CN111720068A - 网状柔性立管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种网状柔性立管。本发明包括居中设置的竖直立管和在其周围设置的网状缠绕式立管，所述网状缠绕式立管包括若干邻接的波浪线型立管，相邻波浪线型立管外壁存在贴合点但内部通道相离，各波浪线型立管均匀环绕在竖直立管周围。本发明网状缠绕结构可使整个柔性立管既能承受较高压力，又能保持弯曲柔性，与传统的单根柔性立管相比抗拉伸能力更强且柔性更好，多根立管同时抵抗波浪、流荷载的作用。同时，本发明还可在立管端部设置压力传感器，立管与立管之间有足够大的间隙以供海水流过，在保证了强度和刚度的情况下减轻了海流对立管的阻力，可以达到保护立管、保证经济效益的目的。

Description

网状柔性立管
技术领域
本发明涉及深海油气开采技术领域，尤其涉及一种网状柔性立管。
背景技术
在海洋油气资源的开采及运输过程中，柔性立管以其易弯曲、防腐蚀、方便铺设和可回收等优点占据了立管的主要市场。但是近年来，随着油气开发逐步向深海发展，立管的长细比可以达到1000甚至更高。在深水立管的应用过程中，由于海洋中波浪、流荷载的长期作用和立管本身的应力弯曲，立管容易产生弯曲过度和疲劳断裂等问题，造成重大的经济损失和环境破坏。
为了解决现有的立管存在的问题，公告号为CN201635671U的《一种抑制细长柔性立管涡激振动的被动型流动控制装置》公开的技术方案在立管周向以等间隔90°布置四根控制杆，增设的控制杆在立管外沿轴向等间隔间断分布，总体覆盖率为立管总长的40％。公告号为CN206368688U的《一种球网式海洋立管涡激振动抑制与防碰撞装置》公开的技术方案由一张球网和两个紧箍构成，整张球网固定于海洋立管外壁面，考虑如今海洋立管群柱之间的防碰问题。公告号为CN111075801A的《一种海洋立管螺旋型扰流抑振装置》公开的技术方案中立管的外表面嵌套有依次连接的多段立管套筒，能够有效抑制海洋立管发生涡激振动，具有全向性抑振效率良好，同时阻力性能良好的特点。公告号为CN111232142A的《一种顶张式立管横向柔性支撑结构》公开的技术方案中，横向柔性支撑结构能够减小立管与平台的相对水平位移，避免立管与平台结构的干涉碰撞，同时能降低立管在支撑结构处的弯矩。
综上，现有技术主要是通过改变立管表面形状以及在立管表面附加其他装置，例如通过设置螺旋条纹、整流罩和控制杆等来减少涡的产生，在源头上抑制和减小涡激振动。普遍存在成本高、加工复杂、加重立管整体负担、安装不便、现场实施操作繁琐等不足。虽然一定程度上抑制和减小了涡激振动对深海细长柔性立管的工程危害，但是由于传统深水浮式平台在外部环境载荷作用下一般会产生较大的水平(横向)位移，立管由于顶部随着平台的运动而运动，但其底部固定不动，所以立管仍然容易产生疲劳破坏。因此，现有装置在使用范围和效果上存在很大局限性。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种网状柔性立管。本发明采用的技术手段如下：
一种网状柔性立管，包括居中设置的竖直立管和在其周围设置的网状缠绕式立管，所述网状缠绕式立管包括若干邻接的波浪线型立管，相邻波浪线型立管外壁存在贴合点但内部通道相离，各波浪线型立管均匀环绕在竖直立管周围。
进一步地，各波浪线型立管规格相同，相邻波浪线型立管之间波峰与波峰相邻，波谷与波谷相邻，形成的镂空间隙为凸四边形或椭圆形。
进一步地，所述竖直立管与网状缠绕式立管之间存在间隙，即竖直立管的外径小于网状缠绕式立管的内径。
进一步地，所述网状缠绕式立管距离中心竖直立管一倍管径间距呈圆周缠绕式分布，相邻网状立管之间空隙大于一倍管径间距，设置的间距用于海水流过时不会过度冲压中心立管，减少海流对立管的阻力。
进一步地，所述竖直立管的顶端与各波浪线型立管的顶端共面，顶面存在控制阀门和若干压力传感器，各波浪线型立管均独立设有与其对应的阀门和压力传感器，所述压力传感器用于对立管进行损伤定位。
进一步地，所述压力传感器采用应变指标，分别采集无损伤工况下海洋立管各测点单元的应变时程，以及损伤工况下海洋立管各测点单元的应变时程。对比求取不同损伤工况下，海洋立管各测点单元的损伤指标，根据损伤指标进行损伤定位。
本发明具有以下优点：
1、网状缠绕结构可使整个柔性立管既能承受较高压力，又能保持弯曲柔性，与传统的单根柔性立管相比抗拉伸能力更强且柔性更好，多根立管同时抵抗波浪、流荷载的作用。
2、在立管端部设置了压力传感器，用来对每根立管进行损伤定位，一旦发生破坏，立即关闭此根立管的阀门，而其余立管仍可正常工作。立管与立管之间有足够大的间隙以供海水流过，在保证了强度和刚度的情况下减轻了海流对立管的阻力，可以达到保护立管、保证经济效益的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体结构示意图。
