CN105307929A

CN105307929A - 整流罩及方法

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Publication number: CN105307929A
Application number: CN201380077345.0A
Authority: CN
Inventors: 卡杰蒂尔·斯凯于格赛特
Original assignee: Statoil ASA
Current assignee: Equinor ASA
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2016-02-03
Also published as: BR112015028207A2; US20160102783A1; US10274107B2; CA2911058C; BR112015028207B8; CA2911058A1; EP3536598A1; AU2013393599B2; AP2016009013A0; EP3016849B1; BR122020015734A2; US10690265B2; EP3536598B1; EP3016849A1; BR122020015734A8; WO2015000513A1; BR112015028207B1; US20190203852A1; AU2013393599A1

Abstract

一种整流罩装置，用于减少涡激振动或涡激移动，以及减少浸没在流体介质中的本质上圆柱形的元件的阻力，包括：整流罩，所述整流罩绕所述本质上圆柱形的元件可旋转地安装，所述整流罩包括具有外径(D)的大体圆柱形的截面形状的壳体，所述圆柱形元件的外径从0度的上游停滞点跟随到至少+/-90度，并且在所述+/-90度处继续跟随在尾部方向两个类鳍部分，进一步包括所述类鳍部分的尾部凸面地弯曲+/-90度，由此使得彼此的拖拽逐渐减少，并且限定末端开口小于所述整流罩投射高度。还公开了一种用于安装、储存并部署所述整流罩装置的方法。

Description

整流罩及方法

技术领域

本发明一般地涉及涡激振动(“VIV”)的降低，以及更具体地，涉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，以及一种用于存储并部署整流罩装置的方法。

背景技术

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，这反过来导致需要建造可以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。

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。一种已证明的抑制这种振动的方法是使用整流罩和箍条。这些遮盖件本质上改变了沿柱面的流动，平稳了卡门漩涡的产生，使得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，螺旋形导板和整流罩，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或涡致移动(VIM)。

螺旋形导板:

螺旋形导板附接在结构的外侧以通过沿样本长度改变漩涡脱离模式和漩涡脱落的关联性来抑制VIV。最普通的螺旋形导板的几何结构是三头(three-start)立管。这种立管包括三个沿样本长度螺旋缠绕并延伸的三角形或梯形剖面。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，螺旋形导板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(h/D)，其中P表示涉及流动主方向的节距，D是柱体的外径，以及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形导板。

整流罩:

为了在遭受到周围的流体流动时变更结构构件的涡旋脱落模式，整流罩附接至该结构构件。整流罩以允许整流罩围绕其所附接的结构构件(例如，海洋钻井立管)的中心旋转的方式附接。这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。

另外，也存在其他抑制VIV的方法，例如穿孔遮蔽物(perforatedshrouds)，但是所有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。

如上所述的这些现有技术系统被记录在案并在下文中给出。有关涡激振动和VIV抑制方法的书籍和论文：

Sarpkaya，T.，1979，"涡激震荡"，应用力学杂志46，pp.241-258。

Blevins，R.D.，1990，流致振动，VanNostrandReinhold出版社:纽约，美国。

Griffin，O.M.&Ranberg，S.E.，1982，"涡旋脱落和海洋管件和竖管的应用的近期研究"，ASME能源技术杂志，104，pp.2-13。

Bearman，P.W.，1984，"振动钝体的涡旋脱落"，流体力学的年度回顾，16，pp.195-222。

Zdravkovich，M.M.，1997，围绕圆筒的流动，第1卷:基本原理，牛津大学出版社:伦敦，英国。

Naudascher，E&Rockwell，D.，1993，流致振动：工程指南.巴尔科玛:鹿特丹，荷兰。

Faltinsen，O.M.，2005，高速海洋车辆的流体力学。剑桥大学出版社。

Kristiansen，T.，2009，活塞式共振的二维数值和试验的研究.博士论文，挪威科技大学。

Newman，J.N.，1977，海洋流体力学。麻省理工大学出版社，剑桥，马萨诸塞州。

Sumer，B.M.&J.，1997，围绕圆柱形结构的流体力学。世界科学：新加坡。

Skaugset，K.B.，2003，通过径向水射流的圆形筒的涡激振动的抑制，博士论文，挪威科技大学。

此领域的专利公开文本包括以下：US5410979，US5421413，US5984584，US6010278，US6067922，US6179524B1，US6196768B1，US6223672B1，US2006/0021560A1以及EP2049805B1。

