JP2024008454A - Reduction method of vortex-induced vibration of a plurality of raisers, system of a plurality of raisers reducing vortex-induced vibration, and phase change joint as well as asymmetrically arranged brackets for system of a plurality of raisers - Google Patents

Reduction method of vortex-induced vibration of a plurality of raisers, system of a plurality of raisers reducing vortex-induced vibration, and phase change joint as well as asymmetrically arranged brackets for system of a plurality of raisers Download PDF

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Marcio Yamamoto
元輝 荒木
Motoki Araki
譲司 山本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reduction method of vortex-induced vibration (VIV: Vortex-Induced Vibration) reducing the vortex-induced vibration generated in a raiser installed underwater.
SOLUTION: A reduction method of vortex-induced vibration generated by a water flow in a plurality of raisers 22 arranged underwater is to reduce the vortex-induced vibration generated in the plurality of raisers 22 by a water flow through cancellation by arranging positions of the plurality of raisers 22 to be different positions, or to reduce the vortex-induced vibration generated in the plurality of raisers 22 by suppressing influence of vortex generated in the plurality of raisers 22 by a water flow.
SELECTED DRAWING: Figure 2
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数ライザー管の渦励振(VIV:Vortex-Induced Vibration)の低減方法、渦励振を低減する複数ライザー管システム、及び複数ライザー管システム用の位相変更ジョイント並びに非対称配置ブラケットに関する。 The present invention relates to a method for reducing vortex-induced vibration (VIV) in multiple riser tubes, a multiple riser tube system that reduces vortex-induced vibration, and a phase change joint and asymmetrically positioned bracket for a multiple riser tube system.

海洋掘削や海洋生産において海底と海面上の設備の間で流体を運ぶためにライザー管が用いられている。潮流等の影響によってライザー管の下流側にはカルマン渦が発生する。カルマン渦の周波数とライザー管の固有振動数がほぼ一致すると、渦励振を誘起し、渦励振がライザー管の流れに直交する方向に発生して疲労や破損を引き起こすおそれがある。 Riser pipes are used in offshore drilling and offshore production to transport fluids between subsea and surface equipment. A Karman vortex is generated downstream of the riser pipe due to the influence of tidal currents. When the frequency of the Karman vortex and the natural frequency of the riser tube almost match, vortex-excited vibration is induced, and the vortex-excited vibration occurs in a direction perpendicular to the flow of the riser tube, which may cause fatigue or damage.

そこで、旗状整流装置を水中ライザー管の外周に回動及び摺動可能に嵌着した水中ライザー管の防振装置が開示されている(特許文献1)。また、海面側の作業船から海底側に向かって、鉛直方向にライザー管を連続して延設させたライザー管の周囲を囲むように潮流の変化に追従して流体抵抗を低減するストレーキやフェアリングを設けた構成が開示されている(特許文献2~4)。ストレーキは、らせん状の装置をライザー管の周りに取り付け、渦放出位置の位相を長手方向に分散させることで渦励振の発生を抑制する。フェアリングは、翼形断面形状の装置をライザー管の周りに取り付け、渦放出を抑制して渦励振の発生を低減する。 Therefore, a vibration isolating device for an underwater riser pipe has been disclosed in which a flag-shaped rectifier is rotatably and slidably fitted around the outer periphery of the underwater riser pipe (Patent Document 1). In addition, strakes and fairs are installed that follow changes in tidal currents and reduce fluid resistance, surrounding riser pipes that extend vertically from the work boat on the sea surface to the seabed. A configuration in which a ring is provided is disclosed (Patent Documents 2 to 4). The strake is a spiral device attached around the riser pipe to suppress the occurrence of vortex excitation vibration by dispersing the phase of the vortex shedding position in the longitudinal direction. The fairing is an airfoil-shaped device attached around the riser tube to suppress vortex shedding and reduce the occurrence of vortex excitation.

特開昭56-120842号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-120842 特開2012-132141号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-132141 米国特許第5,984,584号公報US Patent No. 5,984,584 米国特許第6,948,884号公報US Patent No. 6,948,884

今後、鉱物資源の開発等において複数のライザー管を組み合わせたライザーシステムの使用頻度が高まることが想定されている。一方、渦励振を抑制するためにライザー管にストレーキやフェアリングを設ける場合、ストレーキやフェアリングを1個ずつ手作業でライザー管に設置しており、ライザー管の設置に多大な時間を要するという技術的な課題がある。 It is expected that riser systems that combine multiple riser pipes will be used more frequently in the future, such as in the development of mineral resources. On the other hand, when installing strakes or fairings on riser pipes to suppress vortex-excited vibrations, each strake or fairing must be installed manually on the riser pipe one by one, and it takes a lot of time to install the riser pipes. There are technical challenges.

請求項1に係る複数ライザー管の渦励振の低減方法は、水中に設けられた複数のライザー管の水流により生じる渦励振を低減する方法であって、複数の前記ライザー管の配置を互いに異ならせることにより前記水流により複数の前記ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減する、又は、前記水流により複数の前記ライザー管により発生する渦の影響を抑制して複数の前記ライザー管に発生する渦励振を低減することを特徴とする。 A method for reducing vortex-excited vibrations in a plurality of riser pipes according to claim 1 is a method for reducing vortex-excited vibrations caused by water flow in a plurality of riser pipes provided underwater, the method comprising: arranging the plurality of riser pipes differently from each other. By canceling out and reducing the vortex excitation vibration generated in the plurality of riser pipes by the water flow, or by suppressing the influence of the vortex generated by the plurality of riser pipes by the water flow, it is generated in the plurality of riser pipes. It is characterized by reducing vortex excitation vibration.

ここで、複数の前記ライザー管を1つの組としたライザー管セットを用い、前記ライザー管セットと隣接する他の前記ライザー管セットとが相互に捩じられた状態となるように前記配置を互いに異ならせることにより前記ライザー管セット毎に異なる位相とし、前記ライザー管に発生する前記渦励振を相殺して低減することが好適である。 Here, a riser pipe set including a plurality of riser pipes is used, and the arrangement is mutually arranged so that the riser pipe set and the adjacent riser pipe set are in a mutually twisted state. It is preferable that the riser tube set has a different phase by differentiating the riser tube set, thereby canceling out and reducing the vortex excitation vibration generated in the riser tube.

また、前記ライザー管セット毎の前記位相を異ならせるに当たり、同一の角度で連続して変えることが好適である。 Moreover, when changing the phase for each set of riser tubes, it is preferable to change the phases continuously at the same angle.

また、前記同一の角度は360°を3以上の整数で除した角度であることが好適である。 Further, it is preferable that the same angle is an angle obtained by dividing 360° by an integer of 3 or more.

ここで、複数の前記ライザー管の長手方向に直角な面における相互の位置を非対称に配置することにより、前記ライザー管に発生する前記渦励振の原因となる渦を抑制することが好適である。 Here, it is preferable to suppress the vortices that are generated in the riser tubes and cause the vortex excitation by arranging the plurality of riser tubes asymmetrically in a plane perpendicular to the longitudinal direction.

また、前記ライザー管の非対称に配置した前記相互の位置は、流れにより前記ライザー管に発生した前記渦の後流領域に他の前記ライザー管が位置するものであることが好適である。 Further, it is preferable that the asymmetrically arranged mutual positions of the riser pipes are such that the other riser pipe is located in a wake region of the vortex generated in the riser pipe due to flow.

また、複数の前記ライザー管の前記相互の位置の最適配置を予めシミュレーションで求めることが好適である。 Further, it is preferable to determine the optimal arrangement of the mutual positions of the plurality of riser pipes in advance by simulation.

