CN204716149U - 一种非对称开孔十字叶轮涡激振动抑制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种非对称开孔十字叶轮涡激振动抑制装置，其基本单元由上、下两个对称的旋转组件和十字叶轮组件构成。旋转组件由内圈和外圈嵌装组合而成，十字叶轮组件由套筒及沿其周向均匀分布的两块短叶轮和两块长叶轮组成，且短叶轮上开有导流孔。受水流冲击后，十字叶轮组件因长、短叶轮受力不均发生往复旋转，同时流体穿过导流孔扰乱了近壁面边界层，且长叶轮分割了尾流旋涡的发展空间，在旋转、导流、分割三重作用下，实现涡激振动的抑制。本实用新型十字叶轮组件由塑料一次加工成型，成本低、耐腐蚀，可重复使用。

Description

一种非对称开孔十字叶轮涡激振动抑制装置

技术领域

本实用新型属于海洋立管设施铺设技术领域，具体涉及一种非对称开孔十字叶轮涡激振动抑制装置。

背景技术

目前，我国油气消耗日益增长，陆上油气资源的供给已经无法满足当前的消费需求。尽管我国管辖海域内的油气资源十分丰富，但海洋油气开发力度还不高，开发技术还不够成熟，造成了过高的油气对外依存度，严重阻碍了国民经济的发展。因此，加快海洋油气开发步伐，尤其是提升深水油气开发技术和安全保障，是解决这一问题的根本措施。深水油气开发必然会涉及到隔水管、立管和海底管道等管线，造价占整个深海钻采输系统的一半以上，这些管线能否在恶劣的海洋环境中正常工作是决定深海油气开发的关键因素。当海水流经海洋管线时，由于绕流边界层分离，会在管线两侧形成交替脱落的漩涡，诱发管线振动。而随着开发深度的增加，海洋管线的长径比越来越大，管线柔性随之增大，由涡激振动引起的管线疲劳失效机率越来越高。一旦管线失效，不仅会引起重大的安全事故，还会对周围海洋生态环境造成不可逆转的破坏。

为减少或防止涡激振动造成的破坏，延长管线的使用寿命，需要在管线上安装涡激振动抑制装置，通过改变管线表面形状或者安装附属装置以改变流场。大多数涡激振动抑制装置是固定在海洋管线表面的，不能旋转，无法自适应各个方向来流的振动抑制，如果抑制装置能够实现自动旋转，将更适用于复杂多变的海洋环境。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是针对现有海洋管线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、现场安装方便的能够应对任意方向来流的非对称开孔十字叶轮涡激振动抑制装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种非对称开孔十字叶轮涡激振动抑制装置，由多个基本单元沿海洋立管轴线方向串列组合而成，所述的基本单元包括上、下两个对称的旋转组件和一个十字叶轮组件。旋转组件包括内圈和外圈；内圈由对称的两半环钢质构件组成，其外侧面加工有外凸圆环，每一半环构件上表面两端加工有一对耳夹，耳夹中开有螺栓孔；内圈从两侧套装在立管上，通过螺栓连接固定；外圈也由对称的两半环钢质构件组成，每一半环构件外侧面正中位置设有插片，内侧面加工有与内圈的外凸圆环对接的凹槽，凹槽的直径大于外凸圆环直径，每一半环构件上表面两端同样加工有一对耳夹，耳夹中开有螺栓孔；外圈从两侧套装在内圈外侧，通过螺栓连接固定，并使外凸圆环和凹槽对接。十字叶轮组件包括两块短叶轮、两块长叶轮和一个套筒，系一体加工成型；两块短叶轮和两块长叶轮沿周向均匀布置在套筒外侧，两块短叶轮间的夹角为90°，两块长叶轮间的夹角也为90°；两块短叶轮垂向开有两列均匀布置的导流孔，短叶轮和长叶轮头端均经过切削磨尖处理；在套筒上、下两端位于一对短叶轮和长叶轮的内侧开有与外圈外表面插片相对应的插槽，将外圈的插片插入套筒的插槽实现十字叶轮组件的固定与轴向限位。

上述技术方案中，所述的短叶轮的长度为立管外径D的1～1.5倍，长叶轮的长度为立管外径D的2～4倍。

本实用新型由于采用以上技术方案，其具有以下优点：

1、本实用新型可实现自动旋转，能够避免在海洋立管后方形成周期性旋涡，适用于流向频繁变化的海洋环境，增长了海洋立管的使用寿命；

2、本实用新型的套筒、短叶轮和长叶轮均由塑料一体成型制成，成本低，安装简便，耐腐蚀，能为立管提供一定的浮力。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图