在下文中，将更详细地解释提到的现有技术的状态。依据本领域已知的螺旋形导板，应注意以下方面和限制。

抑制涡激振动(VIV)的能力：

需要螺旋形导板的特定尺寸以达到适当的VIV抑制特性。节距和导板高度是至关重要的参数。通常，增加导板高度对于VIV抑制特性有积极的效果。然而，这带来高拖曳力的代价。

高拖曳力:

如上所述，螺旋形导板将增加在结构构件上的拖曳力。这代表了构造形成力问题以及潜在的操作限制。在海洋钻井立管的例子中，这可依照预张力、顶部和底部角度限制以及立管中的最大张力方面限制操作。结果是，在强烈的洋流中，钻进单元可被迫暂停钻井操作。

依照整流罩，且特别地在本领域已知的海洋整流罩中，应当注意以下方面和限制：

抑制涡激振动(VIV)的能力：

附接作为VIV抑制装置的整流罩的主要原因是降低结构上的振动以及材料疲劳。然而，现有的整流罩具有不同的抑制性能。例如，流动状态窗口是受限制的，现有技术的整流罩本打算在该流动状态窗口中工作。由于对于给定地点，经历的流动状态(诸如洋流)是不确定的，而且在量级和方向是变化的，至关重要的是获得对所有操作状态卓越的VIV抑制特性。这样，不期望仅在特定的流动状态窗口中起作用的整流罩设计。

全局稳定性：

对于特定的洋流流动状态，现有的整流罩可变得全局地不稳定。此为共振现象。对结构构件而言，与这种全局不稳定相关的运动可谓是毁灭性的。运动会变得比与VIV响应相关的运动大得多，并且可引起快速的材料疲劳或结构超载。对于离岸设施，与此相关联的失去对碳氢化合物的限制使用的可能性、健康、安全和环境风险会相当地高。

结构上的全局载荷：

整流罩通常与相对低的拖曳力相关联。然而，与现有的设计比较，还有很大改进空间。已知的是，在部署、取回和操作期间，整流罩上的局部力损伤整流罩。这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，这些地方波动是最主要活动。在操作期间，在整流罩的单个零件上的流体力可变得足够大以引起整流罩在结构上瓦解或者被刺戳，防止风标效应(weather-vaning)。由于熟知这种情况会使钻井操作停止，为了避免这种情况，需要新的小型且鲁棒性的整流罩

鲁棒性

操作问题：

当在离岸钻井单元上部署整流罩时，一些关键操作的挑战与整流罩的尺寸及重量相关联。小而轻的整流罩可克服许多操作问题。

存储：

现有的整流罩或螺旋形导板需要在钻井单元上的相对大的存储空间。一些钻井单元仅具有有限的空间以用于运载这样的装置。

安装和取回的时间及成本：

对于钻井作业的一个关键的成本因素是部署和取回海底竖管的时间。由于涉及将VIV抑制装置附接在海底竖管的每个结合处上的手工作业，使用传统的螺旋形导板或海洋整流罩将使得正常操作停止。增加的总部署和收回时间将不仅增加花费在操作上的总时间，还会增加可用天气窗口的需求，需要可用天气窗口以执行操作。离案钻井单元需要高的日钻机率(rigrate)，因此用于安装和部署的增加的时间可被证明是非常昂贵的。

安装和收回HSE

VIV抑制装置的高单元重量和尺寸不仅消耗时间，而且也代表了在安装和收回阶段的HSE风险。

安装可行性：

由于在钻台上有限的空间，需要用于存储和部署的更简单和更紧凑的系统和方法。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种整流罩系统和方法，用于预先安装和部署所述整流罩，其比已知的现有技术更有效且经济。