請求項8に係る複数ライザー管システムは、水中に設けられた複数のライザー管の水流により生じる渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、複数の前記ライザー管と、前記水流により複数の前記ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減するため、又は、前記水流により複数の前記ライザー管により発生する渦の影響を抑制するために前記ライザー管の配置を互いに異ならせる配置変更手段を備えることが好適である。 A multiple riser pipe system according to claim 8 is a multiple riser pipe system that reduces vortex excitation vibration caused by water flow in a plurality of riser pipes provided underwater, the plurality of riser pipes and the plurality of riser pipes provided in water due to the water flow. In order to offset and reduce the vortex excitation vibration generated in the riser pipes, or to suppress the influence of vortices generated by the plurality of riser pipes due to the water flow, the riser pipes are provided with an arrangement change means that makes the arrangement of the riser pipes different from each other. It is preferable that

ここで、前記配置変更手段は、複数の前記ライザー管を1つの組とした複数の前記ライザー管セットが相互に捩じられた状態となるように前記配置を変えることにより前記ライザー管セット毎に異なる位相として接続する位相変更ジョイントを有することが好適である。 Here, the arrangement changing means changes the arrangement for each riser pipe set by changing the arrangement so that a plurality of riser pipe sets each including a plurality of riser pipes are in a mutually twisted state. It is preferred to have phase change joints that connect as different phases.

また、同一の前記位相変更ジョイントを用いて、複数の前記ライザー管セットの前記位相が、同一の角度で連続して変えて接続されていることが好適である。 Further, it is preferable that the phases of the plurality of riser pipe sets are connected to each other while changing the phases continuously at the same angle using the same phase changing joint.

また、前記位相変更ジョイントの前記同一の角度は360°を3以上の整数で除した角度であることが好適である。 Further, it is preferable that the same angle of the phase change joint is an angle obtained by dividing 360° by an integer of 3 or more.

ここで、前記配置変更手段は、複数の前記ライザー管の長手方向に直角な面における相互の位置を非対称に配置し、複数の前記ライザー管の非対称な配置を維持する非対称配置ブラケットを有することが好適である。 Here, the arrangement changing means may include an asymmetrical arrangement bracket that arranges the plurality of riser pipes asymmetrically relative to each other in a plane perpendicular to the longitudinal direction and maintains the asymmetrical arrangement of the plurality of riser pipes. suitable.

また、前記非対称配置ブラケットの複数の前記ライザー管の前記相互の位置に関わる距離は、流れにより前記ライザー管に発生した渦の後流領域に、他の前記ライザー管が位置する距離であることが好適である。 Further, the distance related to the mutual positions of the plurality of riser pipes of the asymmetrically arranged bracket may be a distance at which another riser pipe is located in a wake region of a vortex generated in the riser pipe due to the flow. suitable.

また、前記非対称配置ブラケットの複数の前記ライザー管の前記相互の位置に関わる前記距離が、複数の前記ライザー管の前記相互の位置の最適配置を予めシミュレーションで求め決定した距離であることが好適である。 Further, it is preferable that the distance related to the mutual positions of the plurality of riser pipes of the asymmetrically arranged bracket is a distance determined in advance by calculating the optimum arrangement of the mutual positions of the plurality of riser pipes. be.

請求項15に係る複数ライザー管システム用の位相変更ジョイントは、上記の渦励振を低減する複数ライザー管システムに用いる前記位相変更ジョイントであって、複数の前記ライザー管セットに対応した接続部と所定の位相を変える形状とを有したことを特徴とする。 The phase change joint for a multiple riser pipe system according to claim 15 is the phase change joint used in the above-described multiple riser pipe system for reducing vortex excitation vibration, and the phase change joint is connected to a predetermined connection portion corresponding to a plurality of riser pipe sets. It is characterized by having a shape that changes the phase of.

請求項16に係る複数ライザー管システム用の非対称配置ブラケットは、上記の渦励振を低減する複数ライザー管システムに用いる前記非対称配置ブラケットであって、対象とする複数の前記ライザー管を非対称に配置するために異なった前記距離となる寸法の前記非対称配置ブラケットを複数種類有した組から成ることを特徴とする。 The asymmetrically arranged bracket for a multiple riser pipe system according to claim 16 is the asymmetrically arranged bracket used for the above-mentioned multiple riser pipe system that reduces vortex excitation vibration, and the asymmetrically arranged bracket is used for asymmetrically disposed a plurality of target riser pipes. The present invention is characterized by comprising a set including a plurality of types of the asymmetrically arranged brackets having different dimensions for the distances.

請求項1に係る複数ライザー管の渦励振の低減方法は、水中に設けられた複数のライザー管の水流により生じる渦励振を低減する方法であって、複数の前記ライザー管の配置を互いに異ならせることにより前記水流により複数の前記ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減する、又は、前記水流により複数の前記ライザー管により発生する渦の影響を抑制して複数の前記ライザー管に発生する渦励振を低減することによって、ライザー管にストレーキやフェアリングを設けることなく、渦励振(VIV)を抑制することができる。これによって、ライザー管の設置に掛かる時間を短縮し、コストを低減することができる。 A method for reducing vortex-excited vibrations in a plurality of riser pipes according to claim 1 is a method for reducing vortex-excited vibrations caused by water flow in a plurality of riser pipes provided underwater, the method comprising: arranging the plurality of riser pipes differently from each other. By canceling out and reducing the vortex excitation vibration generated in the plurality of riser pipes by the water flow, or by suppressing the influence of vortices generated by the plurality of riser pipes by the water flow, generated in the plurality of riser pipes. By reducing vortex-induced vibration, vortex-induced vibration (VIV) can be suppressed without providing strakes or fairings on the riser pipe. This makes it possible to shorten the time required to install the riser pipe and reduce costs.

ここで、複数の前記ライザー管を1つの組としたライザー管セットを用い、前記ライザー管セットと隣接する他の前記ライザー管セットとが相互に捩じられた状態となるように前記配置を互いに異ならせることにより前記ライザー管セット毎に異なる位相とすることによって、ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減することができる。 Here, a riser pipe set including a plurality of riser pipes is used, and the arrangement is mutually arranged so that the riser pipe set and the adjacent riser pipe set are in a mutually twisted state. By making the phases different for each set of riser tubes, it is possible to offset and reduce the vortex excitation vibration generated in the riser tubes.

また、前記ライザー管セット毎の前記位相を異ならせるに当たり、同一の角度で連続して変えることによって、同一の角度にずれた渦を発生させてライザー管に発生する渦励振をより効果的に相殺して低減することができる。 In addition, when varying the phase for each set of riser pipes, by continuously changing them at the same angle, vortices shifted at the same angle are generated to more effectively offset the vortex excitation vibration generated in the riser pipes. can be reduced.

また、前記同一の角度は360°を3以上の整数で除した角度とすることによって、適切な角度にずれた渦を発生させてライザー管に発生する渦励振をより効果的に相殺して低減することができる。 In addition, by setting the same angle as 360° divided by an integer of 3 or more, a vortex shifted at an appropriate angle is generated to more effectively offset and reduce the vortex excitation vibration generated in the riser pipe. can do.

ここで、複数の前記ライザー管の長手方向に直角な面における相互の位置を非対称に配置することによって、前記ライザー管に発生する前記渦励振の原因となる渦を抑制することができる。 Here, by arranging the plurality of riser tubes asymmetrically in mutual positions in a plane perpendicular to the longitudinal direction, it is possible to suppress the vortices that are generated in the riser tubes and cause the vortex excitation.

また、前記ライザー管の非対称に配置した前記相互の位置は、流れにより前記ライザー管に発生した前記渦の後流領域に他の前記ライザー管が位置するものとすることによって、水流によりライザー管により発生する渦の影響を抑制して複数のライザー管に発生する渦励振を低減することができる。 Further, the mutual positions of the riser pipes arranged asymmetrically are such that the other riser pipes are located in the wake area of the vortices generated in the riser pipes due to the flow, so that the riser pipes are It is possible to suppress the influence of the generated vortices and reduce the vortex excitation vibrations generated in the plurality of riser pipes.

また、複数の前記ライザー管の前記相互の位置の最適配置を予めシミュレーションで求めることによって、実際に複数ライザー管システムを構成することなく、予め渦励振を抑制できる複数ライザー管システムを設計することができる。 Furthermore, by determining the optimal mutual arrangement of the plurality of riser pipes in advance through simulation, it is possible to design a multi-riser pipe system that can suppress vortex excitation in advance without actually configuring the multi-riser pipe system. can.

