CN211820218U - 一种带飘带的海洋管道涡激振动抑制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带飘带的海洋管道涡激振动抑制装置，布置于海洋管道外周，包括滑套、扰流板(4)和飘带(5)，其中，滑套包括内套筒(13)和外套筒(14)，内套筒(13)紧固于海洋管道外周，内套筒(13)和外套筒(14)之间通过轴承(10)相连，从而使得外套筒(14)能够相对于内套筒转动，扰流板(4)与外套筒(14)相连，橡胶飘带(5)与扰流板(4)相连。本实用新型具备自适应海流方向的能力，可更有效抑制涡激振动。

Description

一种带飘带的海洋管道涡激振动抑制装置

技术领域

本实用新型涉及一种抑制涡激振动的海洋管道附加装置，属于海洋工程技术领域。

背景技术

海洋立管是海洋平台与海底油田之间的桥梁，是深海油气开采系统中的关键部分，负责运输油气等工作。在采油平台对深水油气进行开采时，海洋立管的结构可靠性对于钻采油气的正常作业具有重要意义。海洋立管处于深海的复杂环境中，海流流经立管会形成漩涡，在立管后方形成不对称的漩涡脱落，引发管道振动。当漩涡脱落的频率接近或等于立管的固有频率时，会引发共振现象，即涡激振动现象，加剧立管的疲劳损伤，缩短深海立管的使用寿命。深海立管一旦发生破坏，管内运输的油气将会发生泄漏，造成不可逆的海洋环境污染，且造成巨大的经济损失。

现如今的研究成果表面，抑制涡激振动主要采用主动抑制法和被动抑制法。主动抑制法主要通过外界输入能量如声波、击振等方式扰乱流场、破坏漩涡的产生，从而达到抑制涡激振动的目的。但此种方法需要持续的外界能量输入，成本太高，故实际工程中采用率并不高。被动抑制法是通过改变海洋立管表面形状或在立管表面添加附加装置来破坏漩涡的形成，抑制涡激振动。其中，通过在海洋立管表面增加螺旋列板装置来达到抑制涡激振动的方法运用最为广泛，国内已有装置(如专利申请号：CN201120007545.7)，开创性的使用了螺旋列板对涡激振动进行抑制，但也只是对立管外表面进行螺旋形长条板的单一施加，尚不能实现良好的抑制效果。后人发现多种装置都可有效抑制漩涡产生，国内专利(如专利申请号：CN201710037622.5)将飘带装置与立管结合，有效抑制涡激振动的产生，但其设计装置之间连接复杂，单个装置如滑套、多孔罩结构精细、加工困难，在实际工程中无法普及。

现如今国内外常见的涡激振动抑制方法多采用螺旋列板、导流板、整流罩等装置，或各个装置的组合。

存在的不足主要为：

1.国内外许多专利使用的技术过于复杂，配件繁多且配件之间精密连接，使得大小零件加工困难，组装装置的工作量庞大，不适合于投入实际工程。

2.多采用金属材料。使用金属材料制作涡激振动抑制装置具有强度大、硬度高等优点，但此种抑制装置成本较高，置于海水中易腐蚀不耐用，总体性价比低。除此之外，金属材料较重，置于深海立管上易影响立管所受浮力，导致立管结构发生改变。

3.不具备自适应海流方向的能力。传统涡激振动抑制装置如导流板、整流罩等，往往只针对一定角度的来流具有抑制效果，若海流方向改变则抑制效果降低或完全消失，实际抑制效果并不理想。

4.表面突出装置如球形突起、月牙肋等，不耐磨损且不能完全抑制海流后方漩涡的产生，实用性较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于制造一种组装简单、结构轻便、材料耐腐蚀且自适应海流方向的带飘带涡激振动抑制装置，克服已有装置组装难度过大、部件制造成本高、抑制振动机理复杂的缺陷，实现装配简单、装置结构稳定且有效的涡激振动抑制装置，延长海洋管道例如深海柔性立管的服役寿命。技术方案如下：

一种带飘带的海洋管道涡激振动抑制装置，布置于海洋管道外周，其特征在于，包括滑套、扰流板4和飘带5，其中，

滑套包括内套筒13和外套筒14，内套筒13紧固于海洋管道外周，内套筒13和外套筒14之间通过轴承10相连，从而使得外套筒14能够相对于内套筒转动，扰流板4与外套筒14相连，橡胶飘带5与扰流板4相连。

优选地，所述的装置还包括固定在外套筒14的外部的多孔罩3，扰流板4通过多孔罩3与外套筒14相连。

所述的轴承为深沟球轴承。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1.多孔罩上具有密集流水孔，可干扰来流在管道上形成边界层，减少尾部漩涡的脱落数量；

2.尾部脱落的漩涡不规则排布产生振动，置于尾部的飘带具有打乱漩涡排布的作用，抑制漩涡脱落频率与管道固有频率相等产生共振；

3.多孔罩与套筒之间紧密贴合，套筒分为内外两部分，采用深沟球轴承连接，不仅可以减少套筒之间的摩擦，而且可以通过转动使整体装置随时与海流同向；

4.套筒、多孔罩与扰流板均采用塑料材质，成本低廉且不易发生腐蚀破坏，飘带为橡胶材质，在海流下具有自适应变形的能力，塑料和橡胶材质相比于金属材质更加轻便，能给管道提供一定的浮力。