该目的使用根据独立权利要求的系统解决。有益的进一步改进和实施方式是从属权利要求的目的，并且在详细的说明书和附图中。

附图说明

图1a-1c示出根据现有技术的整流罩类型；

图2示出ACC1的立体视图；

图3示出具有柱形元件的ACC1的立体视图；

图4a示出ACC1的描绘性立体视图；

图4b示出ACC1整流罩从点A至B沿跨度的截面图；

图4c示出ACC1整流罩从点B至C沿跨度的截面图；

图5示出与名义折合速度U*相对的振幅比A*，用于自由振动ACC1整流罩，包括4个频率测试；

图6示出与雷诺数Re相对的拖曳系数C_D，用于自由振动ACC1整流罩，包括4个频率测试；

图7示出与名义折合速度U*相对的振幅比，用于具有分类的升力系数C_LV的ACC_T95；

图8示出与名义折合速度U*相对的振幅比A*，用于自由振动ACC1_30整流罩，包括4个测试频率；

图9a示出理论上的稳定性分析曲线，用于图1b的现有技术的整流罩；

图9b示出理论上的稳定性分析曲线，用于图1c的现有技术的整流罩；

图9c示出理论上的稳定性分析曲线，用于ACC1整流罩；

图10示出现有技术的竖管结合处；

图11示出具有三个带有可移除的束缚装置的预先安装的整流罩的竖管结合处的立体视图；

图12示出具有三个带有可移除的束缚装置的预先安装的整流罩的竖管结合处；

图13示出具有一个预先安装的整流罩的竖管结合处的段，移除了可移除的束缚装置；

图14示出用于方法1的具有铰链式的形状-固定装置的整流罩的内侧的段；

图15示出用于方法1的具有铰链式的形状-固定装置和锁定销的整流罩的内侧的段；

图16示出用于方法2的具铰链式的形状-固定装置的圆柱形元件；

图17示出用于方法2的具有铰链式的形状-固定装置和整流罩装置的圆柱形元件；以及

图18示出用于方法3的具有可插入的形状-固定装置和整流罩装置的圆柱形元件。

具体实施方式

本发明对背景部分和图1a至图1c中提到的现有技术表现出巨大改善，现有技术提及的缺点通过下述实施方式解决。

不对称蟹爪(ACC)整流罩装置

本发明是一种新的特殊的整流罩设计，其通过完整测试，显出了与现有技术相比卓越的性能。此装置附接至圆柱筒，用于抑制涡激振动(VIV)或涡激运动(VIM)。此装置能够围绕圆柱筒旋转，并且因此能够与周围的海流方向一致。

ACC整流罩的形状

整流罩的形状特定于本发明。当描述形状时，相对于圆柱筒使用角坐标，整流罩围绕圆柱筒实施。在本上下文中，对于在稳定的无粘流动中具有外径(D)静止的大体上为圆柱筒形的元件的上游滞留点以0度表示，而在下游的滞留点在180度处。本发明由截面形状在接近整流罩的轴向长度或者跨度的一半处改变的整流罩组成。在部分A处的截面形状(CS1)是沿着轴线X-X的镜像，并且为对此段的部分B而言变成了截面形状(CS2)。

本实施方式进一步由以下限定：

a)整流罩的形状在尾段凸面地弯曲+/-90度。整流罩也可以在上游弯曲+/-90度，但在+/-90度后的弯曲是必要的。

b)弦长(C)：在本发明的一个实施方式中，全部的整流罩弦长比C/D可以是1.4或者更小。如图4a中示出的，弦长(C)是从整流罩的前缘至整流罩鳍的末端的长度。

c)不对称的弦长1：全部的整流罩弦长比C/D可以是1.4或者更小

d)不对称的弦长2：全部的整流罩弦长比C/D可以是1.15或者更小

e)末端开口大于整流罩投射高度(最大厚度)的80％。本发明同样覆盖小于80％的开口，但从测试中可见，如果开口大于80％，本发明具有最好的性能。

对于所有实施方式，整流罩投射高度限定为当从整流罩的外部测量时，在整流罩的相对的鳍之间的最大截面距离。术语凸面地(convexly)指的是当在整流罩之外看时的凸面形式，其具有从圆筒形的元件向外的突起，如可类比的双凸光学透镜，并且与具有向内的凹进的凹面形式截然相反。这在示出了不对称的蟹爪(ACC1)整流罩的基本形状的图2-4c进一步阐明。表1-4示出了在流体动力学测试中使用的不同实施方式的ACC整流罩的尺寸的非限制性示例。所有尺寸以米计量。对于以下给出的尺寸，并且依照本发明的范围，值之间的比值比实际尺寸本身更重要。表1示出了标准