請求項8に係る複数ライザー管システムは、水中に設けられた複数のライザー管の水流により生じる渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、複数の前記ライザー管と、前記水流により複数の前記ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減するため、又は、前記水流により複数の前記ライザー管により発生する渦の影響を抑制するために前記ライザー管の配置を互いに異ならせる配置変更手段を備えることによって、ライザー管にストレーキやフェアリングを設けることなく、渦励振(VIV)を抑制することができる。これによって、ライザー管の設置に掛かる時間を短縮し、コストを低減することができる。 A multiple riser pipe system according to claim 8 is a multiple riser pipe system that reduces vortex excitation vibration caused by water flow in a plurality of riser pipes provided underwater, the plurality of riser pipes and the plurality of riser pipes provided in water due to the water flow. In order to offset and reduce the vortex excitation vibration generated in the riser pipes, or to suppress the influence of vortices generated by the plurality of riser pipes due to the water flow, the riser pipes are provided with an arrangement change means that makes the arrangement of the riser pipes different from each other. By doing so, vortex induced vibration (VIV) can be suppressed without providing strakes or fairings to the riser pipe. This makes it possible to shorten the time required to install the riser pipe and reduce costs.

ここで、前記配置変更手段は、複数の前記ライザー管を1つの組とした複数の前記ライザー管セットが相互に捩じられた状態となるように前記配置を変えることにより前記ライザー管セット毎に異なる位相として接続する位相変更ジョイントを有することによって、ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減することができる。 Here, the arrangement changing means changes the arrangement for each riser pipe set by changing the arrangement so that a plurality of riser pipe sets each including a plurality of riser pipes are in a mutually twisted state. By having phase change joints connected in different phases, it is possible to cancel out and reduce the vortex excitation vibrations generated in the riser pipe.

また、同一の前記位相変更ジョイントを用いて、複数の前記ライザー管セットの前記位相が、同一の角度で連続して変えて接続されていることによって、同一の角度にずれた渦を発生させてライザー管に発生する渦励振をより効果的に相殺して低減することができる。 Further, by connecting the plurality of riser pipe sets so that the phases thereof are continuously changed at the same angle using the same phase change joint, vortices shifted at the same angle are generated. The vortex excitation vibration generated in the riser pipe can be more effectively offset and reduced.

また、前記位相変更ジョイントの前記同一の角度は360°を3以上の整数で除した角度であることによって、適切な角度にずれた渦を発生させてライザー管に発生する渦励振をより効果的に相殺して低減することができる。 Furthermore, since the same angle of the phase change joint is an angle obtained by dividing 360° by an integer of 3 or more, a vortex shifted at an appropriate angle is generated, thereby making the vortex excitation vibration generated in the riser pipe more effective. can be offset and reduced.

ここで、前記配置変更手段は、複数の前記ライザー管の長手方向に直角な面における相互の位置を非対称に配置し、複数の前記ライザー管の非対称な配置を維持する非対称配置ブラケットを有することによって、前記ライザー管に発生する前記渦励振の原因となる渦を抑制することができる。 Here, the arrangement changing means includes an asymmetric arrangement bracket that arranges the plurality of riser pipes asymmetrically relative to each other in a plane perpendicular to the longitudinal direction and maintains the asymmetric arrangement of the plurality of riser pipes. , it is possible to suppress the vortices that are generated in the riser pipe and cause the vortex excitation.

また、前記非対称配置ブラケットの複数の前記ライザー管の前記相互の位置に関わる距離は、流れにより前記ライザー管に発生した渦の後流領域に、他の前記ライザー管が位置する距離であることによって、水流によりライザー管により発生する渦の影響を抑制して複数のライザー管に発生する渦励振を低減することができる。 Further, the distance related to the mutual positions of the plurality of riser pipes of the asymmetrically arranged bracket is a distance at which another riser pipe is located in the wake region of a vortex generated in the riser pipe due to the flow. It is possible to suppress the influence of vortices generated by the riser pipes by the water flow and reduce the vortex excitation vibrations generated in the plurality of riser pipes.

また、前記非対称配置ブラケットの複数の前記ライザー管の前記相互の位置に関わる前記距離が、複数の前記ライザー管の前記相互の位置の最適配置を予めシミュレーションで求め決定した距離とすることによって、実際に複数ライザー管システムを構成することなく、予め渦励振を抑制できる複数ライザー管システムを設計することができる。 Further, the distance related to the mutual positions of the plurality of riser pipes of the asymmetrically arranged bracket is set to a distance determined in advance by calculating the optimum arrangement of the mutual positions of the plurality of riser pipes in advance. It is possible to design a multiple riser pipe system that can suppress vortex excitation in advance without configuring a multiple riser pipe system.

請求項15に係る複数ライザー管システム用の位相変更ジョイントは、上記の渦励振を低減する複数ライザー管システムに用いる前記位相変更ジョイントであって、複数の前記ライザー管セットに対応した接続部と所定の位相を変える形状とを有したことによって、複数のライザー管を1つの組とした複数のライザー管セットが相互に捩じられた状態となるように配置を変えることができ、ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減することができる。 The phase change joint for a multiple riser pipe system according to claim 15 is the phase change joint used in the above-described multiple riser pipe system for reducing vortex excitation vibration, and the phase change joint is connected to a predetermined connection portion corresponding to a plurality of riser pipe sets. By having a shape that changes the phase of the riser pipes, it is possible to change the arrangement so that multiple riser pipe sets made up of multiple riser pipes are in a mutually twisted state. It is possible to cancel out and reduce the vortex-excited vibrations that occur.

請求項16に係る複数ライザー管システム用の非対称配置ブラケットは、上記の渦励振を低減する複数ライザー管システムに用いる前記非対称配置ブラケットであって、対象とする複数の前記ライザー管を非対称に配置するために異なった前記距離となる寸法の前記非対称配置ブラケットを複数種類有した組から成ることによって、ライザー管に発生する渦励振をより効果的に相殺して低減することができる。 The asymmetrically arranged bracket for a multiple riser pipe system according to claim 16 is the asymmetrically arranged bracket used for the above-mentioned multiple riser pipe system that reduces vortex excitation vibration, and the asymmetrically arranged bracket is used for asymmetrically disposed a plurality of target riser pipes. By forming a set including a plurality of types of asymmetrically arranged brackets having different dimensions, the vortex excitation vibration generated in the riser pipe can be more effectively offset and reduced.

第1の実施の形態における複数ライザー管システムの構成を示す図である。It is a diagram showing the configuration of a multiple riser pipe system in the first embodiment. 第1の実施の形態における複数ライザー管の構成を示す図である。It is a figure showing the composition of multiple riser pipes in a 1st embodiment. 第1の実施の形態におけるライザー管セットの構成を示す図である。It is a figure showing the composition of a riser pipe set in a 1st embodiment. 第1の実施の形態における位相変換ジョイントの構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a phase conversion joint in the first embodiment. 第1の実施の形態における複数ライザー管による渦放出の様子を示す図である。It is a figure showing the state of vortex shedding by a plurality of riser tubes in a 1st embodiment. 第2の実施の形態における複数ライザー管システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the multiple riser pipe system in 2nd Embodiment. 第2の実施の形態における複数ライザー管の構成を示す図である。It is a figure showing the composition of multiple riser pipes in a 2nd embodiment. 第2の実施の形態におけるライザー管の非対称配置の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of an asymmetrical arrangement of riser pipes in a second embodiment. 第2の実施の形態における複数ライザー管による渦放出の様子を示す図である。It is a figure showing the state of vortex shedding by a plurality of riser pipes in a 2nd embodiment. 複数ライザー管による渦放出の様子を示す概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing the state of vortex shedding by multiple riser pipes. 第2の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度0°~角度315°まで変えた場合の渦放出の概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram of vortex shedding when the angle of water flow in multiple riser pipes is changed from 0° to 315° in the second embodiment. 第2の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度0°とした場合の渦放出の概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram of vortex shedding when the angle of water flow in multiple riser pipes is 0° in the second embodiment. 第2の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度45°とした場合の渦放出の概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram of vortex shedding when the angle of water flow in multiple riser pipes is 45° in the second embodiment. 第2の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度90°とした場合の渦放出の概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram of vortex shedding when the angle of water flow in multiple riser pipes is 90° in the second embodiment. 第2の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度135°とした場合の渦放出の概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram of vortex shedding when the angle of water flow in multiple riser pipes is 135° in the second embodiment. 第2の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度180°とした場合の渦放出の概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram of vortex shedding when the angle of water flow in multiple riser pipes is 180° in the second embodiment. 第2の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度225°とした場合の渦放出の概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram of vortex shedding when the angle of water flow in multiple riser pipes is 225° in the second embodiment. 第2の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度270°とした場合の渦放出の概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram of vortex shedding when the angle of water flow in multiple riser pipes is 270° in the second embodiment. 第2の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度315°とした場合の渦放出の概念図である。It is a conceptual diagram of vortex shedding when the angle of water flow in multiple riser pipes is 315 degrees in a 2nd embodiment.

