CN109501949A - 一种钻井船月池减阻装置 - Google Patents

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谷家扬
吕鸿冠
张海彬
何进辉
羊卫
刘为民
陶延武
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Jiangsu University of Science and Technology
708th Research Institute of CSIC
Marine Equipment and Technology Institute Jiangsu University of Science and Technology
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Jiangsu University of Science and Technology
708th Research Institute of CSIC
Marine Equipment and Technology Institute Jiangsu University of Science and Technology
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Abstract

本发明涉及一种钻井船月池减阻装置，在所述月池的前侧壁的下部设有与月池内侧壁配合的延伸凸起，月池的后侧壁设有与月池内侧壁配合的阻尼室阻尼室包括顶板、底板、连接顶板与底板两侧的侧板及连接顶板、底板和侧板的前板，所述前板上自上而下等间距开有沿顶板长度方向延伸的方形孔，所述阻尼室内还设有若干个等间距分布且沿顶板长度方向延伸的带有圆孔的阻尼板，且方形孔位于相邻两阻尼板之间；所述底板由月池内侧壁外端向内端倾斜向上设置，使底板与月池内侧壁之间形成一个楔形切口，且底板上也设置有圆孔。本发明的优点在于：本发明钻井船月池减阻装置，建造工艺简单、减阻效果明显且整体结构不影响钻井船设备日常操作。