ACC1整流罩的尺寸。

表1.不对称蟹爪1(ACC1)测试尺寸。使用轴向在横梁上的跨度至跨度的三个ACC整流罩(北、中和南)进行该测试。

同样，改进并测试了不对称蟹爪整流罩的一些其他变形，上部和下部鳍的弦长均延长以便让步于更小的端部开口(缝隙)，与标准ACC1端部间隙相比，具有95％，90％和85％的值。

表2.ACC_T95测试尺寸

表3.ACC_T90测试尺寸

表4.ACC_T85测试尺寸

根据本发明的整流罩装置和实施方式可由选择自一组包括有的材料中的腐蚀性小的材料制成，该组包括半柔性的、可成形的聚乙烯，聚氨酯，乙烯酯树脂，聚氯乙烯，以及玻璃纤维。由于本领域技术人员已经知晓，可以轻易地想到其他材料。

试验设置

以向拖拽标记的下游拖拽圆柱筒的拖拽模式进行整流罩自由VIV试验。依据VIV的表象以及拖拽拖车限制，拖车速度主要地从0.5变化至4.5米/秒，产生最高至大约140万的雷诺数。阻尼框架中的螺旋弹簧同样变化，导致名义折合速度U*(V_RN)为2至24。该自由测试在四个不同的用于ACC的弹簧刚度值(见图5、6和8)处完成。在大约20、45、48和128kN/m的弹簧刚度范围中测试上述整流罩，相应与具有0.6、0.9、1.2和1.5Hz的系统频率。在20和45kN/m处测试无遮蔽的圆柱筒以在～0.6和～0.9Hz执行质量鉴定测试。

结果概述：

在图5至图8中，示出了ACC整流罩的不同响应。以在部署状态中的整流罩相关的整个范围中的不同的弹簧设置进行测试。确定新的整流罩设计在现实世界中使用的适用性的主要参数是曳引系数、C_D、雷诺数(Re)，振动的振幅(VIV)，又名A*以及升力系数C_LV。通常，这些参数可相对于彼此标绘，或者相对于又名名义折合速度(U*)的流动速度的程度标绘。

在图5中，对应每个对ACC1整流罩测试的频率，描绘出了与名义折合速度U*相对的振幅A*。其示出了不同的弹簧刚度，因此，频率在较低U*值(U*<15)处对整流罩的A*不具有显著影响。然而，A*在为高U*值处有变化，但没有明显的模式。有数个存在一些移动的测试案例，这导致较高的A*值0.1具有为3和7的U*值。稍后，已经表明这些值发生在CLV的高负值处，这意味着零C_LV，移动将或多或少与其他的数据点对齐。需要注意的是，位于上方左侧的两个点可归因于测量错误。在表1中给出了此特定整流罩的实施方式的尺寸。

对应每个对ACC1整流罩测试的频率，图6示出了与雷诺数(Re)相对的拖曳系数C_D。其示出了不同的弹簧刚度，因此，频率对整流罩的阻力不具有显著影响。整流罩具有平均值为0.51的C_D，对比在固定测试期间，其平均值为0.50。在表1中给出了此特定整流罩的实施方式的尺寸。

在图7中，对应ACC_T95整流罩，描绘出了与名义折合速度U*相对的振幅A*。数据是筛选过的，仅标绘出那些升力系数几乎为零(-0.005<C_LV<0.005)的点，以及升力系数大于0.005的数据。没有明显的VIV。在表2中给出了此特定整流罩的实施方式的尺寸。

在海洋中的部署期间的某种情况下，整流罩可变得“刺”在位。这可由于过多的海洋植物丛或者其它的机械原因。出于试验的目的，ACC1整流罩被以30度的节距固定，这也是被测试的角度。在表1中给出了此特定整流罩实施方式的尺寸，例外是，对于此实验，中心ACC1整流罩相对于两个相邻的整流罩以30度的角度固定。在图8中，对应每个测试的频率，描绘出了与名义折合速度U*相对的振幅A*。数据示出了不同的弹簧刚度，因此，频率在测试的U*的整个范围对整流罩的A*具有显著影响。可以观察到，A*-U*曲线改变拖拽并随弹簧刚度的增加向左。

