CN103883268A - 一种筛孔喷气式涡激振动抑制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种筛孔喷气式涡激振动抑制装置及方法，其特征在于：装置由注气管、U型导流弯管、底部排气筛管、排气筛管、顶部排气筛管、布气板、底板和顶板八个部分组成。排气筛管套装于隔水管外，注气管通过U型导流弯管将高压气流引入至排气筛管与隔水管的环空中，气流从排气筛管上的排气孔流出，破坏了管道表面的海水绕流边界层，同时干扰了管道尾部漩涡的形成，有效地抑制了涡激振动。本发明能够应对不同方向来流，不易腐蚀和损坏，现场施工时跟随隔水管分节下入，不影响正常施工流程，施工完毕后可以回收利用，节约了成本。

Description

一种筛孔喷气式涡激振动抑制装置及方法

技术领域                               

本发明属于海洋隔水管设施铺设技术领域，具体涉及一种筛孔喷气式涡激振动抑制装置及方法。

背景技术

陆上油气资源日益枯竭，人们不得不加大海洋油气尤其深海油气的开发力度。海洋隔水管是连接水下井口与海上平台的关键部件，承担着安全输运钻井液和采出流体的任务。当波浪、海流流经隔水管时，会在隔水管背部产生不规则漩涡，漩涡的脱落引发隔水管振动从而形成涡激振动。一旦漩涡脱落频率与隔水管固有频率相当，即会引发共振，从而引起隔水管断裂、失效等事故，造成巨大的经济损失和环境破坏。

为抑制涡激振动现象，国内外经过多年研究总结出主动抑制和被动抑制两种方式，其中主动抑制是通过在隔水管周围流场提供外部能量来扰乱附近流场，被动抑制则是改变隔水管外表面形状结构来控制附近流场。由于改变隔水管表面形状结构会增加管道加工工艺难度，且被动抑制控制流场的效果有限，而主动抑制技术发展迟缓，现有的附属圆柱自主旋转、管壁面波动等主动抑制方法结构复杂，稳定性差，难以适应复杂的深海海洋环境。

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，提供一种性能可靠，效果明显，并能够应对任意方向来流的筛孔喷气式涡激振动抑制装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种筛孔喷气式涡激振动抑制装置，包括注气管、U型导流弯管、底部排气筛管、排气筛管、顶部排气筛管、布气板、底板和顶板八个部分。其中底部排气筛管、排气筛管、顶部排气筛管直径一致，均大于隔水管外径，由下至上通过螺纹连接套装于隔水管外部；每段排气筛管与对应隔水管长度一致，跟随隔水管一起安装；底部排气筛管和顶部排气筛管上沿轴向等间距分布4排排气孔，每排沿周向均匀分布8个排气孔；排气筛管上沿轴向等间距分布5排排气孔，每排沿周向均匀分布8个排气孔；底部排气筛管和隔水管的底端由底板密封，底板上开有立管、注气管和U型导流弯管穿行的通孔；顶部排气筛管和隔水管的顶端由顶板密封，顶板上开有立管和注气管穿行的通孔。

所述的注气管与立管一同安装在隔水管内，注气管底端穿过底板连接U型导流弯管，U型导流弯管另一端穿过底板插入隔水管与底部排气筛管间的环空夹层内。

布气板嵌装于底部排气筛管最下层排气孔的下方和U型导流弯管出口上方的隔水管与底部排气筛管间的环空夹层内；布气板上沿周向均匀分布8个布气孔；U型导流弯管出口与布气板上的布气孔错开放置。

所述的一种筛孔喷气式涡激振动抑制装置可以提供一种筛孔喷气式涡激振动抑制方法，将该装置套装于隔水管外部，跟随隔水管下入海水中，通过注气管注入高压气体，气体流至隔水管与排气筛管间的环空夹层中，由排气筛管的排气孔向外喷出；由排气筛管四周喷出的气体，破坏了排气筛管表面的海水绕流边界层，有效地降低了绕流阻力；同时排气筛管背流部喷出的气体为该处的水流注入了能量，有效破坏了该处漩涡的形成，从而达到抑制涡激振动的效果；由于排气孔沿排气筛管周向均匀分布，可以应对来流方向随意变化的海流实际环境，有较强的适应性。