图2为本实用新型旋转组件结构示意图

图3为本实用新型一半内圈与外圈的结构示意图

图4为本实用新型十字叶轮组件结构示意图

其中：1.立管；2.内圈；3.外圈；4.耳夹；5.螺栓孔；6.插片；7.套筒；8.短叶轮；9.长叶轮；10.导流孔；11.插槽；12.外凸圆环；13.凹槽。

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：

如图1所示，一种非对称开孔十字叶轮涡激振动抑制装置，由多个基本单元沿海洋立管轴线方向串列组合而成，所述的基本单元包括上、下两个对称的旋转组件和一个十字叶轮组件。如图2、3所示，旋转组件包括内圈2和外圈3；内圈2由对称的两半环钢质构件组成，其外侧面加工有外凸圆环12，每一半环构件上表面两端加工有一对耳夹4，耳夹4中开有螺栓孔5；内圈2从两侧套装在立管1上，通过螺栓连接固定；外圈3也由对称的两半环钢质构件组成，每一半环构件外侧面正中位置设有插片6，内侧面加工有与内圈2的外凸圆环12对接的凹槽13，凹槽13的直径大于外凸圆环12直径，每一半环构件上表面两端同样加工有一对耳夹4，耳夹4中开有螺栓孔5；外圈3从两侧套装在内圈2外侧，通过螺栓连接固定，并使外凸圆环12和凹槽13对接。如图4所示，十字叶轮组件包括两块短叶轮8、两块长叶轮9和一个套筒7，系一体加工成型；两块短叶轮8和两块长叶轮9沿周向均匀布置在套筒7外侧，两块短叶轮8间的夹角为90°，两块长叶轮9间的夹角也为90°；两块短叶轮8垂向开有两列均匀布置的导流孔10，短叶轮8和长叶轮9头端均经过切削磨尖处理；在套筒7上、下两端位于一对短叶轮8和长叶轮9的内侧开有与外圈3外表面插片6相对应的插槽11，将外圈3的插片6插入套筒7的插槽11实现十字叶轮组件的固定与轴向限位。

其中，所述的短叶轮8的长度为立管1外径D的1～1.5倍，长叶轮9的长度为立管1外径D的2～4倍。

实施例：

安装本装置的基本单元时，首先安装下方的旋转组件，将每半内圈2的外凸圆环12嵌套入对应的一半外圈3的凹槽13，然后将两半组件从两侧套装在立管1上，用螺栓连接固定。接着，将十字叶轮组件套入立管1，并使外圈3上插片6插入套筒7下端的插槽11。最后，安装上方的旋转组件，在十字叶轮组件的上方，将每半内圈2的外凸圆环12嵌套入对应的一半外圈3的凹槽13，然后将两半组件从两侧套装在立管1上，用螺栓连接固定，并将该旋转组件整体向下平移，使外圈3上插片6插入套筒7上端的插槽11。

待所有的基本单元沿立管1轴向安装完成后，将立管1置于海水中，海水冲击在十字叶轮组件上时，由于短叶轮8和长叶轮9受力大小不同，会产生一个绕立管1管轴的转动力矩，使得套筒7带动两块短叶轮8和两块长叶轮9一起绕立管1旋转。待对称的一块短叶轮8和一块长叶轮9转到与来流方向垂直时，会产生与之前相反的转动力矩，从而造成逆向旋转，直到另一对短叶轮8和长叶轮9与来流方向垂直，并再次逆向旋转。因此，十字叶轮组件会出现往复的旋转摆动，扰乱绕流边界层。另外，短叶轮8上开有导流孔10，流体穿过导流孔10进一步扰乱了近壁面边界层，且长叶轮9分割了尾流旋涡的发展空间，抑制了旋涡的脱落。在本装置旋转、导流、分割三重作用下，可以实现立管1的涡激振动抑制。

Claims (2)

1.一种非对称开孔十字叶轮涡激振动抑制装置，由多个基本单元串列组合而成，其特征在于：所述的基本单元包括上、下两个对称的旋转组件和一个十字叶轮组件；十字叶轮组件包括两块短叶轮(8)、两块长叶轮(9)和一个套筒(7)，系一体加工成型；两块短叶轮(8)和两块长叶轮(9)沿周向均匀布置在套筒(7)外侧，两块短叶轮(8)间的夹角为90°，两块长叶轮(9)间的夹角也为90°；两块短叶轮(8)垂向开有两列均匀布置的导流孔(10)，短叶轮(8)和长叶轮(9)头端均经过切削磨尖处理；在套筒(7)上、下两端位于一对短叶轮(8)和长叶轮(9)的内侧开有与外圈(3)外表面插片(6)相对应的插槽(11)，将外圈(3)的插片(6)插入套筒(7)的插槽(11)实现十字叶轮组件的固定与轴向限位。

2.如权利要求1所述的一种非对称开孔十字叶轮涡激振动抑制装置，其特征在于：短叶轮(8)的长度为立管(1)外径D的1～1.5倍，长叶轮(9)的长度为立管(1)外径D的2～4倍。