CN105201420A - 一种主动涡激振动抑制装置 - Google Patents

Abstract

一种主动涡激振动抑制装置，属于海洋立管涡激振动抑制装置领域。该装置包括固定座、叶式旋转体、转动座、转动座盖、外导流板、内导流板、传动轴，两叶式旋转体安装在限位抱箍装置固定座上，转动座与转动座盖通过螺栓连接，并安装在限位抱箍装置固定座上，传动轴的齿轮端与叶式旋转体的齿轮端啮合，传动轴中部与轴承合并，并安装在支撑座上，支撑座与支撑座盖通过螺栓连接，叶轮通过键槽及螺母安装在传动轴光滑端上，并置于泵筒内，盖板通过螺栓与叶轮泵筒连接，外导流板与转动座铰接，内导流板一端嵌于外导流板内侧，另一端与推杆铰接。本发明结构设计巧妙，运用价值高，能较好地抑制海洋立管处于高、低流速下的涡激振动。

Description

一种主动涡激振动抑制装置

技术领域

本实用新本发明属于海洋立管涡激振动抑制装置领域，具体涉及一种可自动调节导流板的海洋立管涡激振动抑制装置。

背景技术

伴随着能源危机的挑战和陆上石油资源的日益枯竭，我国末来深水海洋油气勘探开发成为必然发展趋势。隔水管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，涡激振动频率与立管固有频率接近时会出现共振，这会严重影响到隔水管的使用强度与寿命。因此，有必要设计一种有效且方便的涡激抑制装置来减缓隔水管的涡激振动，延长隔水管的使用寿命，这对深海油气开发工作具有重要的意义。钻井隔水套管和采油立管是海洋油气资源开采的重要设施。一旦立管系统在外部动力因素作用下发生破坏将对海洋油气开采带来巨大的经济损失。在深水环境中,立管所承受的海洋环境荷载主要是水流的作用。当水流经过立管时,会在立管两侧产生漩涡的交替脱落,从而对立管产生周期性变化的作用力。一般深海立管具有较低的基频振动频率,在水流涡致作用下,立管很容易发生涡激振动现象,造成立管结构的大幅振动,甚至发生立管间碰撞以及疲劳破坏。

为减少和防止涡激振动造成的破坏作增加深海立管的使用寿命,在海洋油气开采过程中,通常需要使用涡激振动抑制措施。根据物理机制的不同基本上分为两种类型:主动控制和被动控制。主动控制利用实时监测和计算机自动控制等技术手段,通过对实测数据的分析将外部干扰措施引入流场,从而控制旋涡脱落。被动控制则不依赖实时监测数据,直接通过改变结构表面形状或附加额外的装置以改变流场,从而弱化或减小流动的负面作用。被动控制方法与主动控制方法相比,设计简单、制作安装容易且成本较低,因此在实际的海洋工程中得到了广泛的应用。针对立管涡激振动问题,经过几十年的发展,人们已经提出了很多种形式的被动抑制装置,例如螺旋条纹、整流罩、控制杆、突起、分隔板以及轴向板条罩等。但上述涡激振动抑制装置的局限性在于，不能根据水流状况进行实时调整。

发明内容

本发明是针对现有技术中，目前的海洋立管涡激振动抑制装置不能根据水流速度及方向进行实时调整等局限性，提供一种现场安装简便，性能可靠，能随水流状况实时调整导流板的方向及角度的涡激振动抑制装置。

为实现本发明的目的，本发明提供一种主动涡激振动抑制装置，所述涡激振动抑制装置包括：固定座、叶式旋转体、传动轴、支撑座、叶轮、内外导流板、拉簧、缸座、外缸筒、内缸筒、推杆、转动座、转动座盖。叶式旋转体、转动座与转动座盖的内径大于固定座的内径；固定座一端具有360°的圆弧凹槽；叶式旋转体两端均具有10个均布的球形凹槽，中部具有6个叶片，呈60°均匀分布，下部具有齿轮结构；所有固定座安装在海洋立管上，叶式旋转体固定在两端的固定座上，叶式旋转体随水的流动而转动，转动座与转动座盖安装在固定座上，转动座与转动座盖随水的流向改变而转动，传动轴安装在轴承上，传动轴的齿轮端与叶式旋转体上的齿轮端相啮合，传动轴的另一端与叶轮通过键及螺母相连，叶轮泵筒与缸座连接，为内缸筒提供压力，从而控制推杆的运动；推杆与内导流板铰接，从而控内、外导流板的角度；内外导流板上安装拉簧，用以收紧内导流板。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明的叶式旋转体具有扰流作用，能随水的流动而转动，并将动力通过传动轴、叶轮、内缸筒及推杆传递给内导流板，根据水流速度主动调节内外导流板的角度，从而能够更好抑制涡激振动，达到延长海洋立管寿命的目的。

