CN203515368U - 一种粗糙波状表面的立管涡激振动抑制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种粗糙波状表面的立管涡激振动抑制装置，由多个基本单元沿海洋立管轴线方向串列组合而成，所述的基本单元由两半对称的塑料质波状半圆筒组成。波状半圆筒为实心构造，外表面为起伏的波浪形，波峰与波谷处沿周向分别均匀分布有半椭球形凸起和半椭球形凹坑。波状表面使绕流呈三维掺混，而其粗糙表面则扰乱了近壁处流场，在粗糙波状表面的影响下，漩涡的形成与发展得到了有效的抑制，从而实现了涡激振动的抑制。本实用新型可以应对不同方向来流，成本低，不易腐蚀和损坏，能够重复使用。

Description

一种粗糙波状表面的立管涡激振动抑制装置

技术领域

本实用新型属于海洋立管设施铺设技术领域，具体涉及一种粗糙波状表面的立管涡激振动抑制装置。

背景技术

海洋石油工业已经将目光聚焦于石油资源丰富的深海区域。作为连接平台与水下井口的关键部件，立管在深海环境条件下的安全稳定性至关重要。随着开发作业水深的不断攀升，立管的长径比越来越大，犹如一根面条悬挂在海水中。在波浪、海流的作用下，立管背流侧会出现周期性脱落的漩涡，引发立管的振动，称为涡激振动。当漩涡的脱落频率与立管的固有频率相当时，即会引起共振，造成立管振动幅度大幅增加，极易造成疲劳损伤。一旦立管失效，管内油气流将不可避免地漏入海洋，造成严重的生态环境破坏。因此，研发有效抑制海洋立管涡激振动的装置刻不容缓。

现有的立管涡激振动抑制装置主要通过添加一些附属结构，改变立管表面的形状，从而影响绕流流场，削弱周期性漩涡的形成和发展。目前，主要的抑制装置有螺旋列板、分离盘、整流罩、飘带等。其中，分离盘、整流罩、飘带不能应对任意方向来流，螺旋列板对来流方向的适应性较好，但它改变了海洋立管光滑的圆柱外形，增大了立管的水力直径，从而增大了海流对立管的拖曳力。因此，设计一种既能应对任意方向来流，又不增加立管拖曳力的涡激振动抑制装置很有必要。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是针对现有海洋立管涡激振动抑制装置存在的不足，提供一种结构简单，性能可靠，现场安装方便，适应现实海洋环境的粗糙波状表面的立管涡激振动抑制装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种粗糙波状表面的立管涡激振动抑制装置由多个基本单元沿海洋立管轴线方向串列组合而成，所述的基本单元由两半对称的塑料质波状半圆筒组成。波状半圆筒为实心构造，内表面为圆柱面。波状半圆筒的外表面为起伏的波浪形，其沿轴向的轮廓线为两个周期的正弦曲线。在波状半圆筒外表面的两个波峰处，沿周向都均匀分布有半椭球形凸起，每两个半椭球形凸起的间距为45°，半椭球形凸起的长轴与立管轴线方向平行，波状半圆筒的两侧边线刚好将两个半椭球形凸起沿长轴切开。在波状半圆筒外表面两个波峰之间的波谷处，沿周向均匀分布有半椭球形凹坑，每两个半椭球形凹坑的间距为45°，半椭球形凹坑的长轴与立管轴线方向平行，波状半圆筒的两侧边线刚好将两个半椭球形凹坑沿长轴切开。两个波状半圆筒两侧的两端均设有螺栓孔，通过螺栓连接，将两个波状半圆筒从两侧安装固定在立管上。

本实用新型还包括：

1、基本单元的内径与立管的外径D相同，基本单元的高度H为4D～6D，基本单元外表面的波长L为H/2，波高h为0.1D～0.15D，波谷处的厚度b为0.06D～0.09D。