[第1の実施の形態]
第1の実施の形態における複数ライザー管システム100は、図1に示すように、水域に設けた洋上施設10、ライザー組立装置(デリック)12、水中ポンプ14、移送管16、掘削ユニット18及び複数ライザー管20を含んで構成される。複数のライザー管は、石油、ガスの開発においては、海底(油層)に海水を圧入する管と、石油、ガスを洋上施設に揚げる管など移送物を分けて使用するために用いられる。鉱物資源開発では、鉱石と海水を洋上施設に揚げる管と海底に不要な海水を戻す管として複数の管が用いられる。このような事例のとおり、異なった移送物、用途により複数の管を使用する。
[First embodiment]
As shown in FIG. 1, the multiple riser pipe system 100 in the first embodiment includes an offshore facility 10 provided in a water body, a riser assembly device (derrick) 12, a submersible pump 14, a transfer pipe 16, a drilling unit 18, and a plurality of It is configured to include a riser pipe 20. Multiple riser pipes are used in oil and gas development to separate the transported materials, such as pipes for injecting seawater into the seabed (oil layer) and pipes for lifting oil and gas to offshore facilities. In mineral resource development, multiple pipes are used to lift ore and seawater to offshore facilities and to return unnecessary seawater to the seabed. As in this case, multiple tubes are used for different objects to be transported and for different purposes.

洋上施設10は、鉱石等の資源を採取するために水面に浮かべられる構造物である。洋上施設10には、複数ライザー管20を海底付近まで吊り下げるためのライザー組立装置(デリック)12が設けられる。ライザー組立装置(デリック)12は、複数ライザー管20を組み立てると共に、水中に設置される複数ライザー管20を支持するために用いられる。 The offshore facility 10 is a structure that is floated on the water surface to extract resources such as ore. The offshore facility 10 is provided with a riser assembly device (derrick) 12 for suspending multiple riser pipes 20 to near the seabed. The riser assembly device (derrick) 12 is used to assemble multiple riser pipes 20 and to support multiple riser pipes 20 installed underwater.

水中ポンプ14は、水底から資源を海上へ送出するためのポンプである。水中ポンプ14は、例えば、鉱物資源の開発において、鉱石と海水等の多相流体を海底から洋上施設10へ送出するために用いられる。移送管16は、水底の鉱物資源の開発において、水中ポンプ14と掘削ユニット18の間を接続する配管である。また、移送管16は、石油等の流体の開発において、複数ライザー管20と洋上施設10との間を接続する配管である。 The submersible pump 14 is a pump for sending resources from the bottom of the water to the sea. The submersible pump 14 is used, for example, in the development of mineral resources, to send multiphase fluids such as ore and seawater from the seabed to the offshore facility 10. The transfer pipe 16 is a pipe that connects the submersible pump 14 and the excavation unit 18 in the development of underwater mineral resources. Further, the transfer pipe 16 is a pipe that connects the multiple riser pipes 20 and the offshore facility 10 in the development of fluids such as oil.

掘削ユニット18は、水底にある鉱石を採取・採集するための装置である。掘削ユニット18は、移送管16、水中ポンプ14を介して複数ライザー管20へ採集した鉱石をスラリーとして送出する。なお、本実施の形態では、水底から鉱石を採取・採集するための掘削ユニット18を設けた構成としたが、水中又は水底の資源を掘削、採集等するための装置であればよく、例えば、水底を掘削する掘削機や浚渫機等でもよい。 The excavation unit 18 is a device for extracting and collecting ore at the bottom of the water. The excavation unit 18 sends the collected ore as slurry to multiple riser pipes 20 via the transfer pipe 16 and the submersible pump 14. Although the present embodiment has a configuration in which the excavation unit 18 is provided for extracting and collecting ore from the water bottom, any device may be used as long as it is a device for excavating and collecting resources underwater or on the water bottom. An excavator, dredger, etc. that excavates the underwater bottom may also be used.

複数ライザー管20は、水底で採取された鉱石等の資源を水面側の洋上施設10まで輸送するためのライザー管を複数組み合わせてなる水中長大管である。なお、本実施の形態では、複数ライザー管20を用いて鉱石を採取する例を示しているが、石油、ガス、海洋深層水等の他の資源を輸送するために用いることもできる。 The multiple riser pipes 20 are long underwater pipes made by combining a plurality of riser pipes for transporting resources such as ore collected at the bottom of the water to the offshore facility 10 on the water surface side. Although this embodiment shows an example in which ore is extracted using multiple riser pipes 20, it can also be used to transport other resources such as oil, gas, and deep ocean water.

図2は、複数ライザー管20の構成を示す。複数ライザー管20は、複数のライザー管を組み合わせたライザー管セット20aを含み、ライザー管セット20aと位相変換ジョイント20bとを組み合わせて構成される。本実施の形態では、3本のライザー管を組み合わせたライザー管セット20aを適用した例を示している。ただし、ライザー管セット20aを構成するライザー管の数は、3本に限定されるものではなく、2本以上であればよい。 FIG. 2 shows the configuration of multiple riser pipes 20. As shown in FIG. The multiple riser pipes 20 include a riser pipe set 20a that is a combination of a plurality of riser pipes, and are configured by combining the riser pipe set 20a and a phase change joint 20b. In this embodiment, an example is shown in which a riser pipe set 20a in which three riser pipes are combined is applied. However, the number of riser pipes constituting the riser pipe set 20a is not limited to three, but may be two or more.

ライザー管セット20aは、図3に示すように、スペーサ24によって複数のライザー管22を所定の間隔を保って組み合わせた部材である。ライザー管22の直径は、4インチ~22インチ(約101.6mm~約559mm)程度とされる。1つのライザー管22の長さは、50フィート~90フィート(約15.24m~約27.432m)程度とされる。ただし、ライザー管22のサイズは、これらに限定されるものではなく、採集対象である資源の種類、複数ライザー管システム100を設置する環境、資源を採集する水深等に応じて適宜変更してもよい。本実施の形態における複数ライザー管システム100の構成は、全てのサイズのライザー管22に適用することができる。ライザー管セット20aの端部は位相変換ジョイント20bと接続するためのコネクタ20cとされている。 As shown in FIG. 3, the riser pipe set 20a is a member in which a plurality of riser pipes 22 are combined with a predetermined interval maintained by spacers 24. The diameter of the riser pipe 22 is approximately 4 inches to 22 inches (approximately 101.6 mm to approximately 559 mm). The length of one riser pipe 22 is approximately 50 feet to 90 feet (approximately 15.24 m to approximately 27.432 m). However, the size of the riser pipe 22 is not limited to these, and may be changed as appropriate depending on the type of resource to be collected, the environment in which the multiple riser pipe system 100 is installed, the water depth in which the resource is collected, etc. good. The configuration of the multiple riser pipe system 100 in this embodiment can be applied to riser pipes 22 of all sizes. The end of the riser tube set 20a is a connector 20c for connecting to the phase change joint 20b.

