CN201391712Y - 一种水下管线涡激振动的抑制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种水下管线涡激振动的抑制装置，其特征在于：它包括一主管线，在所述主管线的周向间隔120°设置三根控制杆，所述三根控制杆通过间隔设置的环套平行固定在所述主管线上。本实用新型可以在很大程度上克服单根控制杆对来流方向敏感的问题，具有较强的抗疲劳性，在实际工况中更为可靠。本实用新型的控制杆可以直接使用主管线附近现有的附属管线，充分利用现有的设备，极大地节约了资金和能耗。本实用新型可以广泛用于各种流向频繁发生变化的深海环境，因此增加了它在工程上的适用范围。本实用新型可以广泛用于各种水下管线的涡激振动抑制过程中。
Description
技术领域
本发明涉及一种海洋石油过程中水下管线涡激振动的抑制装置。
背景技术
深海采油系统中有众多的细长圆柱形结构物，如钻井隔水套管、采油立管和悬跨输液管线等，它们的总造价超过整个深海采油系统的百分之五十。当海水以一定流速流经这些管线时，管线两侧的边界层分离点附近会产生交替的涡旋脱落，从而在管线表面形成周期性的脉动作用力，进而使管线在横向方向以及沿水流的方向产生振动，这样的振动通常称之为涡激振动。此时如果涡旋脱落的频率接近管线的自振频率，管线结构会发生近似共振的大幅值振动。涡激振动是导致海洋管线等发生结构失稳以及疲劳破坏的主要因素。近几十年来，国内外因海洋管线系统破坏造成的油气田停产、海域大面积污染的事件已达数百起，不但带来了巨大的经济损失，而且破坏了海洋生态环境。为减少和防止涡激振动造成的破坏作用，增加海洋管线的使用寿命，通常在作业中使用涡激振动抑制装置。
现有的涡激振动抑制装置主要可分为主动抑制和被动抑制两类。相比于主动抑制方法将外部扰动引入流场从而抑制旋涡脱落，被动抑制不需外部动力能量和实时控制，它只需通过直接改变管线结构表面形状或者增加额外的装置以改变流场，从而消减旋涡的形成和发展。被动抑制方法历经几十年的发展，已经出现了如控制杆、飘带、突起、分隔板、螺旋条纹、轴向板条、回转导向翼和整流罩等等很多种形式的抑制装置。但这些装置需要制造单独的设备，造价高昂，并且将这些设备安装在水下管线上也是一项浩大的工程，因此在深海采油的复杂工况中各有其局限性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种设计、制造简单，安装快速，可对不同来流方向的流场产生的涡激振动进行抑制的水下管线涡激振动的抑制装置。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种水下管线涡激振动的抑制装置，其特征在于：它包括一主管线，在所述主管线的周向间隔120°设置三根控制杆，所述主管线上沿管长方向每隔一段距离固定一套环，在所述套环上固定所述控制杆。
所述套环包括一分成两半、且通过螺栓固定连接在所述主管线上的主管线环套，在所述主管线环套的周向通过支撑杆间隔120°设置三个控制杆环套。
所述控制杆与所述控制杆环套之间，设置有密封固定材料。
所述主管线与所述主管线环套之间，设置有密封固定材料。
所述控制杆为主管线附近已安装的附属管线。
所述附属管线为节流管线、压井管线和增压管线中的一种以上。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于使用三根控制杆等分圆周布置，因此可以保证来流方向与控制杆之间的夹角不会超过60°，使得边界层分离点上游和下游流场中总能存在一到两根控制杆，在很大程度上克服了单根控制杆对来流方向敏感产生负作用的问题，使得对于不同来流方向都能够有效地抑制主管线的涡激振动。2、本发明能够充分利用主管线附近已经安装的节流、压井和增压等附属管线，将其作为不同位置上的控制杆，充分利用了现有的设备，极大地节约了资金和能耗。3、本发明只需在主管线上每隔一定距离安装一对套环，并将三条附属管线平行地固定在主管线周围，因此制造简单安装容易；特别是由于这些附属管线自身都具有较强的抗疲劳性能，因此作为控制杆使用在实际工况中更为可靠。本发明可以适应流向频繁发生变化的深海环境，因此增加了它在工程上的适用范围。
附图说明
图1是本发明装置立体结构示意图
图2是本发明装置的俯视示意图
图3是本发明装置中套环立体结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