固定阻力测试结论：

在固定测试中，整流罩的几何学变形对其阻力值具有显著的影响。在基本的ACC1整流罩上的阻力是在裸管上的大约一半，由此，整流罩减少了系统中50％的阻力

自由VIV测试结论：

裸管测试旨在验证设备设置，以及结果与历史数据良好匹配。在折合速度U*为8.2时，VIV响应的峰值振幅A*＝0.89。拖曳系数从当有小VIV时的大约1.0改变至当有显著的VIV占据时的大约3.0。

在整个折合速度范围测试(0<U*<22)中，不对称的蟹爪(ACC1)整流罩减少VIV的振幅。

一般而言，ACC整流罩的A*之间的不同之处非常小，其本质上意味着依照VIV抑制的全部四个整流罩令人满意地有效。更具体地，与具有较长弦长的整流罩相比，具有较短弦长的整流罩提供更高的VIV抑制效率

数据处理

由确定振动(VIV)A*的振幅和名义折合速度U*组成的基础数据分析由以下限定：

A * = \frac{\sqrt{2} σ_{Z}}{D_{R}}

V_{R N} = U * = \frac{V}{f_{N (V = 0)} D_{R}}

σ_Z是移动的交叉-流动(Z)振幅的标准偏差，并且D_R是作为整流罩的外直径(最大厚度)的参考直径。V是拖车速度或流动速度。自然频率f_N(V＝0)典型地来自静水试验，然而对于这些试验，要求低流动速度以对齐单元。

C_D，CD＝拖曳系数

C_LV，C_L＝升力系数(升力与圆筒交叉流动速度同向)

C_M＝增加的质量系数(升力与圆筒交叉流动加速度同向)

稳定性的理论研究

图9a-c示出了3种整流罩类型的稳定性分析的模型结果，基于Blevins(1990)和Newman(1977)的标准并使用Routh方法的迭代，具有如在Kristiansen(2009)andFaltinsen(2005)给出的进一步的派生和参数化。

在Y轴(q(u)[(kgm/s)4])上给出的在无阻尼的整流罩的例子中的多项式的形式为：

q(U)＝q₄U⁴+q₂U²+q₀＝0，

并且其通过每个给出的整流罩类型的底部曲线表示。X轴代表以米/秒计量的流动速度(U)。对于仿真情形，其中增加了经验的雷利阻尼项(q₁U)，用于Y轴的多项式为以下形式：

q(U)＝q₄U⁴+q₂U²+q₁U+q₀＝0，

其中

q_{1} = 2 ξ \sqrt{q_{4} q_{0}},

并且ξ是无无量纲量数。更高的ξ的值导致更高的阻尼。

每种整流罩种类的底部曲线代表没有阻尼项(q₁U)的仿真。当q(U)在曲线上的值为负时，可出现不稳定性和摆动。邻近底部无阻尼曲线的下一条曲线包括具有ξ＝0.04的阻尼项q₁U。下一条邻近的曲线包括具有ξ＝0.08的阻尼项q₁U。下一条邻近的曲线(顶部)包括具有ξ＝0.16的阻尼项q₁U。

通过以下进一步表示项q₄、q₂和q₀

q₄＝(Mκ-τm_fr)₂，

q₂＝2k{2κ(m_fr)₂-I(Mκ+τm_fr)}，

q₀＝k₂I₂

I代表转动惯量，m_f代表整流罩的质量，而r代表弹性中心(EC)和重心(CG)之间的距离。k、M、κ和τ是来源于上述引用的公开的参数项。

对于具有连续非负的q(U)值的系统，他们也无条件的稳定。着重于对ACC1的结果，可以看见在具有一定程度的普通阻尼现实世界状态下，ACCA整流罩展现出显著的稳定性，而EM和端鳍整流罩展现出比ACC1整流罩需要更多的阻尼。

从许多实验室试验以及理论研究中可见，诸如图1a中示出的具有较高的弦长比的具有平行的鳍和或长的鳍的整流罩装置一般效率低但阻力更高并且流体动力稳定更差。本发明的组合的特征已经示出，更小的且更轻的整流罩流体动力更有效，更小体积，更容易存储并且更容易安装而不需要ROV。另外，可见本发明在许多不同种的流动环境中是可部署的，符合在世界范围的不同地理位置变化的海洋洋流状态。