位相変換ジョイント20bは、2つのライザー管セット20aを接続する部材である。位相変換ジョイント20bの端部はライザー管セット20aと接続するためのコネクタ20cとされている。位相変換ジョイント20bは、図4に示すように、ライザー管22が並ぶ方向の角度が両端部において互いに異なるような形状を有するライザー管セット20aの配置変更手段である。位相変換ジョイント20bは、例えば、少なくとも一部のライザー管22を捩って一方の端部(図中のD側)と他方の端部(図中のE側)において複数のライザー管22の互いの間隔が変わらないように、両端部においてライザー管22が並ぶ角度(位相)を変更するような形状を有する。 The phase change joint 20b is a member that connects the two riser pipe sets 20a. The end of the phase change joint 20b is a connector 20c for connection to the riser tube set 20a. As shown in FIG. 4, the phase change joint 20b is a means for changing the arrangement of the riser tube set 20a, which has a shape in which the angles in the direction in which the riser tubes 22 are lined up are different from each other at both ends. For example, the phase change joint 20b twists at least some of the riser pipes 22 to connect the plurality of riser pipes 22 at one end (D side in the figure) and the other end (E side in the figure). It has a shape that changes the angle (phase) at which the riser pipes 22 are lined up at both ends so that the interval between them does not change.

複数ライザー管20は、位相変換ジョイント20bによってライザー管セット20aを繋ぎ合わせて形成される。したがって、図2のA-A断面、B-B断面及びC-C断面に示すように、位相変換ジョイント20bによって繋ぎ合わされた箇所毎にライザー管セット20aを構成する複数のライザー管22が並ぶ方向の角度(位相)が変更される。 The multiple riser pipes 20 are formed by connecting riser pipe sets 20a by a phase change joint 20b. Therefore, as shown in the AA cross section, the BB cross section, and the CC cross section in FIG. The angle (phase) of is changed.

具体的には、例えば、ライザー管セット20a毎に位相変換ジョイント20bを設けて、隣り合うライザー管セット20aの間の角度(位相)を異ならせることが好適である。このとき、ライザー管セット20a毎に同一の角度で連続して変えることが好適である。例えば、複数ライザー管20の延設方向に沿って一般的なライザー管22の長さである50フィート~90フィート(約15.24m~約27.432m)毎に角度(位相)を変更する。1つの位相変換ジョイント20bによって変更する角度(位相)は、360°を3以上の整数で除した角度であることが好適である。例えば、1つの位相変換ジョイント20bによって30°以上120°以下の範囲で角度(位相)を変更することが好適である。ただし、変化させる角度(位相)は、複数ライザー管システム100を適用する環境の条件に応じて変更してもよい。また、隣り合うライザー管セット20aの間の角度(位相)は、同一の角度でなくてもよい。例えば、水域の深度方向の水流分布が上層部と下層部で大きく異なる場合は、隣り合うライザー管セット20aの間の角度(位相)を同一の角度から変えてもよい。なお、同一の角度とすることにより、位相変換ジョイント20bとして同一のものを使用できる利点を有する。 Specifically, for example, it is preferable to provide a phase change joint 20b for each riser pipe set 20a to make the angles (phases) between adjacent riser pipe sets 20a different. At this time, it is preferable to change the angle continuously at the same angle for each riser pipe set 20a. For example, the angle (phase) is changed every 50 feet to 90 feet (approximately 15.24 m to approximately 27.432 m), which is the length of a typical riser pipe 22, along the extending direction of the multiple riser pipes 20. The angle (phase) changed by one phase changing joint 20b is preferably an angle obtained by dividing 360° by an integer of 3 or more. For example, it is preferable to change the angle (phase) in a range of 30° or more and 120° or less using one phase changing joint 20b. However, the angle (phase) to be changed may be changed depending on the environmental conditions to which the multiple riser pipe system 100 is applied. Furthermore, the angles (phases) between adjacent riser tube sets 20a do not have to be the same angle. For example, if the water flow distribution in the depth direction of a body of water is significantly different between the upper and lower parts, the angle (phase) between adjacent riser pipe sets 20a may be changed from the same angle. Note that by setting the angles to be the same, there is an advantage that the same one can be used as the phase conversion joint 20b.

なお、本実施の形態の位相変換ジョイント20bの例では、D側(D断面)においてライザー管22が並ぶ方向に対してE側(E断面)においてライザー管22が並ぶ方向がなす角度を45°としている。したがって、位相変換ジョイント20bが設けられる毎にライザー管セット20aの角度(位相)が0°、45°、90°、135°・・・と変更される。ただし、当該角度は、45°に限定されるものではない。 In the example of the phase change joint 20b of this embodiment, the angle formed by the direction in which the riser pipes 22 are arranged on the E side (E cross section) with respect to the direction in which the riser pipes 22 are arranged on the D side (D cross section) is 45°. It is said that Therefore, each time the phase change joint 20b is provided, the angle (phase) of the riser tube set 20a is changed to 0°, 45°, 90°, 135°, and so on. However, the angle is not limited to 45°.

図5は、複数ライザー管20に対して水流を当てたときの渦の放出の様子を示す。水流に対して下流側において複数ライザー管20に渦が発生する。本実施の形態における複数ライザー管20では、ライザー管セット20aと隣接する他のライザー管セット20aとが相互に捩じられた状態となるように配置を互いに異ならせることによりライザー管セット20a毎に異なる角度(位相)としてライザー管22が並ぶ方向を変化させることによって水流により発生する渦の放出方向が変化する。これによって、複数ライザー管20に生ずる渦励振(VIV)を相殺して低減することができる。 FIG. 5 shows how eddies are released when a water stream is applied to the multiple riser pipes 20. Vortices are generated in the multiple riser pipes 20 on the downstream side with respect to the water flow. In the plurality of riser pipes 20 in this embodiment, each riser pipe set 20a is arranged differently so that the riser pipe set 20a and the other adjacent riser pipe sets 20a are mutually twisted. By changing the direction in which the riser pipes 22 are lined up at different angles (phases), the direction in which the vortices generated by the water flow are released changes. Thereby, the vortex excitation vibration (VIV) occurring in the multiple riser pipes 20 can be offset and reduced.

[第2の実施の形態]
第2の実施の形態における複数ライザー管システム200は、図6に示すように、洋上施設10、ライザー組立装置(デリック)12、水中ポンプ14、移送管16、掘削ユニット18及び複数ライザー管30を含んで構成される。ここで、複数ライザー管30を除く構成は、第1の実施の形態における複数ライザー管システム100と同じであるので説明は省略する。
[Second embodiment]
As shown in FIG. 6, a multiple riser pipe system 200 in the second embodiment includes an offshore facility 10, a riser assembly device (derrick) 12, a submersible pump 14, a transfer pipe 16, an excavation unit 18, and a multiple riser pipe 30. It consists of: Here, the configuration except for the multiple riser pipes 30 is the same as the multiple riser pipe system 100 in the first embodiment, so a description thereof will be omitted.

複数ライザー管30は、水底で採取された鉱石等の資源を水面側の洋上施設10まで輸送するためのライザー管からなる水中長大管である。なお、本実施の形態では、複数ライザー管30を用いて鉱石を採取する例を示しているが、石油、ガス、海水等の他の資源を輸送するために用いることもできる。 The multiple riser pipes 30 are long underwater pipes made up of riser pipes for transporting resources such as ore collected at the bottom of the water to the offshore facility 10 on the water surface side. Although this embodiment shows an example in which ore is extracted using multiple riser pipes 30, it can also be used to transport other resources such as oil, gas, and seawater.

図7は、複数ライザー管30の構成を示す。複数ライザー管30は、複数のライザー管30aを組み合わせて構成されている。本実施の形態では、3本のライザー管30aを組み合わせた複数ライザー管30を例として示している。ただし、ライザー管30aの数は、3本に限定されるものではなく、3本以上であればよい。複数ライザー管30は、ライザー管30a及び非対称配置ブラケット30bを組み合わせて構成される。 FIG. 7 shows the configuration of the multiple riser pipes 30. The multiple riser pipes 30 are configured by combining a plurality of riser pipes 30a. In this embodiment, a plurality of riser pipes 30 in which three riser pipes 30a are combined is shown as an example. However, the number of riser pipes 30a is not limited to three, but may be three or more. The multiple riser pipes 30 are constructed by combining riser pipes 30a and asymmetrically arranged brackets 30b.