现有技术中涡激振动的抑制装置是在主管线上设置单根控制杆对处于流场中的主管线产生的涡激振动进行抑制。控制杆是一种直径比主管线小的细圆管。由现有的研究成果可知，若来流方向一定，通过将其放置在靠近主管线的平行位置就能够改变流场结构，起到抑制涡激振动的作用。控制杆的直径在一定范围内时，其抑制性能主要受主管线和控制杆之间的间距以及来流角β的影响，其中来流角β是主要因素。来流角β是横剖面上，来流方向和控制杆到主管线圆心方向的夹角。在来流角β不同的位置上控制杆的抑制性能可能会急剧降低，甚至会增加主管线上的流体力，这说明控制杆对来流方向非常敏感，仅对特定来流方向上产生的涡激振动具有较好的抑制作用。
如图1、图2所示，本发明的主导思想是在现有的单根控制杆抑制思想的基础上，进一步提出在主管线1采用三根控制杆2的涡激振动抑制装置。本发明在主管线1的周向等分间隔120°夹角α布置三根控制杆2，因此从横剖面看，水流的来流方向与控制杆2的夹角β不会超过60°。这使得边界层分离点上游和下游流场中总能存在一到两根控制杆2，三条控制杆2的综合作用，令整个系统在较大范围的来流方向上都对涡激振动具有良好的抑制性能。另外上游的控制杆2能够改变入射流场，扩散边界层分离线，下游的控制杆2能够改变尾流场，扩散集中涡，起到阻止卷吸层的相互作用。这样的设置对来流方向具有了更强的适应性，从而可以在很大程度上克服单根控制杆2对来流方向敏感的问题。
本发明装置是在主管线1上沿管长方向每隔一段距离固定一套环3，在套环3上固定三根控制杆2。主管线1是深海采油系统中的钻井隔水套管、采油立管和悬跨输液管等管线设施，套环3紧密固定在主管线1上，不能转动和移动(后面的结构要保证这一点)。控制杆2可直接使用在主管线1附近已经安装的节流、压井和增压等附属管线，而无需特别设置新的控制杆2。附属管线具有较强的抗疲劳特性，其直径通常小于主管线1直径的0.2倍。
如图3所示，本发明的套环3包括分为两部分通过螺栓连接的主管线环套31、32，三根呈120°夹角连接在环套3周围的支撑杆33，以及三个连接在支撑杆33上的控制杆环套34。将两部分主管线环套31、32用螺丝35紧固连接在主管线1上，将三根控制杆2分别穿过三个控制杆环套34，或者将三个控制杆环套34也分别设置成可打开的结构，以方便连接作为控制杆的附属管线。为了连接牢固，各环套与套内的管线可以填入高强度膨胀材料。
上述实施例和附图仅为说明本发明而列举，在本发明技术方案基础上进行的改进和等同替换均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (7)
1、一种水下管线涡激振动的抑制装置，其特征在于：它包括一主管线，在所述主管线的周向间隔120°设置三根控制杆，所述主管线上沿管长方向每隔一段距离固定一套环，在所述套环上固定所述控制杆。
2、如权利要求1所述的一种水下管线涡激振动的抑制装置，其特征在于：所述套环包括一分成两半、且通过螺栓固定连接在所述主管线上的主管线环套，在所述主管线环套的周向通过支撑杆间隔120°设置三个控制杆环套。
3、如权利要求2所述的一种水下管线涡激振动的抑制装置，其特征在于：所述控制杆与所述控制杆环套之间，设置有密封固定材料。
4、如权利要求2所述的一种水下管线涡激振动的抑制装置，其特征在于：所述主管线与所述主管线环套之间，设置有密封固定材料。
5、如权利要求3所述的一种水下管线涡激振动的抑制装置，其特征在于：所述主管线与所述主管线环套之间，设置有密封固定材料。
6、如权利要求1或2或3或4或5所述的一种水下管线涡激振动的抑制装置，其特征在于：所述控制杆为主管线附近已安装的附属管线。
7、如权利要求6所述的一种水下管线涡激振动的抑制装置，其特征在于：所述附属管线为节流管线、压井管线和增压管线中的一种以上。
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| CN106958426A (zh) * | 2017-03-03 | 2017-07-18 | 中国石油大学(华东) | 装配旋转叶轮的可旋海洋立管涡激振动抑制装置及方法 |
| CN108331702A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-07-27 | 江苏科技大学 | 一种用于海上养殖场的涡激振动发电装置 |
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2008
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