根据本发明的另一个相比于现有技术的有益效果是单独的ACC整流罩一直沿着竖管的垂直长度独立操作。考虑到当在水柱中操作整流罩，在竖管的顶部处的状态可完全地不同于在较低段上。同样地，重要的是使整流罩在许多操作状态中稳定。根据本发明的整流罩种类，可能的是有力地部署许多这样的接近彼此安装的整流罩。当需要许多整流罩时，诸如在船舶上有许多生产竖管。这可为普通构造。考虑到描述的整流罩是全局稳定的，其可处理在一些设置中可发生的不稳定状态。这是主要的有益效果。现有技术的整流罩可能在竖管的一个段上工作良好，当其在其他段上可能不会工作良好。在一个水平面产生的这种不稳定性可引起在其他段的不稳定性。

用于整流罩的预安装的方法

根据本发明的整流罩的另一个主要方面是他们以此方式构造：他们可在部署前，预先安装在连接段，例如钻井竖管。此处关键点是整流罩可在部署前附接至钻井竖管，以节约平台上的存储空间为目的。因此，整流罩必须足够小并且以此方式制造：当不使用时，其可包围并密封钻井竖管。图10示出了安装整流罩之前的标准的现有技术中的竖管结合处。图11示出了具有根据本发明的预先安装的整流罩的标准的现有技术竖管结合处。此处示出具有一套三个整流罩，其通过可移除的束缚装置围绕竖管接合处的外周保持就位。可移除的束缚装置可包括诸如由塑料或薄金属等支撑的条的刚性材料。由此，竖管结合处可和适配的整流罩一起存储。优选的实施方式是具有不对称的蟹爪和可围绕竖管的后向折叠而不重叠的鳍的整流罩(ACC)。由此，为了节省空间，在存储期间，鳍极为接近竖管。本预先安装整流罩的新方法可适用于在先前揭露的实施方式中的任何不对称类型的整流罩，或者使用在包括柔性可折叠的鳍的任何种类的不对称或对称整流罩中。

整流罩的预先安装是一种新的的概念并且代表了本发明的进一步的新的方面。现今所有存在的整流罩是在竖管结合处连接在竖管线中之后安装的。根据本发明的整流罩设计能够使整流罩折叠并且可轻易地预先安装。

本方法和相关实施方式直接地适用于先前提到的可预先安装在圆柱形元件上整流罩。对于海洋钻井竖管，这意味着竖管结合处可在被安装至竖管线之前与海洋整流罩适配。正常的海洋探勘架存储能力是有限的，并且本发明帮助缓解空间需求问题。在存储期间可改变海底竖管之间的空隙的公差，并且这样，由此原因可改变上述需求。对于新建物而言，这是可调节的。

本发明包括在存储期间可折叠并从而减小尺寸的整流罩设计。当准备部署时，激活开放机制以将整流罩锁在预计位置，并且在操作期间固化结构以保持在位。

当竖管被浸没在海洋中，可激活整流罩。整流罩可以以以下方法激活：

整流罩包括在整流罩的内侧上的铰链式的形状-固定装置，当整流罩打开时其折叠起来，或者整流罩包括在整流罩的内侧上的凹槽，鳍可折叠回并且形状-固定装置可插入并且嵌入位置以确保整流罩的形状。