ライザー管30aの直径は、4インチ~22インチ(約101.6mm~約559mm)程度とされる。1つのライザー管30aの長さは、50フィート~90フィート(約15.24m~約27.432m)程度とされる。ただし、ライザー管30aのサイズは、これらに限定されるものではなく、採集対象である資源の種類、複数ライザー管システム200を設置する環境、資源を採集する水深等に応じて適宜変更してもよい。本実施の形態における複数ライザー管システム200の構成は、全てのサイズのライザー管30aに適用することができる。ライザー管30aの端部は他のライザー管30aと接続するためのコネクタ30cとされている。 The diameter of the riser pipe 30a is approximately 4 inches to 22 inches (approximately 101.6 mm to approximately 559 mm). The length of one riser pipe 30a is approximately 50 feet to 90 feet (approximately 15.24 m to approximately 27.432 m). However, the size of the riser pipe 30a is not limited to these, and may be changed as appropriate depending on the type of resource to be collected, the environment in which the multiple riser pipe system 200 is installed, the water depth in which the resource is collected, etc. good. The configuration of the multiple riser pipe system 200 in this embodiment can be applied to riser pipes 30a of all sizes. The end of the riser pipe 30a is a connector 30c for connecting to another riser pipe 30a.

非対称配置ブラケット30bは、複数のライザー管30aの配置を保つための部材である。非対称配置ブラケット30bは、ライザー管30aを通す円環状の部材を互いに繋いだ構成を有する。非対称配置ブラケット30bは、当該円環状の部材にライザー管30aをそれぞれ通すことによって、ライザー管30aの長手方向に対して直角な面において複数のライザー管30aを相互の位置が非対称となるように配置する。ここで、非対称とは、ライザー管30aの長手方向に対して直角な面に含まれる任意の点に対して点対称でなく、かつ、任意の線に対して線対称ではないことを意味する。このとき、複数のライザー管30aを非対称に配置した状態における相互の位置は、複数ライザー管30を流体内に配置したときに流体の流れによってライザー管30aに発生した渦の後流領域に他のライザー管30aが位置するものとすることが好適である。 The asymmetrical arrangement bracket 30b is a member for maintaining the arrangement of the plurality of riser pipes 30a. The asymmetrically arranged bracket 30b has a structure in which annular members through which the riser pipe 30a passes are connected to each other. The asymmetrical arrangement bracket 30b arranges the plurality of riser pipes 30a so that their positions are asymmetrical in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the riser pipes 30a by passing the riser pipes 30a through the annular member. do. Here, asymmetric means that it is not point symmetric with respect to any point included in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the riser pipe 30a, and is not line symmetric with respect to any line. At this time, when the plurality of riser pipes 30a are arranged asymmetrically, their mutual positions are different from each other in the wake region of the vortex generated in the riser pipe 30a by the fluid flow when the plurality of riser pipes 30 are arranged in the fluid. It is preferable that the riser pipe 30a be located there.

図8は、3本のライザー管22を用いた複数ライザー管30の配置の例を示す。図8は、ライザー管30aの長手方向に対して直角な方向(図7に示すA-A断面方向)からみた図である。中央にあるライザー管30aを基準とすると、当該ライザー管30aの外径OD1と他のライザー管30aの外径OD2及び外径OD3とした場合、図8に示すように、中央にあるライザー管30aから他のライザー管30aがそれぞれ距離2×(OD1+OD2)以下及び距離2×(OD1+OD3)以下の範囲にある場合に流体力学的相互作用が大きくなる。すなわち、隣り合う2つのライザー管30aの距離は、1つのライザー管30aの外径ともう1つのライザー管30aの外径の和の2倍以内とすることが好適である。 FIG. 8 shows an example of the arrangement of multiple riser pipes 30 using three riser pipes 22. FIG. 8 is a view seen from a direction perpendicular to the longitudinal direction of the riser pipe 30a (the AA cross-sectional direction shown in FIG. 7). Based on the riser pipe 30a in the center, if the outer diameter OD1 of the riser pipe 30a is the outer diameter OD2 and the outer diameter OD3 of the other riser pipes 30a, as shown in FIG. 8, the riser pipe 30a in the center When the other riser pipes 30a are within the range of distance 2×(OD1+OD2) or less and distance 2×(OD1+OD3) or less, the hydrodynamic interaction becomes large. That is, the distance between two adjacent riser pipes 30a is preferably within twice the sum of the outer diameter of one riser pipe 30a and the outer diameter of the other riser pipe 30a.

複数ライザー管30は、非対称配置ブラケット30bによって非対称に配置されたライザー管30aを長手方向(水面から水底の方向)に繋ぎ合わせて形成される。ライザー管30aは、コネクタ30c同士を接続することによって繋ぎ合わすことができる。 The multiple riser pipes 30 are formed by connecting asymmetrically arranged riser pipes 30a in the longitudinal direction (direction from the water surface to the water bottom) using an asymmetrically arranged bracket 30b. The riser pipes 30a can be connected by connecting the connectors 30c to each other.

なお、対象とする複数のライザー管30aを非対称に配置するために、ライザー管30aの間の距離を変えた非対称配置ブラケット30bを複数種類用いてもよい。この場合、屈曲した接続管やフレキシブル管を用いてライザー管30aの端部のコネクタ30c同士を接続すればよい。 Note that in order to asymmetrically arrange the plurality of target riser pipes 30a, a plurality of types of asymmetrically arranged brackets 30b with different distances between the riser pipes 30a may be used. In this case, the connectors 30c at the ends of the riser pipes 30a may be connected using bent connecting pipes or flexible pipes.

図9は、複数ライザー管30に対して水流を当てたときの渦の放出の様子を示す。水流に対して下流側において複数ライザー管30に渦が発生する。図10は、1本のライザー管30aに発生する渦励振を示す。時間t1(左図)では、第1渦がライザー管30aの下流側に発生する。渦が発生した領域(図中、薄い灰色で示す)は低圧領域となり、当該低圧領域の影響でライザー管30aに水流との合力が発生する。時間経過と共に時間t2(右図)では、第2渦がライザー管30aの下流側の異なる位置に発生する。この状態においても、渦が発生した領域が低圧領域となってライザー管30aに合力が発生する。このように、時間の経過とともに、ライザー管30aには互い異なる方向に合力が発生し、ライザー管30aは水流に対して垂直な方向に振動する。当該振動は、渦励振(VIV:Vortex Induced Vibration)と呼ばれ、ライザー管30aの疲労等耐久性に影響する。 FIG. 9 shows how eddies are released when a water stream is applied to the multiple riser pipes 30. Vortices are generated in the multiple riser pipes 30 on the downstream side of the water flow. FIG. 10 shows vortex excitation vibration occurring in one riser pipe 30a. At time t1 (left diagram), a first vortex is generated on the downstream side of the riser pipe 30a. The area where the vortex is generated (shown in light gray in the figure) becomes a low pressure area, and due to the influence of the low pressure area, a resultant force with the water flow is generated in the riser pipe 30a. As time passes, at time t2 (right figure), a second vortex is generated at a different position on the downstream side of the riser pipe 30a. Even in this state, the region where the vortex is generated becomes a low pressure region, and a resultant force is generated in the riser pipe 30a. In this manner, as time passes, resultant forces are generated in the riser pipe 30a in different directions, causing the riser pipe 30a to vibrate in a direction perpendicular to the water flow. The vibration is called vortex induced vibration (VIV), and affects the fatigue and durability of the riser pipe 30a.

図11は、本実施の形態における複数ライザー管30に対して様々な角度で水流を当てたときに想定される渦の発生状態を示す概念図である。図11では、0°(Rotation 0°)から315°(Rotation 315°)まで45°おきに渦の発生状態を示している。 FIG. 11 is a conceptual diagram showing how eddies are generated when water flows are applied to the multiple riser pipes 30 at various angles in this embodiment. In FIG. 11, the state of generation of vortices is shown at every 45° from 0° (Rotation 0°) to 315° (Rotation 315°).