Description

一种钻井船月池减阻装置
技术领域
本发明属于船舶与海洋工程技术领域，特别涉及一种钻井船月池减阻装置。
背景技术
随着陆地可开采能源的不断消耗，人类对自然资源的开发战略已经慢慢从陆地转向海洋。开发海洋油气资源，需要进行勘探、钻井、生产与储备等一系列工作。其中，钻井船在海洋油气开发领域中发挥着重要的作用。钻井船是浮式海上钻井结构的一种，可以配备多种钻井作业所需要的设备，其航行方式主要有自航式与拖航式两种。与常规船型不同的是，钻井船一般在船舯附近会有一个较大的垂向贯通船体的开口，这种结构被称之为月池（moonpool）。各类研究资料均表明，月池的存在会对钻井船的结构强度和水动力性能等产生诸多不利的影响。
从外界激励方式来看，引起月池内的流体运动的主要原因有两种。第一种，当钻井船在波浪中运动时，月池内的流体由于受到波浪的激励作用从而产生运动，主要有沿垂直方 向的活塞运动和沿水平方向的晃荡运动。运动模式主要与月池的几何参数还有波浪的激励频 率密切相关。第二种，当钻井船在静水中运动时，由于月池导边处的结构不连续，压力梯度 在此处发生突变，从而源源不断地产生漩涡，流体力学上称之为边界层分离现象，漩涡会不 断聚集，从而在月池中部形成一个大涡。这个大涡会持续不断地存在于月池中部，其能量来 源就是主机功率。
就阻力而言，钻井船在有月池时的航行阻力会明显大于无月池时的航行阻力，其最大的原因就是边界层分离现象的出现改变了船体的前后压力梯度差。按照上述的激励方式的不同，减阻方法也可分为两种。第一种方法的原理主要是，通过改变并引导月池导边处流体的运动状态来达到减阻的效果。第二种方法的原理主要是，通过在月池内加装板类的阻尼装置，增加流动的阻尼，耗散漩涡强度来阻碍流体的运动，从而达到减阻的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种建造工艺简单、减阻效果明显且整体结构不影响钻井船设备日常操作的钻井船月池减阻装置。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种钻井船月池减阻装置，所述船体具有一垂向贯通船体的开口，进而形成月池；其创新点在于：在所述月池的前侧壁的下部设有与月池内侧壁配合的延伸凸起，所述延伸凸起的长度不超过月池长度的1/5；月池的后侧壁设有与月池内侧壁配合的阻尼室，所述阻尼室长度不超过月池长度的1/5。
所述阻尼室包括顶板、底板、连接顶板与底板两侧的侧板及连接顶板、底板和侧板的前板，所述前板上自上而下等间距开有沿顶板长度方向延伸的方形孔，且前板远离月池后侧壁设置；所述阻尼室内还设有若干个等间距分布且沿顶板长度方向延伸的带有圆孔的阻尼板，且方形孔位于相邻两阻尼板之间；所述底板由月池内侧壁外端向内端倾斜向上设置，使底板与月池内侧壁之间形成一个楔形切口，且底板上也设置有圆孔。
进一步地，所述阻尼板上的圆孔直径一致，且圆孔为交错分布，即相邻阻尼板上的圆孔轴线互不重合，而是相距一个圆孔直径的距离。
进一步地，所述相邻两块阻尼板之间的距离大约为船体型深的1/10～1/5。
进一步地，所述底板由月池内侧壁外端向内端倾斜向上设置，倾斜角度为20～30°。
本发明的优点在于：基于CFD流场可视化技术进行设计，通过分析漩涡的生成规律和运动路径，将减阻结构设置在月池内部的关键位置；本装置由设置在月池后侧壁的阻尼室与延伸凸起构成，其中，阻尼室的底板上布置有一系列圆孔，以便流体（漩涡）进入阻尼室；阻尼室内部设置一系列挖有圆孔的阻尼板，以便耗散漩涡的能量；阻尼板与阻尼板之间的阻尼室前板开有方形孔，以便让阻尼室内的流体与阻尼室外的流体进行自由交换，保持内外自由液面在同一水平高度；整个装置的减阻原理为，导边处生成的漩涡到达月池后壁后沿着阻尼室的底板进入阻尼室，通过内部的阻尼板结构进行能量耗散，然后与阻尼室外界的流体进行自由交换，从而达到降低月池中部大涡强度的目的；延伸凸起对月池空间进行一定程度上的缩减，从而减少了水体振荡的数量和能量，实现一定程度上的减阻效果，进而阻尼室与延伸凸起结合，可以使减阻效果更为明显；与传统的月池减阻结构相比，这种减阻装置建造工艺简单，同时装置的整体结构也不会影响钻井船设备的日常操作。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明钻井船月池减阻装置的结构示意图。
图2为图1中阻尼室的具体结构示意图。
图3为各时间段内月池内部的涡量场分布图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
本实施例钻井船月池减阻装置，如图1所示，船体具有一垂向贯通式开口，进而形成月池1；在所述月池1的前侧壁的下部设有与月池1内侧壁配合的延伸凸起2，延伸凸起2长度不超过月池1长度的1/5，月池1的后侧壁设有与月池1内侧壁配合的阻尼室3，阻尼室3长度不超过月池1长度的1/5。
阻尼室3的具体结构，如图2所示，包括顶板31、底板32、连接顶板31与底板32两侧的侧板33及连接顶板31、底板32和侧板33的前板34，前板34上自上而下等间距开有沿顶板31长度方向延伸的方形孔35，且前板34远离月池1后侧壁设置；阻尼室3内还设有若干个等间距分布且沿顶板长度方向延伸的带有圆孔的阻尼板36，且孔的分布规律为交错分部，即相邻阻尼板上的圆孔轴线互不重合，而是相距一个圆孔直径的距离。方形孔35位于相邻两阻尼板36之间，相邻两阻尼板36之间的距离约为船体型深的1/5；如图1所示，底板32由月池1内侧壁外端向内端倾斜向上设置，倾斜角度为20～30°，使底板32与月池1内侧壁之间形成一个楔形切口4，且底板32上也设置有圆孔。
阻尼板36上的圆孔直径一致，且圆孔为交错分布，即相邻阻尼板36上的圆孔轴线互不重合，而是相距一个圆孔直径的距离。
采用阻尼室3进行减阻时，由图3可以看出，从导边处运输而来的漩涡在随边处发生分离，一部分进入艉部流场，另一部分经过楔形切口4后进入阻尼室3，然后在阻尼板的作用下发生能量耗散，最后通过方形孔与阻尼室外的流体进行自由交换，从而降低了月池中部大涡的强度。
为了突出本月池减阻装置的减阻效果，将带有阻尼室的钻井船有效功率与不带任何减阻装置的钻井船有效功率进行对比，对比结果见下表：
由上表可以看出，本实施例的阻尼室具有一定的减阻效果，其减阻量约为3%左右。
本实施例钻井船月池减阻装置，当月池导边处的漩涡输运到随边后，由于楔形切口4的阻挡和引流的作用，部分漩涡被引入艉部流场，而剩下那部分漩涡进入阻尼室进行能量耗散，然后再一次回月池内部，整个过程需要维持内外自由液面在同一高度，防止钻井船的稳性发生恶化。延伸凸起2设置在月台前壁，这部分凸起可减少月池中部水体的振荡幅值，进而阻尼室与延伸凸起结合，可以使减阻效果更为明显，且这种减阻装置建造工艺简单，同时减阻装置整体结构也不会影响钻井船设备日常操作。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种钻井船月池减阻装置，所述船体具有一垂向贯通式开口，进而形成月池；其特征在于：在所述月池的前侧壁的下部设有与月池内侧壁配合的延伸凸起，所述延伸凸起的长度不超过月池长度的1/5；月池的后侧壁设有与月池内侧壁配合的阻尼室，所述阻尼室长度不超过月池长度的1/5；所述阻尼室包括顶板、底板、连接顶板与底板两侧的侧板及连接顶板、底板和侧板的前板，所述前板上自上而下等间距开有沿顶板长度方向延伸的方形孔，且前板远离月池后侧壁设置；所述阻尼室内还设有若干个等间距分布且沿顶板长度方向延伸的带有圆孔的阻尼板，且方形孔位于相邻两阻尼板之间；所述底板由月池内侧壁外端向内端倾斜向上设置，使底板与月池内侧壁之间形成一个楔形切口，且底板上也设置有圆孔。
2.根据权利要求1所述的钻井船月池减阻装置，其特征在于：所述阻尼板上的圆孔直径一致，且圆孔为交错分布，即相邻阻尼板上的圆孔轴线互不重合，而是相距一个圆孔直径的距离。
3.根据权利要求1或2所述的钻井船月池减阻装置，其特征在于：所述相邻两阻尼板之间的距离为船体型深的1/10～1/5。
4.根据权利要求1所述的钻井船月池减阻装置，其特征在于：所述底板由月池内侧壁外端向内端倾斜向上设置，倾斜角度为20～30°。
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