本实用新型由于采取以上技术方案，具有以下优点：

1、本装置设有波状外表面，使得绕流场沿管轴方向分布不均，呈现三维掺混效果，有效破坏了漩涡的形成；

2、本装置在光滑波状外表面的波峰和波谷处分别设有半椭球形凸起和半椭球形凹坑，使表面变得粗糙，可以扰乱近壁处流场，增强扰流效果；

3、本装置由塑料整体加工制成，成本低，不易腐蚀和损坏，可以重复使用；

4、本装置的半椭球形凸起和半椭球形凹坑尺寸相同，其具体尺寸以及基本单元间的间距可根据实际情况确定，以达到最佳的抑制效果。

附图说明

图1为本实用新型立体结构示意图

图2为本实用新型波状半圆筒示意图

图3为本实用新型轴向中剖面示意图

图4为本实用新型外表面波峰处横截面示意图

图5为本实用新型外表面波谷处横截面示意图

其中：1. 立管；2. 波状半圆筒；3. 半椭球形凸起；4. 半椭球形凹坑；5. 螺栓孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施作进一步描述。

本实用新型是由多个基本单元沿海洋立管1轴线方向串列组合而成，如图1、图2所示，所述的基本单元由两半对称的塑料质波状半圆筒2组成。波状半圆筒2为实心构造，内表面为圆柱面。波状半圆筒2的外表面为起伏的波浪形，其沿轴向的轮廓线为两个周期的正弦曲线。

如图2、图3、图4所示，在波状半圆筒2外表面的两个波峰处，沿周向都均匀分布有半椭球形凸起3，每两个半椭球形凸起3的间距为45°，半椭球形凸起3的长轴与立管1轴线方向平行，波状半圆筒2的两侧边线刚好将两个半椭球形凸起3沿长轴切开。

如图2、图3、图5所示，在波状半圆筒2外表面两个波峰之间的波谷处，沿周向均匀分布有半椭球形凹坑4，每两个半椭球形凹坑4的间距为45°，半椭球形凹坑4的长轴与立管1轴线方向平行，波状半圆筒2的两侧边线刚好将两个半椭球形凹坑4沿长轴切开。

如图2所示，两个波状半圆筒2两侧的两端均设有螺栓孔5，通过螺栓连接，将两个波状半圆筒2从两侧安装固定在立管1上。

具体实施例：

根据实际立管1的长径比和当地海洋波浪、海流的常年统计信息，设计合理的基本单元间距和基本单元在立管1上的覆盖率，计算出需要的基本单元个数n，即波状半圆筒2的个数为2n。

安装单个基本单元时，只需要将两半波状半圆筒2从立管1两侧对合卡抱在立管1上，并利用螺栓安装固定。随后，按照同样的安装方法串列安装剩余的基本单元。装置安装完毕后，将立管1放入海水中。装置的波状外表面，使得绕流场沿立管1的管轴方向分布不均，呈现三维掺混效果，有效破坏了漩涡的形成；同时波状外表面的波峰和波谷处设有的半椭球形凸起和半椭球形凹坑，使表面变得粗糙，扰乱了近壁处流场，增强了扰流效果。在粗糙波状表面的影响下，漩涡的形成与发展得到了有效的抑制，从而实现了涡激振动的抑制。

Claims (2)

1.一种粗糙波状表面的立管涡激振动抑制装置，由多个基本单元沿海洋立管轴线方向串列组合而成，其特征在于：所述的基本单元由两半对称的塑料质波状半圆筒（2）组成；波状半圆筒（2）为实心构造，内表面为圆柱面；波状半圆筒（2）的外表面为起伏的波浪形，其沿轴向的轮廓线为两个周期的正弦曲线；在波状半圆筒（2）外表面的两个波峰处，沿周向都均匀分布有半椭球形凸起（3），每两个半椭球形凸起（3）的间距为45°，半椭球形凸起（3）的长轴与立管（1）轴线方向平行，波状半圆筒（2）的两侧边线刚好将两个半椭球形凸起（3）沿长轴切开；在波状半圆筒（2）外表面两个波峰之间的波谷处，沿周向均匀分布有半椭球形凹坑（4），每两个半椭球形凹坑（4）的间距为45°，半椭球形凹坑（4）的长轴与立管（1）轴线方向平行，波状半圆筒（2）的两侧边线刚好将两个半椭球形凹坑（4）沿长轴切开；两个波状半圆筒（2）两侧的两端均设有螺栓孔（5），通过螺栓连接，将两个波状半圆筒（2）从两侧安装固定在立管（1）上。

2.如权利要求1所述的一种粗糙波状表面的立管涡激振动抑制装置，其特征在于：所述的基本单元的内径与立管的外径D相同，基本单元的高度H为4D～6D，基本单元外表面的波长L为H/2，波高h为0.1D～0.15D，波谷处的厚度b为0.06D～0.09D。

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