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：

1、本发明可从四周多个方向同时喷射气体，能够应对不同方向来流，扰乱隔水管周围海水流动，破坏隔水管后方涡街的形成，从而抑制涡激振动，延长隔水管寿命；

2、本发明的排气筛管由耐压塑料制成，不易腐蚀和损坏，其较低的密度不会对隔水管产生重力负担，而起到了一定的浮力块作用；同时排气筛管套装于隔水管外，进一步保护了隔水管；

3、本发明在现场施工中可以跟随隔水管分节下入，不影响正常施工操作，施工完毕后可以回收利用，降低多次开采的成本。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图

图2为本发明底部结构剖视图

图3为本发明顶部结构剖视图

图4为本发明U型导流弯管和布气板结构示意图

其中：1、立管；2、隔水管；3、注气管；4、U型导流弯管；5、底板；6、底部排气筛管；7、排气筛管；8、顶部排气筛管；9、排气孔；10、布气板；11、布气孔；12、顶板。

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。

本发明涉及一种筛孔喷气式涡激振动抑制装置，如图1、2、3所示，包括注气管3、U型导流弯管4、底部排气筛管6、排气筛管7、顶部排气筛管8、布气板10、底板5和顶板12八个部分。其中底部排气筛管6、排气筛管7、顶部排气筛管8直径一致，均大于隔水管2外径，由下至上通过螺纹连接套装于隔水管2外部；每段排气筛管7与对应隔水管2长度一致，跟随隔水管2一起安装；底部排气筛管6和顶部排气筛管8上沿轴向等间距分布4排排气孔9，每排沿周向均匀分布8个排气孔9；排气筛管7上沿轴向等间距分布5排排气孔9，每排沿周向均匀分布8个排气孔9；底部排气筛管6和隔水管2的底端由底板5密封，底板5上开有立管1、注气管3和U型导流弯管4穿行的通孔；顶部排气筛管8和隔水管2的顶端由顶板12密封，顶板12上开有立管1和注气管3穿行的通孔。

如图1、2、3所示，所述的注气管3与立管1一同安装在隔水管2内，注气管3底端穿过底板5连接U型导流弯管4，U型导流弯管4另一端穿过底板5插入隔水管2与底部排气筛管6间的环空夹层内。

布气板10嵌装于底部排气筛管6最下层排气孔9的下方和U型导流弯管4出口上方的隔水管2与底部排气筛管6间的环空夹层内；布气板10上沿周向均匀分布8个布气孔11；U型导流弯管4出口与布气板10上的布气孔11错开放置，如图4所示。

所述的一种筛孔喷气式涡激振动抑制装置可以提供一种筛孔喷气式涡激振动抑制方法，将该装置套装于隔水管2外部，跟随隔水管2下入海水中，通过注气管3注入高压气体，气体流至隔水管2与排气筛管7间的环空夹层中，由排气筛管7的排气孔9向外喷出；由排气筛管7四周喷出的气体，破坏了排气筛管7表面的海水绕流边界层，有效地降低了绕流阻力；同时排气筛管7背流部喷出的气体为该处的水流注入了能量，有效破坏了该处漩涡的形成，从而达到抑制涡激振动的效果；由于排气孔9沿排气筛管7周向均匀分布，可以应对来流方向随意变化的海流实际环境，有较强的适应性。

本发明的底部排气筛管6、排气筛管7、顶部排气筛管8均由耐压塑料制成，不易腐蚀和损坏，加工简易，既为隔水管2提供了浮力，又保护了隔水管2。

具体实施例：

根据当地海洋波浪、海流的常年统计信息以及隔水管2下入的水深，计算底部排气筛管6所要承受的水压力，确定底部排气筛管6、排气筛管7、顶部排气筛管8的壁厚和注气管3的注气压力。