举例而言，图10示出了在安装整流罩之前的竖管结合处。图11以立体图示出了具有预先安装的整流罩的竖管结合处，其中具有根据本发明的可移除的束缚装置。图12是具有具有图11的可移除的束缚装置的预先安装的整流罩的竖管结合处的垂向视图。在图11和图12中，整流罩装置具有对称类型，三个整流罩装置安装至圆柱形的竖管结合处上。图13示出了图11或12的部分打开的预先安装的整流罩装置，其中移除了可移除的束缚装置并且在部署之前整流罩装置部分地打开。图14示出了整流罩鳍的内侧段，根据本发明的一个方法和实施方式的带铰链的形状-固定装置。示出铰链式的形状-固定装置以包括两个可折叠的襟翼，而为了符合圆柱形元件的形状，一个或两个襟翼均可向内折叠。图15示出了根据图14的进一步的阶段，铰链式的形状-固定装置与整流罩鳍符合圆柱形元件的形状并且使用锁定销保持在位。随后准备竖管结合处以用于部署。图16示出了具有根据本发明的另一方法和实施方式的铰链式的形状-固定装置的圆柱形元件的部分。在本实施方式中，铰链式的形状-固定装置可在整流罩装置的安装之前固定至圆柱形元件。可选择地，铰链式的形状-固定装置可在已经预先安装整流罩之后固定至圆柱。图17示出根据图16的进一阶段，铰链式的形状-固定装置向外折叠，符合整流罩装置的形状并且通过位于整流罩装置的类鳍部分的内侧上的凹槽保持在位。随后准备竖管结合处以用于部署。图18示出了具有根据本发明的另一方法和是实施方式的预先安装的整流罩的部分圆柱形元件的部分。形状-固定装置示出为插入在圆柱形元件和整流罩鳍之间，并且通过位于整流罩装置的类鳍部分的内侧上的凹槽保持在位。随后准备竖管结合处以用于部署。

本方法的进一实施方式可包括除去束缚装置和整流罩将弹簧进入。这可在线的部署之后或之前在水中或在甲板上实现。

在本发明的领一实施方式中，杆可附接在鳍之间，可通过ROV激活杆，如果在水中，其可迫使鳍进入正确的VIV减少位置。

对比现有技术，根据本发明的全部实施方式所实现的主要有益效果和改进包括以下：

·由于来自涡激振动(VIV)钻进竖管疲劳，对于立案钻井操作没有操作限制。这节约用于离岸作业的时间和成本。

·尺寸/重量：减少的时间花费以适配/调集VIV抑制在立案钻井设备的装置。这同样节约用于离岸作业的时间和成本。

·钻井立管上的拽曳阻力：减少在立管和附接元件上的压力。

·性能:增加的抑制涡激振动(VIV)的能力

·拖曳力：与已知技术相比减少

·全局稳定性：对所有状态表现稳定。

·鲁棒性：抑制装置的鲁棒性增加

·在时间、成本和存储空间上整流罩的预先安装是有效的。

尽管上述发明通过示例和实施方式的方式为了清楚理解的目的已详细描述，对本技术领域的普通技术人员明显的是，鉴于本发明的教导，在不脱离所附权利要求书的精神或范围的情况下，可对本发明进行某些改变和修改。

虽然已经在附图和之前的实施方式中详细地示例和描述，这样的示例和描述被认为是示例性或者例式性的，而非限制并且不意为以公开的实施方式限制本发明。某些措施在互不相同的从属权利要求中被枚举的简单事实并不表明不能有利使用这些措施的组合。

Claims

1.一种整流罩装置，用于减少涡激振动或涡激移动，以及减少浸没在流体介质中的本质上圆柱形的元件的阻力，包括：

整流罩，所述整流罩绕所述本质上圆柱形的元件可旋转地安装，所述整流罩包括大体圆柱形的具有外径(D)的截面形状的壳体，所述壳体从0度的上游停滞点到至少+/-90度跟随所述圆柱形元件的外径，并且在所述+/-90度处连续为在尾部方向两个类鳍部分，

其中

所述类鳍部分的尾部凸面地弯曲+/-90度，由此；朝向彼此成锥状，并且限定小于所述整流罩投射高度的末端开口；并且

在第一侧上的所述类鳍部分在尺寸上不同于在第二相对侧上的所述类鳍部分，由此形成不对称的截面。

2.根据权利要求1所述的整流罩装置，包括在每侧上在限定弦长(C)的尾部方向的两个类鳍部分，其中在第一侧上的所述弦长(C)为在尺寸上不同于在第二个相对侧上的所述弦长(C)；

其中在给出的侧上的所述弦长(C)依赖于所述类鳍部分的长度和/或角度和/或所述类鳍部分在所述尾部方向的形状；并且其中在任一位置或者所述整流罩的每一个边的不同位置，所述弦长(C)是可变化的，由此形成沿所述整流罩的跨度长度的不对称截面。