2、本发明的转动座与转动座盖能随水流方向的改变而转动，从而调整内、外导流板的方向。

附图说明

图1为本发明的整体立体结构示意图

图2为本发明下部分去掉导流板后的立体示意图

图3为本发明轴承与叶轮安装的立体示意图

图4为固定座的立体示意图

图5为叶式旋转体的立体示意图

图6为转动座盖的立体示意图

图7为伸缩缸的立体示意图

图8为内外导流板的立体示意图

图9为盖板的立体示意图

图中：1-固定座；2-叶式旋转体；3-转动座盖；4-转动座；5-传动轴；6-外导流板；7-内导流板；8-拉簧；9-支撑座；10-支撑座盖；11-盖板；12-叶轮泵筒；13-缸座；14-外缸筒；15-内缸筒；16-推杆；17-轴承；18-叶轮。

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。

如图1、2、3所示，本发明装置包括固定座1、叶式旋转体2、转动座盖3、转动座4、传动轴5、外导流板6、内导流板7、拉簧9，叶式旋转体2安装在固定座1上，转动座4与转动座盖3通过螺栓连接，并安装在固定座1上，传动轴安装在轴承17上，传动轴5的齿轮端与叶式旋转体2的齿轮端相连，叶轮18通过键槽及螺母安装在传动轴上，盖板11通过螺栓与叶轮泵筒12连接，叶轮泵筒12与缸座13连接，外缸筒14通过螺栓与缸座13连接，内缸筒15置于外缸筒14内侧，滑动连接，推杆16置于内缸筒15内侧，推杆16与内导流板7铰接，外导流板6与转动座4铰接。本发明主动涡激振动抑制装置能根据流速的大小来实时调整内外导流板张开角度，能根据流速的方向来自动调整内外导流板的方向。本发明安装简便，结构合理，能有效抑制涡激振动。

叶式旋转体2、转动座4、固定座1在同一轴线上；叶式旋转体2、转动座4与转动座盖3的内径大于固定座1的内径；外导流板6内侧具有凹槽，内导流板7安装在凹槽内；固定座1一端具有一圈的圆弧凹槽；叶式旋转体2两端具有10个均布的球形凹槽，中部具有6个叶片，呈60°均匀分布，下部具有齿轮结构；转动座盖3与转动座4两端具有10个均布的球形凹槽。

实施例：

根据实际海洋立管的长细比和当地海洋波浪、海流的常年统计信息，设计合理的叶式旋转轮2、传动轴5、叶轮18、内缸筒15、外缸筒14、内导流板7、外导流板6的尺寸。

装置安装完毕后，将该本发明置于海水中。在在不同深度的海水中，叶式旋转体2随水的流动而旋转，当水流速度大时，叶式旋转体2通过齿轮端带动传动轴5旋转，进而带动叶轮18旋转产生压力，推动推杆16，推杆16推动内导流板7，从而增大内导流板7、外导流板6的张开角度，增强扰流效果。当水流速度变小时，叶式旋转体2的速度降低，带动的传动轴5的转速降低，进而叶轮18的转速降低，产生的压力降低，导至推杆16缩回，内导流板7、外导流板6的张开角度变小。转动座4与转动座盖3随水流动方向旋转，从而使内导流板7与外导流板6板处在水流动的方向。进而改变立管的扰流流场，干扰立管后方漩涡的形成，最大程度地抑制涡激振动。

Claims (5)

1.一种主动涡激振动抑制装置，其特征在于，装置包括：固定座(1)、叶式旋转体(2)、转动座盖(3)、转动座(4)、传动轴(5)、外导流板(6)、内导流板(7)、拉簧(9)，叶式旋转体(2)安装在固定座(1)上，转动座(4)与转动座盖(3)通过螺栓连接，并安装在固定座上(1)，传动轴安装在轴承(17)上，传动轴(5)的齿轮端与叶式旋转体(2)的齿轮端相连，叶轮(18)通过键槽及螺母安装在传动轴上，盖板(11)通过螺栓与叶轮泵筒(12)连接，外导流板(6)与转动座(4)铰接，推杆(16)与内导流板(7)铰接。本发明主动涡激振动抑制装置能根据流速的大小来实时调整内外导流板张开角度，能根据流速的方向来自动调整内外导流板的方向。本发明安装简便，结构合理，能有效抑制涡激振动。

2.根据权利要求1所述的一种主动涡激振动抑制装置，其特征在于：固定座(1)一端具有360°的圆弧凹槽；叶式旋转体(2)两端具有10个均布的球形凹槽，中部具有6个叶片，呈60°均匀分布，下部具有齿轮结构；转动座盖(3)与转动座(4)两端具有10个均布的球形凹槽。

3.根据权利要求1所述的一种主动涡激振动抑制装置，其特征在于：叶式旋转体(2)、转动座(4)、固定座(1)在同一轴线上；叶式旋转体(2)、转动座(4)与转动座盖(3)的内径大于固定座(1)的内径。

4.根据权利要求1所述的一种主动涡激振动抑制装置，其特征在于：外导流板(6)内侧具有凹槽，内导流板(7)安装在凹槽内；外缸筒(14)通过螺栓与缸座(13)连接，内缸筒(15)置于外缸筒(14)内侧，推杆(16)置于内缸筒(15)内侧。

5.盖板(11)具有四个均布的扇形孔，便于流体顺畅流动。缸座(13)与叶轮泵筒(12)各有一个连通孔，并通过筒管连接。内导流板(7)与外导流板(6)两侧通过拉簧(8)连接。