海洋环境造成灾难性的破坏。

为了降低涡激振动对隔水管造成的疲劳破坏，现有的涡激振动抑制装置主要可分为主动抑制和被动抑制两类。由于被动抑制直接改变结构表面形状或者附加额外的装置以改变绕流场，从而控制漩涡的形成和发展过程，抑制涡脱落，且不需要借助外部能量，因此应用广泛。目前主要的被动抑制装置有控制杆、突起、飘带、轴向板条等多种形式，但其中有些装置结构复杂，有些造价昂贵，且大多数不能应对任意流向来流，难以满足深海复杂工况，因此，亟需设计出一种新型隔水管涡激振动抑制装置。

发明内容

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调可旋分离盘的海洋隔水管涡激振动抑制装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可调可旋分离盘的海洋隔水管涡激振动抑制装置由多个基本单元串列组合而成，基本单元包括套筒和可调可旋分离盘两部分。套筒套装于隔水管上，并在套筒的外壁垂向等间距设置有三个大小相同的外凸圆环。可调可旋分离盘由前半圆筒、后半圆筒、连接杆及尾部挡板组成，前半圆筒为类似于整流罩的三角形棱柱，后半圆筒与连接杆首端相连接，且为一整体结构，连接杆尾端则沿轴向方向开有一定深度的卡槽，连接杆上每隔一定距离开有螺栓孔。尾部挡板厚度等于连接杆卡槽的宽度，且尾部挡板上开有与连接杆相对应的螺栓孔，尾部挡板从连接杆的尾端沿轴线方向插入到卡槽内，用螺栓进行连接，尾部挡板与隔水管轴线之间的距离可调；前半圆筒和后半圆筒的内壁均设有与外凸圆环相对应的凹槽，该凹槽为3/4圆弧，凹槽直径略大于套筒的外凸圆环直径，前半圆筒和后半圆筒之间使用螺栓进行连接固定，通过外凸圆环和凹槽的对接限制了垂向的移动，并可实现可调可旋分离盘绕隔水管的轴线自由转动。

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，能够避免在隔水管后方形成周期性漩涡，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，大大延长了隔水管使用寿命；

2、本发明的整个装置由塑料制造而成，能大幅降低成本，简化制造工艺，不易腐蚀和损坏，可以重复使用，也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，以及尾部挡板与隔水管轴线之间的距离，以达到最佳的抑制效果。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图

图2为本发明可调可旋分离盘立体结构示意图

图3为本发明可调可旋分离盘与套筒的连接示意图

图4为本发明连接杆俯视示意图

其中：1、隔水管；2、套筒；3、外凸圆环；4、前半圆筒；5、凹槽；6、后半圆筒；7、连接杆；8、卡槽；9、尾部挡板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。

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2、图3、图4所示，本发明的一个基本单元包括套筒2和可调可旋分离盘两部分。

将套筒2套装于隔水管1上，并在套筒2的外壁垂向等间距设置有三个大小相同的外凸圆环3。可调可旋分离盘由前半圆筒4、后半圆筒6、连接杆7及尾部挡板9组成，前半圆筒4为类似于整流罩的三角形棱柱，后半圆筒6与连接杆7首端相连接，且为一整体结构，连接杆7尾端则沿轴向方向开有一定深度的卡槽8，连接杆7上每隔一定距离开有螺栓孔；尾部挡板9厚度等于连接杆7的卡槽8的宽度，且尾部挡板9上开有与连接杆7相对应的螺栓孔，尾部挡板9从连接杆7的尾端沿轴线方向插入到卡槽8内，用螺栓进行连接，尾部挡板9与隔水管1轴线之间的距离可调；前半圆筒4和后半圆筒6的内壁均设有与凸圆环3相对应的凹槽5，该凹槽5为3/4圆弧，凹槽5直径略大于套管2的外凸圆环3直径，前半圆筒4和后半圆筒6之间使用螺栓进行连接固定，通过外凸圆环3和凹槽5的对接限制了垂向的移动，并可实现可调可旋分离盘绕隔水管1的轴线自由转动。

可调可旋分离盘采用分开的两半筒结构，便于现场安装和拆卸。整个装置均由塑料材质加工而成，能有效降低成本，简化制造工艺，也可为隔水管1提供一定的浮力。

前半圆筒4为类似于整流罩的三角形棱柱，能够有效实现海流的分流，并可减缓海流对隔水管1的冲击力。

当水流方向与尾部挡板9之间存在夹角时，尾部挡板9在水流压力的作用下即会旋转，直至水流方向与尾部挡板9表面平行。根据深海实际工况调节尾部挡板9与隔水管1轴线之间的距离，使得尾部挡板9能够有效破坏隔水管1后方周期性漩涡的形成，从而抑制涡激振动。隔水管1在水下几百米至几千米不等，可以根据实际情况每隔一段距离安装一个基本单元，从而最大程度地抑制涡激振动。

实施例：

根据实际隔水管1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。

在安装单个基本单元时，首先，将套筒2套装在隔水管1的合适位置；然后，将前半圆筒4和后半圆筒6从两侧套装在套筒2上，且前半圆筒4和后半圆筒6内壁处的凹槽5要与套筒2的外凸圆环3相对接，通过螺栓将前半圆筒4和后半圆筒6连接固定；最后，尾部挡板9从连接杆7的尾端沿轴线方向插入到卡槽8内，用螺栓进行固定；至此，安装完成了一个基本单元。随后，按照同样的安装顺序串列安装剩余的基本单元。

装置安装完毕后，将隔水管1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，由套筒2与可调可旋分离盘相配合，实现装置的自由旋转，尾部挡板9在水流压力的作用下旋转至与水流方向平行，从而破坏隔水管1后方漩涡的形成，最大程度地抑制涡激振动。

Claims (1)

1.一种可调可旋分离盘的海洋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（2）和可调可旋分离盘两部分；其特征在于：套筒（2）套装于隔水管（1）上，并在套筒（2）的外壁垂向等间距设置有三个大小相同的外凸圆环（3）；可调可旋分离盘由前半圆筒（4）、后半圆筒（6）、连接杆（7）及尾部挡板（9）组成，前半圆筒（4）为类似于整流罩的三角形棱柱，后半圆筒（6）与连接杆（7）首端相连接，且为一整体结构，连接杆（7）尾端则沿轴向方向开有一定深度的卡槽（8），连接杆（7）上每隔一定距离开有螺栓孔；尾部挡板（9）厚度等于连接杆（7）上卡槽（8）的宽度，且尾部挡板（9）上开有与连接杆（7）相对应的螺栓孔，尾部挡板（9）从连接杆（7）的尾端沿轴线方向插入到卡槽（8）内，用螺栓进行连接，尾部挡板（9）与隔水管（1）轴线之间的距离可调；前半圆筒（4）和后半圆筒（6）的内壁均设有与外凸圆环（3）相对应的凹槽（5），该凹槽（5）为3/4圆弧，凹槽（5）直径略大于套管（2）的外凸圆环（3）直径，前半圆筒（4）和后半圆筒（6）之间使用螺栓进行连接固定，通过外凸圆环（3）和凹槽（5）的对接限制了垂向的移动，并可实现可调可旋分离盘绕隔水管（1）的轴线自由转动。