図12は、3本のライザー管30aを非対称位置に組み合わせた複数ライザー管30に対して角度0°で水流を当てたときの渦の発生状況の時間的な変化を示す。図に示すように、複数のライザー管30aを上記距離の条件を満たすように近接させて配置した場合、流体力学的な相互干渉によって1本のライザー管30aの場合とは異なる流場となる。すなわち、時間t1(左図)においてライザー管30aの各々に対して渦は反対位相で発生する。さらに、時間t2(右図)においては、1本のライザー管30aの場合に比べて小さい低圧領域が発生する。ここで、ライザー管30aの各々に発生する力を合計して合力を求めると、水流に対して垂直な方向の合力はある程度相殺され、複数ライザー管30全体に生ずる振動は小さくなる。 FIG. 12 shows temporal changes in the generation of eddies when a water stream is applied at an angle of 0° to a plurality of riser pipes 30 in which three riser pipes 30a are combined in asymmetric positions. As shown in the figure, when a plurality of riser pipes 30a are arranged close to each other so as to satisfy the above-mentioned distance condition, the flow field becomes different from that in the case of one riser pipe 30a due to mutual hydrodynamic interference. That is, at time t1 (left figure), vortices are generated in opposite phases in each of the riser pipes 30a. Furthermore, at time t2 (right diagram), a smaller low pressure region occurs than in the case of one riser pipe 30a. Here, when the forces generated in each of the riser pipes 30a are summed to obtain a resultant force, the resultant force in the direction perpendicular to the water flow is canceled out to some extent, and the vibrations generated in the plurality of riser pipes 30 as a whole are reduced.

図13は、複数ライザー管30に対して角度45°で水流を当てたときの渦の発生状況の時間的な変化を示す。角度0°と同様に、ライザー管30aの各々に渦が反対位相で発生し、水流に垂直な方向の合力は相殺され、1本のライザー管30aの場合に比べて小さくなる。 FIG. 13 shows temporal changes in the vortex generation when a water stream is applied to the multiple riser pipes 30 at an angle of 45°. Similar to the angle of 0°, vortices are generated in opposite phases in each of the riser pipes 30a, and the resultant force in the direction perpendicular to the water flow is canceled out and becomes smaller than in the case of one riser pipe 30a.

図14~図19は、複数ライザー管30に対してそれぞれ角度90°、135°、180°、225°、270°、315°で水流を当てたときの渦の発生状況の時間的な変化を示す。これらの角度においても、角度0°及び角度45°と同様に、ライザー管30aの各々に渦が反対位相で発生し、水流に垂直な方向の合力は相殺され、1本のライザー管30aの場合に比べて小さくなる。したがって、いずれの角度においても複数ライザー管30に生ずる渦励振(VIV)も小さくなる。 Figures 14 to 19 show temporal changes in the vortex generation when water streams are applied to multiple riser pipes 30 at angles of 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, and 315°, respectively. show. At these angles, vortices are generated in opposite phases in each of the riser pipes 30a, similar to the angles of 0° and 45°, and the resultant force in the direction perpendicular to the water flow is canceled out, and in the case of one riser pipe 30a becomes smaller compared to . Therefore, the vortex excitation (VIV) generated in the multiple riser pipes 30 is also reduced at any angle.

なお、複数ライザー管30に対する水流に垂直な方向の合力の相殺の程度及び渦励振(VIV)の低減の程度は、上記の通り、水流の強さやライザー管30aの距離及び配置により異なるので、複数ライザー管システム200を設置する状況に対してライザー管30aの最適距離や最適配置を正確に求めるため、予めシミュレーションによって解析することが好適である。 Note that the degree of cancellation of the resultant force in the direction perpendicular to the water flow on the multiple riser pipes 30 and the degree of reduction of vortex excitation vibration (VIV) vary depending on the strength of the water flow and the distance and arrangement of the riser pipes 30a, as described above. In order to accurately determine the optimal distance and optimal arrangement of the riser pipes 30a for the situation in which the riser pipe system 200 is installed, it is preferable to perform analysis in advance by simulation.

以上のように、本実施の形態における複数ライザー管システム200では、複数ライザー管30において3つ以上のライザー管30aを非対称に配置することによって、水流により複数ライザー管30に発生する渦の影響を抑制して渦励振(VIV)を低減することができる。 As described above, in the multiple riser pipe system 200 according to the present embodiment, by asymmetrically arranging three or more riser pipes 30a in the multiple riser pipes 30, the influence of vortices generated in the multiple riser pipes 30 by water flow is reduced. can be suppressed to reduce vortex induced vibrations (VIV).

本発明は、流体内に配置されるライザー管を用いる複数ライザー管の渦励振の低減方法、渦励振を低減する複数ライザー管システム、及び複数ライザー管システム用の位相変更ジョイント並びに非対称配置ブラケット線を提供する。本発明の適用範囲は、海洋や湖沼等の水中のライザー管を含めた線状構造物に限定されるものではなく、空中の屋外設置用ポールや電線等の気体中の線状構造物における渦励振(VIV)を低減するために利用することができる。なお、気体中の線状構造物に適用する場合は、請求項の水中等の水に関連した用語は、気体に置き替えて解釈するものとする。 The present invention provides a method for reducing vortex-induced vibrations in multiple riser tubes using riser tubes disposed within a fluid, a multiple-riser tube system that reduces vortex-induced vibrations, and a phase change joint and asymmetrically positioned bracket line for the multiple riser tube system. provide. The scope of application of the present invention is not limited to linear structures including riser pipes underwater in the ocean, lakes, etc., but also vortices in linear structures in gas such as aerial poles for outdoor installation and electric wires. It can be used to reduce excitation (VIV). In addition, when applied to a linear structure in a gas, terms related to water such as water in the claims shall be interpreted as being replaced with gas.

10 洋上施設、12 ライザー組立装置(デリック)、14 水中ポンプ、16 移送管、18 掘削ユニット、20 複数ライザー管、20a ライザー管セット、20b 位相変換ジョイント、20c コネクタ、22 ライザー管、24 スペーサ、30 複数ライザー管、30a(30a-1,30a-2,30a-3) ライザー管、30b 非対称配置ブラケット、30c コネクタ、32 ライザー管、100,200 複数ライザー管システム。 10 offshore facility, 12 riser assembly device (derrick), 14 submersible pump, 16 transfer pipe, 18 drilling unit, 20 multiple riser pipes, 20a riser pipe set, 20b phase conversion joint, 20c connector, 22 riser pipe, 24 spacer, 30 Multiple riser tubes, 30a (30a-1, 30a-2, 30a-3) Riser tubes, 30b Asymmetric placement brackets, 30c Connectors, 32 Riser tubes, 100,200 Multiple riser tube systems.

Claims (16)