图2为本发明主视图。
图3为本发明俯视图。
图中：1、柔性立管；2、压力传感器；3、控制阀门。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1～3所示，本发明实施例公开了一种网状柔性立管1，包括居中设置的竖直立管和在其周围设置的网状缠绕式立管，所述网状缠绕式立管包括若干邻接的波浪线型立管，相邻波浪线型立管外壁存在贴合点但内部通道相离，各波浪线型立管均匀环绕在竖直立管周围。所述相邻立管管壁之间通过焊接相连。
各波浪线型立管规格相同，可为带有一定弧度的波浪线形或是直波浪线形，相邻波浪线型立管之间波峰与波峰相邻，波谷与波谷相邻，形成的镂空间隙为凸四边形或椭圆形，图示为菱形。
所述竖直立管与网状缠绕式立管之间存在间隙，即竖直立管的外径小于网状缠绕式立管的内径。本实施例中，所述网状缠绕式立管距离中心竖直立管一倍管径间距呈圆周缠绕式分布，相邻网状立管之间空隙略大于一倍管径间距，设置的间距用于海水流过时不会过度冲压中心立管，减少海流对立管的阻力。结构中每一根立管都是互相独立的，并且立管与立管之间有足够大的间隙供海水流过，在保证了强度和刚度的情况下减轻了海流对立管的阻力，可以达到保护立管、保证经济效益的目的。
所述竖直立管的顶端与各波浪线型立管的顶端共面，顶面存在控制阀门3和若干压力传感器2，各波浪线型立管均独立设有与其对应的阀门和压力传感器，所述压力传感器用于对立管进行损伤定位。
所述压力传感器采用应变指标，分别采集无损伤工况下海洋立管各测点单元的应变时程，以及损伤工况下海洋立管各测点单元的应变时程。对比求取不同损伤工况下，海洋立管各测点单元的损伤指标，根据损伤指标进行损伤定位，一旦发生破坏，控制系统接收到压力传感器传递的数据，此根立管的阀门立刻会被关闭，而其余立管仍可正常工作。
现有单根立管除了上下端有连接固定外，其余部分没有任何固定和支撑，遭受恶劣海洋环境时，极大可能发生断裂破坏。因而，与单根立管相比，本申请提供的网状立管可以同时提供抗力承载，使得结构更加牢固，从而减少涡激振动造成的立管疲劳破坏，延长立管的使用寿命。将传统柔性立管设置成网状缠绕结构，可使整个柔性立管既能承受较高压力，又能保持弯曲柔性，与传统的单根柔性立管相比抗拉伸能力更强且柔性更好。
现有涡激振动抑制的技术，包括整流罩、螺旋条纹和导流板等抑制装置，其缺点主要有以下几个方面：1)这些抑制装置在海流的作用下易发生脱落，不易维护，一旦损坏，对经济效益损伤巨大；2)螺旋条纹的抑制效果受螺距，螺纹头数目、长度的影响较大，增加了设计难度；3)导流板需要随着来流方向旋转，设计复杂，限制了其在深水中的应用，且使用寿命较短。因而，与现有技术相比，所述网状立管设计简洁，且不受水深影响，即使发生破坏，其余立管仍可正常独立工作，极大程度的保证了经济效益。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种网状柔性立管，其特征在于，包括居中设置的竖直立管和在其周围设置的网状缠绕式立管，所述网状缠绕式立管包括若干邻接的波浪线型立管，相邻波浪线型立管外壁存在贴合点但内部通道相离，各波浪线型立管均匀环绕在竖直立管周围。
2.根据权利要求1所述的网状柔性立管，其特征在于，各波浪线型立管规格相同，相邻波浪线型立管之间波峰与波峰相邻，波谷与波谷相邻，形成的镂空间隙为凸四边形或椭圆形。
3.根据权利要求1所述的网状柔性立管，其特征在于，所述竖直立管与网状缠绕式立管之间存在间隙，即竖直立管的外径小于网状缠绕式立管的内径。
4.根据权利要求1或3所述的网状柔性立管，其特征在于，所述网状缠绕式立管距离中心竖直立管一倍管径间距呈圆周缠绕式分布，相邻网状立管之间空隙大于一倍管径间距，设置的间距用于海水流过时不会过度冲压中心立管，减少海流对立管的阻力。
5.根据权利要求1所述的网状柔性立管，其特征在于，所述竖直立管的顶端与各波浪线型立管的顶端共面，顶面存在控制阀门和若干压力传感器，各波浪线型立管均独立设有与其对应的阀门和压力传感器，所述压力传感器用于对立管进行损伤定位。
6.根据权利要求5所述的网状柔性立管，其特征在于，所述压力传感器采用应变指标，分别采集无损伤工况下海洋立管各测点单元的应变时程，以及损伤工况下海洋立管各测点单元的应变时程。对比求取不同损伤工况下，海洋立管各测点单元的损伤指标，根据损伤指标进行损伤定位。
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