装置安装时，首先，将底部排气筛管6套装于隔水管2外部；在底部排气筛管6最下层排气孔9的下方，于底部排气筛管6和隔水管2间嵌装布气板10；然后，安装隔水管2底部的底板5；将注气管3穿过底板5，与U型导流弯管4连接；U型导流弯管4另一端再穿过底板5伸入到隔水管2与底部排气筛管6间的环形空间中，且U型导流弯管4出口与布气板10留有间隙，U型导流弯管4出口与布气板10上的布气孔11错开布置。

装置底部安装好后，跟随隔水管2下入水下。与隔水管2安装顺序一样，排气筛管7一根根通过螺纹连接固定于隔水管2外，跟随隔水管2一节一节下入水下。安装到最后一根隔水管2时，在其外侧套装顶部排气筛管8；在隔水管2的顶端安装顶板12进行密封。

由于装置是边下水边安装，顶部安装外毕后，装置已跟随隔水管2下入至海水中。此时的隔水管2与排气筛管7间的环形空间中灌有海水，通过向注气管3注入高压气体，将环形空间中的海水从排气孔9中赶出，打通排气筛管7上的喷气通道。从排气孔9喷出的气体，破坏了管外表面的海水绕流边界层，有效地降低了绕流阻力；同时排气筛管7背流部喷出的气体破坏了尾部漩涡的形成，从而达到抑制涡激振动的效果。

Claims (2)

1.一种筛孔喷气式涡激振动抑制装置，其特征在于，装置包括注气管（3）、U型导流弯管（4）、底部排气筛管（6）、排气筛管（7）、顶部排气筛管（8）、布气板（10）、底板（5）和顶板（12）八个部分；底部排气筛管（6）、排气筛管（7）、顶部排气筛管（8）直径一致，均大于隔水管（2）外径，由下至上通过螺纹连接套装于隔水管（2）外部；每段排气筛管（7）与对应隔水管（2）长度一致，跟随隔水管（2）一起安装；底部排气筛管（6）和顶部排气筛管（8）上沿轴向等间距分布4排排气孔（9），每排沿周向均匀分布8个排气孔（9）；排气筛管（7）上沿轴向等间距分布5排排气孔（9），每排沿周向均匀分布8个排气孔（9）；底部排气筛管（6）和隔水管（2）的底端由底板（5）密封，底板（5）上开有立管（1）、注气管（3）和U型导流弯管（4）穿行的通孔；顶部排气筛管（8）和隔水管（2）的顶端由顶板（12）密封，顶板（12）上开有立管（1）和注气管（3）穿行的通孔；注气管（3）与立管（1）一同安装在隔水管（2）内，注气管（3）底端穿过底板（5）连接U型导流弯管（4），U型导流弯管（4）另一端穿过底板（5）插入隔水管（2）与底部排气筛管（6）间的环空夹层内；布气板（10）嵌装于底部排气筛管（6）最下层排气孔（9）的下方和U型导流弯管（4）出口上方的隔水管（2）与底部排气筛管（6）间的环空夹层内；布气板（10）上沿周向均匀分布8个布气孔（11）；U型导流弯管（4）出口与布气板（10）上的布气孔（11）错开放置。

2.一种筛孔喷气式涡激振动抑制方法，其特征在于：将一种筛孔喷气式涡激振动装置套装于隔水管（2）外部，跟随隔水管（2）下入海水中，通过注气管（3）注入高压气体，气体流至隔水管（2）与排气筛管（7）间的环空夹层中，由排气筛管（7）的排气孔（9）向外喷出；由排气筛管（7）四周喷出的气体，破坏了排气筛管（7）表面的海水绕流边界层，有效地降低了绕流阻力；同时排气筛管（7）背流部喷出的气体为该处的水流注入了能量，有效破坏了该处漩涡的形成，从而达到抑制涡激振动的效果；由于排气孔（9）沿排气筛管（7）周向均匀分布，可以应对来流方向随意变化的海流实际环境，有较强的适应性。

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