CN207004441U - 一种表面设螺旋开槽和凸起的立管涡激振动抑制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种表面设螺旋开槽和凸起的立管涡激振动抑制装置，由两个表面糙化的半圆筒通过螺栓对接而成，圆筒表面开有围绕其中轴螺旋上升的螺旋凹槽，且在螺旋凹槽间的圆筒表面上设有与螺旋凹槽平行布置的球冠形表面凸起，表面凸起有两种尺寸，大表面凸起与小表面凸起依次间隔排列。部分海水经螺旋凹槽引流而发生空间上的转移，破坏了立管绕流边界层的三维结构；而表面凸起扰乱了立管表面的边界层，使脱落的旋涡支离破碎。在螺旋凹槽和表面凸起的共同作用下，使立管表面的绕流旋涡得到了抑制，从而实现了涡激振动的抑制。
Description
技术领域
本实用新型属于海洋立管安全服役技术领域，具体涉及一种表面设螺旋开槽和凸起的立管涡激振动抑制装置。
背景技术
海洋立管为海洋油气井采出流体的密闭输送提供了通道，是目前海洋矿产资源开采连接海床装备与海面设备的重要纽带。但其处于流动的海水环境中，承受着海洋波流的共同作用，海水流经立管时，会在立管表面形成边界层，并在背流侧产生周期性交替脱落的旋涡，从而施加周期性变化的流体作用力于立管，造成立管的振动，我们把这种由旋涡脱落引发的振动称为涡激振动。涡激振动的长期作用会引起立管疲劳损伤，尤其是当振动频率与立管自振频率相近时，将发生频率锁定，产生共振，使立管短时间内发生断裂失效，后果相当严重。因此，抑制立管涡激振动是保证海洋矿产资源安全开发的主要任务之一。
国内外学者基于涡激振动的形成机理，设计了诸多振动抑制装置，包括主动控制和被动控制两大类。两者的主要区别在于是否需要外界提供能量，主动控制需要消耗额外的能量来实现涡激振动的抑制，因此在实际海洋环境中使用还存在一定的困难。被动控制主要通过改变立管表面的形状来实现，不需要消耗额外的能量，较容易运用到实际海洋作业中。现有的被动控制装置包括整流罩、分离盘、螺旋列板等，其中整流罩和分离盘对来流方向十分敏感，只能位于立管背流侧才能实现振动的抑制效果；而螺旋列板螺旋缠绕在立管表面，对来流方向没有要求，但列板的存在增加了绕流的阻力，使得纵向的振动位移增加了。因此，仍需要设计出适用范围广、结构更合理的涡激振动抑制装置。
发明内容
针对上述问题，本实用新型提供一种结构简单、安装方便、对来流方向无要求的表面设螺旋开槽和凸起的立管涡激振动抑制装置。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种表面设螺旋开槽和凸起的立管涡激振动抑制装置，由两个表面糙化的半圆筒组成。表面糙化的半圆筒两侧边壁的两端各设有一个螺栓孔，两个表面糙化的半圆筒两端通过螺栓对接后卡抱于立管外表面，形成一个完整的圆筒，该圆筒的内径与立管的外径相等。圆筒表面开有围绕其中轴螺旋上升的螺旋凹槽，螺旋凹槽的剖面为圆冠形。在螺旋凹槽间的圆筒表面上设有与螺旋凹槽平行布置的球冠形表面凸起，沿圆筒表面呈螺旋上升布置的球冠形表面凸起有两种尺寸，大表面凸起与小表面凸起依次间隔排列。
所述的螺旋凹槽的螺距、大表面凸起与小表面凸起的尺寸可根据实际海洋工况条件确定。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本实用新型的螺旋凹槽具有导流作用，大小间隔的表面凸起具有扰流作用，两者共同作用下使立管绕流边界层的三维结构受到深度破坏。
2、本实用新型对来流方向无特殊要求，适应于流动方向频繁随机变化的海洋环境。
附图说明
图1为本实用新型装置整体结构示意图
图2为本实用新型装置结构拆分示意图
图3为本实用新型表面糙化的半圆筒平铺示意图
图4为本实用新型装置俯视图
其中：1、立管；2、表面糙化的半圆筒；3、螺栓孔；4、大表面凸起；5、小表面凸起；6、螺旋凹槽。
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、图2所示，一种表面设螺旋开槽和凸起的立管涡激振动抑制装置，由两个表面糙化的半圆筒2组成。表面糙化的半圆筒2两侧边壁的两端各设有一个螺栓孔3，两个表面糙化的半圆筒2两端通过螺栓对接后卡抱于立管1外表面，形成一个完整的圆筒，该圆筒的内径与立管1的外径相等。如图3所示，圆筒表面开有围绕其中轴螺旋上升的螺旋凹槽6，螺旋凹槽6的剖面为圆冠形。如图3、图4所示，在螺旋凹槽6间的圆筒表面上设有与螺旋凹槽6平行布置的球冠形表面凸起，沿圆筒表面呈螺旋上升布置的球冠形表面凸起有两种尺寸，大表面凸起4与小表面凸起5依次间隔排列。
具体实施例：
本装置安装十分方便，只需要将两个表面糙化的半圆筒2通过螺栓对接卡抱于立管1外壁即可。将安有本装置的立管1置于海水中，海流流经圆筒表面时，部分海水经螺旋凹槽6引流而发生空间上的转移，这部分海流会对立管1表面的绕流边界层产生影响，破坏其三维结构。同时，沿圆筒表面呈螺旋上升布置的表面凸起扰乱了立管1表面的边界层，间隔排列的大表面凸起4与小表面凸起5更是加强了对绕流的干扰，使绕流边界层无法充分发展，并使立管1表面脱落的旋涡支离破碎。因此，在螺旋凹槽6和表面凸起的共同作用下，使得立管1表面的绕流旋涡得到了抑制，从而实现了涡激振动的抑制。
Claims (1)
1.一种表面设螺旋开槽和凸起的立管涡激振动抑制装置，由两个表面糙化的半圆筒（2）组成；表面糙化的半圆筒（2）两侧边壁的两端各设有一个螺栓孔（3），两个表面糙化的半圆筒（2）两端通过螺栓对接后卡抱于立管（1）外表面，形成一个完整的圆筒，该圆筒的内径与立管（1）的外径相等；其特征在于：圆筒表面开有围绕其中轴螺旋上升的螺旋凹槽（6），螺旋凹槽（6）的剖面为圆冠形；在螺旋凹槽（6）间的圆筒表面上设有与螺旋凹槽（6）平行布置的球冠形表面凸起，沿圆筒表面呈螺旋上升布置的球冠形表面凸起有两种尺寸，大表面凸起（4）与小表面凸起（5）依次间隔排列。
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