3.根据权利要求1或2所述的整流罩，其特征在于，在部署期间，所述末端开口构成大于所述整流罩投射距离的80％。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的整流罩，其特征在于，在部署期间，所述末端开口构成所述整流罩投射距离的80％至100％。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的整流罩，其特征在于，在部署期间，所述末端开口小于或等于所述整流罩投射距离的80％。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的整流罩，其特征在于，在部署期间，所述弦长比(C/D)小于或等于1.4。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的整流罩，其特征在于，所述整流罩装置可以以一个形状储存，但所述整流罩在部署后可以被致动至第二形状，其中所述第二形状提供减少VIV的性能。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的整流罩，其特征在于，在储存期间，弯曲+/-90度的所述类鳍部分尾端保持与所述圆柱形元件接近。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的整流罩，其特征在于，在储存期间，所述类鳍部分的端部不重叠。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的整流罩，其特征在于，所述类鳍部分包括至少一个连接至所述整流罩装置的所述类鳍部分的内侧的铰链式形状-固定装置，其中所述至少一个铰链式形状-固定装置进一步包括可折叠段，用于符合于所述圆柱形元件，以及使所述至少一个形状-固定装置保持在位的部件。

11.根据权利要求10所述的整流罩，其特征在于，所述至少一个形状-固定装置包括铰链并且用于使所述至少一个形状-固定装置保持在位的部件是锁定销。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的整流罩，其特征在于，

所述圆柱形元件包括至少一个连接至所述圆柱形元件的外部的铰链式形状-固定装置，其中所述至少一个铰链式形状-固定装置是向外可延伸的，以接触并符合所述整流罩装置的类鳍部分的内侧的形状，并且通过位于所述整流罩装置的所述类鳍部分的所述内侧的凹槽保持在位。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的整流罩，其特征在于，所述整流罩装置的所述类鳍部分的内侧包括用于固定至少一个可插入的形状-固定装置的凹槽。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的整流罩，其特征在于，所述圆柱形元件是海底竖管。

15.一种用于安装、储存和部署整流罩装置的方法，所述整流罩装置用于减少涡激振动或涡激移动，以及减少浸没在流体介质中的大致圆柱形元件的阻力，

其特征在于以下步骤：

a)通过将所述整流罩装置围绕各自的圆柱形元件创建为储存准备的多个结合处段，其中所述整流罩装置包括被保持为紧密围绕所述圆柱形元件的类鳍部分；

b)在部署进入所述流体介质之前，将连接处段连接在一起；

c)致动所述整流罩装置，由此使所述类鳍部分退出所述紧密围绕所述圆柱形元件；以及

d)将包括多个连接的结合处段的线浸没进入流体介质。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

通过展开至少一个铰链式形状-固定装置或来自所述圆柱形元件和所述整流罩装置之间的装置，将至少一个形状-固定装置沿所述轴向方向应用在所述整流罩装置的内侧；以及

使用锁定销将所述形状-固定装置或装置固定并锁定至所述整流罩装置和所述圆柱形元件。

17.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：

其中通过展开至少一个铰链式形状-固定装置或来自所述圆柱形元件和所述整流罩装置之间的装置，将至少一个形状-固定装置沿所述轴向方向应用在所述整流罩装置的内侧；以及

使用在所述整流罩的内侧内的凹槽将所述形状-固定装置或装置固定并锁定至所述整流罩装置和所述圆柱形元件。

18.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

通过将至少一个形状-固定装置沿轴向方向插入进入所述整流罩装置的内侧将至少一个形状-固定装置沿所述轴向方向应用在所述整流罩装置的内侧；以及

使用在所述整流罩的内侧内的凹槽或者使用锁定销将所述形状-固定装置或装置固定并锁定至所述整流罩装置和所述圆柱形元件。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述浸没的步骤在所述致动的步骤之前执行。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，通过ROV的方法执行所述致动的步骤。

21.根据权利要求15至19中的任一项所述的方法，其特征在于，所述整流罩装置是不对称的整流罩装置。

22.根据权利要求15至19中的任一项所述的方法，其特征在于，所述整流罩装置是对称的整流罩装置。

23.根据权利要求15至21中的任一项所述的方法，其特征在于，所述圆柱形元件是海底竖管。