附图说明

图1为本抑制装置结构示意简图；

图2为本抑制装置结构俯视图；

图3为本抑制装置的管道结构剖面图。

附图说明如下

1—深海立管；2—滑套凸台；3—多孔罩；4—扰流板；5—橡胶飘带；6—铆钉；7—外套筒的圆形通孔；8—外套筒的限位螺钉；9—固定螺钉；10—深沟球轴承；11—内套筒的圆形通孔；12—内套筒的限位螺钉；13—内套筒；14—外套筒；15—外伸形圆形通孔；16—凹槽形圆形通孔。

具体实施方式

深海立管在进行深海采油作业时易受到海流的影响，在管道后方产生漩涡引起涡激振动，导致立管使用寿命减短。为消除涡激振动现象，达到延长立管寿命的效果，涡激振动抑制装置成为深海立管必不可少的一部分。本专利应用轻便耐腐蚀的材料，简化装配结构，能有效阻止漩涡产生，抑制涡激振动作用。下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述：

图1为带飘带的深海立管涡激振动抑制装置的结构示意简图，该装置的滑套分为内套筒13和外套筒14，分别由两片半环形筒拼合而成，采用塑料材质。内套筒13通过内套筒的限位螺钉12紧密套在深海立管1外，滑套凸台2上开有外套筒的圆形通孔7，用来安装外套筒的限位螺钉8，起到合并两片外套筒的作用，同时多孔罩3也通过外套筒的限位螺钉8安装在外套筒上，多孔罩3也是由两片半圆筒组成。扰流板4通过固定螺钉9与多孔罩3相连，橡胶飘带5通过铆钉6与扰流板4紧密相连。多孔罩3具有一定厚度。

图2为该涡激振动抑制装置的结构俯视图，内套筒13通过内套筒的限位螺钉12紧密连接在深海立管1的外部，深沟球轴承10安装在内外套筒之间，为该装置提供转动功能。图中扰流板4近似为矩形，同样采用塑料材质，其右端设有两个凹槽形圆形通孔16，可通过两个固定螺钉9与多孔罩3连接，扰流板4左端的端面开有凹槽，在凹槽两侧的板面上等间距设有若干铆钉孔，使飘带固定在凹槽内用铆钉6连接。飘带5采用橡胶材质，尾端为锯齿形，另一端被铆接在扰流板的凹槽内。

图3为该涡激振动抑制装置管道结构剖面图，内套筒的限位螺钉12穿过内套筒的圆形通孔11将两片半环形内套筒紧密固定在深海立管1外侧，滑套上下两端皆设有深沟球轴承10。多孔罩3由两片相同的塑料半环形筒组成，两片半环形筒依靠四个外伸形圆形通孔15和固定螺钉9合并起来。多孔罩3面上上均匀分布着大小相同的方形孔，其上下两端被滑套凸台2和外套筒的限位螺钉8固定，随着扰流板4的带动作用和外套筒14同步转动。

在安装此装置时，首先将内套筒13通过内套筒的限位螺钉12连接紧固在深海立管1的合适位置，再将深沟球轴承10固定在内套筒的指定位置上，将外套筒14的两片半环形筒与两片半环形多孔罩通过限位螺钉8安装完毕，使外套筒轨道与深沟球轴承10吻合。使用固定螺钉9将多孔罩3一侧的两个外伸形圆形通孔15固定起来，再将另一侧外伸的两个圆形通孔与扰流板4一侧的两个凹槽形圆形通孔16对接通过固定螺钉9连接。将扰流板4固定在多孔罩3一侧。然后将飘带5通过铆钉6安装在扰流板4一侧的凹槽内。至此，一个涡激振动抑制装置安装完成。

在深海柔性立管上的合适位置安装多个完整的涡激振动抑制装置如图1所示，当海流流经柔性立管并与扰流板4之存在一定的夹角时，海流会给扰流板4带来冲击力，使得扰流板4带动后方橡胶飘带5旋转，同时多孔罩3和外套筒14利用深沟球轴承10在扰流板4的带动下进行旋转，最终扰流板4达到平衡状态且橡胶飘带5位于海流下方。当扰流板4稳定后，多孔罩3外的方形孔能一定程度破坏来流在管道壁边界层的生成，阻碍管壁后方边界层分离、改变边界层分离点达到减少漩涡脱落的目的。同时橡胶飘带5在海流后方作用，飘带随着海流飘动破坏漩涡的结构，使漩涡无法形成规则排列，漩涡脱落的频率远离管道的固有频率，从而抑制涡激振动生成。在复杂的深海环境中，若海流方向发生改变，扰流板4由于受到海流作用能实时保持与海流同向，带动整体抑制装置旋转，在有效抑制涡激振动的同时具备自适应海流方向的能力。

本实用新型的安装位置和数量需根据实际工况而定。

Claims (3)

1.一种带飘带的海洋管道涡激振动抑制装置，布置于海洋管道外周，

其特征在于，包括滑套、扰流板(4)和飘带(5)，其中，

滑套包括内套筒(13)和外套筒(14)，内套筒(13)固定于海洋管道外周，内套筒(13)和外套筒(14)之间通过轴承(10)相连，从而使得外套筒(14)能够相对于内套筒转动，扰流板(4)与外套筒(14)相连，橡胶飘带(5)与扰流板(4)相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括固定在外套筒(14)的外部的多孔罩(3)，扰流板(4)通过多孔罩(3)与外套筒(14)相连。

3.根据权利要求1或2任意一项所述的装置，其特征在于，所述的轴承为深沟球轴承。

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