水中に設けられた複数のライザー管の水流により生じる渦励振を低減する方法であって、
複数の前記ライザー管の配置を互いに異ならせることにより前記水流により複数の前記ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減する、又は、前記水流により複数の前記ライザー管により発生する渦の影響を抑制して複数の前記ライザー管に発生する渦励振を低減することを特徴とする複数ライザー管の渦励振の低減方法。
A method for reducing vortex excitation vibration caused by water flow in a plurality of riser pipes installed underwater, the method comprising:
By making the arrangement of the plurality of riser pipes different from each other, the vortex excitation vibration generated in the plurality of riser pipes by the water flow is canceled out and reduced, or the effect of the vortex generated by the plurality of riser pipes by the water flow is reduced. A method for reducing vortex-excited vibrations in a plurality of riser pipes, the method comprising suppressing vortex-excited vibrations generated in a plurality of riser pipes.
請求項1に記載の複数ライザー管の渦励振の低減方法であって、
複数の前記ライザー管を1つの組としたライザー管セットを用い、前記ライザー管セットと隣接する他の前記ライザー管セットとが相互に捩じられた状態となるように前記配置を互いに異ならせることにより前記ライザー管セット毎に異なる位相とし、前記ライザー管に発生する前記渦励振を相殺して低減することを特徴とする複数ライザー管の渦励振の低減方法。
A method for reducing vortex excitation vibration of a plurality of riser pipes according to claim 1, comprising:
A riser pipe set including a plurality of riser pipes is used, and the arrangement is different from each other so that the riser pipe set and the adjacent riser pipe set are mutually twisted. A method for reducing vortex excitation vibration of a plurality of riser tubes, characterized in that the phase is set to be different for each set of riser tubes, and the vortex excitation vibration generated in the riser tubes is canceled out and reduced.
請求項2に記載の複数ライザー管の渦励振の低減方法であって、
前記ライザー管セット毎の前記位相を異ならせるに当たり、同一の角度で連続して変えることを特徴とする複数ライザー管の渦励振の低減方法。
A method for reducing vortex excitation vibration of a plurality of riser pipes according to claim 2, comprising:
A method for reducing vortex excitation vibration of a plurality of riser tubes, characterized in that, in making the phases of each set of riser tubes different, the phases are successively changed at the same angle.
請求項3に記載の複数ライザー管の渦励振の低減方法であって、
前記同一の角度は360°を3以上の整数で除した角度であることを特徴とする複数ライザー管の渦励振の低減方法。
A method for reducing vortex excitation vibration of a plurality of riser pipes according to claim 3, comprising:
A method for reducing vortex excitation of multiple riser tubes, wherein the same angle is an angle obtained by dividing 360° by an integer of 3 or more.
請求項1に記載の複数ライザー管の渦励振の低減方法であって、
複数の前記ライザー管の長手方向に直角な面における相互の位置を非対称に配置することにより、前記ライザー管に発生する前記渦励振の原因となる渦を抑制することを特徴とする複数ライザー管の渦励振の低減方法。
A method for reducing vortex excitation vibration of a plurality of riser pipes according to claim 1, comprising:
A plurality of riser pipes characterized in that vortices that cause the vortex excitation vibration generated in the riser pipes are suppressed by asymmetrically arranging the positions of the plurality of riser pipes in a plane perpendicular to the longitudinal direction. How to reduce vortex excitation vibration.
請求項5に記載の複数ライザー管の渦励振の低減方法であって、
前記ライザー管の非対称に配置した前記相互の位置は、流れにより前記ライザー管に発生した前記渦の後流領域に他の前記ライザー管が位置するものであることを特徴とする複数ライザー管の渦励振の低減方法。
A method for reducing vortex excitation vibration of a plurality of riser pipes according to claim 5, comprising:
The asymmetrically arranged mutual positions of the riser pipes are such that the other riser pipes are located in the wake area of the vortices generated in the riser pipes due to the flow. How to reduce excitation.
請求項5又は6に記載の複数ライザー管の渦励振の低減方法であって、
複数の前記ライザー管の前記相互の位置の最適配置を予めシミュレーションで求めることを特徴とする複数ライザー管の渦励振の低減方法。
A method for reducing vortex excitation of multiple riser pipes according to claim 5 or 6, comprising:
A method for reducing vortex excitation of a plurality of riser pipes, characterized in that the optimum arrangement of the mutual positions of the plurality of riser pipes is determined in advance through simulation.
水中に設けられた複数のライザー管の水流により生じる渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、
複数の前記ライザー管と、
前記水流により複数の前記ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減するため、又は、前記水流により複数の前記ライザー管により発生する渦の影響を抑制するために前記ライザー管の配置を互いに異ならせる配置変更手段を備えることを特徴とする渦励振を低減する複数ライザー管システム。
A multiple riser pipe system that reduces vortex excitation vibration caused by water flow in a plurality of riser pipes installed underwater,
a plurality of the riser pipes;
In order to offset and reduce the vortex excitation vibration generated in the plurality of riser pipes by the water flow, or to suppress the influence of vortices generated by the plurality of riser pipes by the water flow, the riser pipes are arranged differently from each other. A multiple riser pipe system for reducing vortex excitation vibration, characterized in that it is equipped with a means for changing the arrangement of the riser pipes.
請求項8に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、
前記配置変更手段は、複数の前記ライザー管を1つの組とした複数のライザー管セットが相互に捩じられた状態となるように前記配置を変えることにより前記ライザー管セット毎に異なる位相として接続する位相変更ジョイントを有することを特徴とする渦励振を低減する複数ライザー管システム。
9. The multiple riser pipe system for reducing vortex excitation vibrations of claim 8,
The arrangement changing means connects each of the riser pipe sets as different phases by changing the arrangement so that a plurality of riser pipe sets including a plurality of riser pipes are mutually twisted. A multiple riser pipe system for reducing vortex-excited vibrations characterized by having a phase-changing joint that reduces vortex excitation.
請求項9に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、
同一の前記位相変更ジョイントを用いて、複数の前記ライザー管セットの前記位相が、同一の角度で連続して変えて接続されていることを特徴とする渦励振を低減する複数ライザー管システム。
10. The multiple riser tube system for reducing vortex excitation vibrations of claim 9,
A multiple riser pipe system for reducing vortex excitation vibration, characterized in that a plurality of riser pipe sets are connected using the same phase change joint so that the phases of the riser pipe sets are continuously changed at the same angle.
請求項10に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、
前記位相変更ジョイントの前記同一の角度は360°を3以上の整数で除した角度であることを特徴とする渦励振を低減する複数ライザー管システム。
11. The multiple riser pipe system for reducing vortex excitation vibrations of claim 10,
A multiple riser pipe system for reducing vortex excitation vibration, wherein the same angle of the phase change joint is an angle of 360° divided by an integer of 3 or more.
請求項8に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、
前記配置変更手段は、複数の前記ライザー管の長手方向に直角な面における相互の位置を非対称に配置し、複数の前記ライザー管の非対称な配置を維持する非対称配置ブラケットを有することを特徴とする渦励振を低減する複数ライザー管システム。
9. The multiple riser pipe system for reducing vortex excitation vibrations of claim 8,
The arrangement changing means includes an asymmetrical arrangement bracket that arranges the plurality of riser pipes asymmetrically relative to each other in a plane perpendicular to the longitudinal direction and maintains the asymmetrical arrangement of the plurality of riser pipes. Multiple riser tube system to reduce vortex excitation vibration.
請求項12に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、
前記非対称配置ブラケットの複数の前記ライザー管の前記相互の位置に関わる距離は、流れにより前記ライザー管に発生した渦の後流領域に、他の前記ライザー管が位置する距離であることを特徴とする渦励振を低減する複数ライザー管システム。
13. The multiple riser tube system for reducing vortex excitation vibration of claim 12,
The distance related to the mutual positions of the plurality of riser pipes of the asymmetrically arranged bracket is a distance at which another riser pipe is located in a wake region of a vortex generated in the riser pipe due to a flow. Multiple riser tube system to reduce vortex excitation.
請求項13に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、
前記非対称配置ブラケットの複数の前記ライザー管の前記相互の位置に関わる前記距離が、複数の前記ライザー管の前記相互の位置の最適配置を予めシミュレーションで求め決定した距離であることを特徴とする渦励振を低減する複数ライザー管システム。
14. The multiple riser pipe system for reducing vortex excitation vibrations of claim 13,
The vortex characterized in that the distance related to the mutual positions of the plurality of riser pipes of the asymmetrically arranged bracket is a distance determined in advance by calculating the optimum arrangement of the mutual positions of the plurality of riser pipes through simulation. Multiple riser tube system to reduce excitation.
請求項9から請求項11のいずれか1項に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムに用いる前記位相変更ジョイントであって、
複数の前記ライザー管セットに対応した接続部と所定の位相を変える形状とを有したことを特徴とする複数ライザー管システム用の位相変更ジョイント。
The phase change joint for use in a multiple riser pipe system for reducing vortex excitation vibration according to any one of claims 9 to 11,
A phase change joint for a multiple riser pipe system, characterized in that it has a connection part corresponding to a plurality of riser pipe sets and a shape that changes a predetermined phase.
請求項12から請求項14のいずれか1項に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムに用いる前記非対称配置ブラケットであって、
対象とする複数の前記ライザー管を非対称に配置するために異なった前記距離となる寸法の前記非対称配置ブラケットを複数種類有した組から成ることを特徴とする複数ライザー管システム用の非対称配置ブラケット。
15. The asymmetrically positioned bracket for use in a multiple riser pipe system for reducing vortex excitation vibrations according to any one of claims 12 to 14,
An asymmetrical arrangement bracket for a multiple riser pipe system, characterized in that the asymmetrical arrangement bracket comprises a set of a plurality of types of the asymmetrical arrangement brackets each having a dimension that provides the different distances for asymmetrically arranging the plurality of target riser pipes.
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