整流罩及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般地設(shè)及滿激振動（"VIV")的降低，W及更具體地，設(shè)及用于降低浸入 流體中的管線或其他結(jié)構(gòu)組件上的VIV的整流罩裝置，W及一種用于存儲并部署整流罩裝 置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過去幾十年對石油和氣體儲量的尋找已經(jīng)導(dǎo)致需要在更深的水域中探查。對于 離岸生產(chǎn)者，運(yùn)反過來導(dǎo)致需要建造可W承受強(qiáng)海洋流的結(jié)構(gòu)，該強(qiáng)海洋流會威脅管線、立 管或其它浸入組件的完整。
[0003] 海洋立管的VIV振幅已經(jīng)周知會增加拖曳，并且會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞。一種已證明的 抑制運(yùn)種振動的方法是使用整流罩和髓條。運(yùn)些遮蓋件本質(zhì)上改變了沿柱面的流動，平穩(wěn) 了卡口縱滿的產(chǎn)生，使得連貫作用減少或向下游作用足夠遠(yuǎn)使得它們與主體部的相互作用 減少。在目前現(xiàn)有技術(shù)中，有兩種類型的結(jié)構(gòu)，螺旋形導(dǎo)板和整流罩，用于抑制圍繞諸如立 管或其它支撐性結(jié)構(gòu)元件的垂直布置的浸入對象的VIV或滿致移動（VIM)。
[0004] 螺旋形導(dǎo)板：
[0005] 螺旋形導(dǎo)板附接在結(jié)構(gòu)的外側(cè)W通過沿樣本長度改變縱滿脫離模式和縱滿脫落 的關(guān)聯(lián)性來抑制VIV。最普通的螺旋形導(dǎo)板的幾何結(jié)構(gòu)是Ξ頭（three-start)立管。運(yùn)種 立管包括Ξ個(gè)沿樣本長度螺旋纏繞并延伸的Ξ角形或梯形剖面。該剖面長期固定在樣本 上，或者更普遍地，使用附接在樣本上的模塊附接。無論什么附接方法，螺旋形導(dǎo)板并不設(shè) 計(jì)為在操作期間移動而是相對對象保持固定位置。限定立管總形狀的兩個(gè)主要參數(shù)：節(jié)距 (P/D)和立管高度比化/D)，其中P表示設(shè)及流動主方向的節(jié)距，D是柱體的外徑，W及h是 從圓柱形構(gòu)件到立管頂部的外剖面距離。另外，立管剖面自身的局部幾何形表征螺旋形導(dǎo) 板。
[0006] 整流罩：
[0007] 為了在遭受到周圍的流體流動時(shí)變更結(jié)構(gòu)構(gòu)件的滿旋脫落模式，整流罩附接至該 結(jié)構(gòu)構(gòu)件。整流罩W允許整流罩圍繞其所附接的結(jié)構(gòu)構(gòu)件（例如，海洋鉆井立管）的中屯、 旋轉(zhuǎn)的方式附接。運(yùn)允許整流罩周圍流的方向排列一致。今天已經(jīng)有各種橫截面設(shè)計(jì)的整 流罩。
[0008]另外，也存在其他抑制VIV的方法，例如穿孔遮蔽物（perforatedS虹ouds)，但是 所有方法都使廣泛用于當(dāng)今工業(yè)的兩組上述概念遭受一些負(fù)面。
[0009] 如上所述的運(yùn)些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)被記錄在案并在下文中給出。有關(guān)滿激振動和VIV 抑制方法的書籍和論文：
[0010]Sa巧kaya，T.，I979,"滿激震蕩"，應(yīng)用力學(xué)雜志 46,PP.241-258。
[0011]Blevins,R.D.，1990,流致振動，VanNostrandReinhold出版社：紐約，美國。
[0012] Griffin, 0.M. &Ranberg，S.E.，1982,"滿旋脫落和海洋管件和豎管的應(yīng)用的近期 研究"，ASME能源技術(shù)雜志，104,PP.2-13。
[0013]Bearman，P.W.，1984,"振動純體的滿旋脫落"，流體力學(xué)的年度回顧，16， PP.195-222。
[0014]Z化avkovich，M.M. ,1997,圍繞圓筒的流動，第1卷：基本原理，牛津大學(xué)出版社： 倫敦，英國。
[0015]Naudascher，E&Rockwell，D.，1993,流致振動：工程指南.己爾科瑪：鹿特丹，荷 旦 .~··〇
[0016] 化ltinsen，0.M. ,2005,高速海洋車輛的流體力學(xué)。劍橋大學(xué)出版社。
[0017]Kristiansen,T. ,2009,活塞式共振的二維數(shù)值和試驗(yàn)的研究.博±論文，挪威科 技大學(xué)。
[001引化wman，J.N.，1977,海洋流體力學(xué)。麻省理工大學(xué)出版社，劍橋，馬薩諸塞州。
[0019]Sumer，B.M. &FredoseJ.，1997,圍繞圓柱形結(jié)構(gòu)的流體力學(xué)。世界科學(xué)：新加坡。
[0020] Skaugset，K.B. ,2003,通過徑向水射流的圓形筒的滿激振動的抑制，博：t論文，挪 威科技大學(xué)。
[0021] 此領(lǐng)域的專利公開文本包括W下：US5410979,US5421413,US5984584， US6010278,US6067922,US6179524B1，US6196768B1，US6223672B1，US2006/0021560A1U及 EP2049805B1。
[0022] 在下文中，將更詳細(xì)地解釋提到的現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)。依據(jù)本領(lǐng)域已知的螺旋形導(dǎo) 板，應(yīng)注意W下方面和限制。
[0023] 抑制滿激振動（VIV)的能力：
[0024] 需要螺旋形導(dǎo)板的特定尺寸W達(dá)到適當(dāng)?shù)腣IV抑制特性。節(jié)距和導(dǎo)板高度是至關(guān) 重要的參數(shù)。通常，增加導(dǎo)板高度對于VIV抑制特性有積極的效果。然而，運(yùn)帶來高拖曳力 的代價(jià)。
[00巧]局拖曳力：
[0026] 如上所述，螺旋形導(dǎo)板將增加在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的拖曳力。運(yùn)代表了構(gòu)造形成力問題 W及潛在的操作限制。在海洋鉆井立管的例子中，運(yùn)可依照預(yù)張力、頂部和底部角度限制W 及立管中的最大張力方面限制操作。結(jié)果是，在強(qiáng)烈的洋流中，鉆進(jìn)單元可被迫暫停鉆井操 作。
[0027] 依照整流罩，且特別地在本領(lǐng)域已知的海洋整流罩中，應(yīng)當(dāng)注意W下方面和限 制：
[002引抑制滿激振動（VIV)的能力：
[0029] 附接作為VIV抑制裝置的整流罩的主要原因是降低結(jié)構(gòu)上的振動W及材料疲勞。 然而，現(xiàn)有的整流罩具有不同的抑制性能。例如，流動狀態(tài)窗口是受限制的，現(xiàn)有技術(shù)的整 流罩本打算在該流動狀態(tài)窗口中工作。由于對于給定地點(diǎn)，經(jīng)歷的流動狀態(tài)（諸如洋流）是 不確定的，而且在量級和方向是變化的，至關(guān)重要的是獲得對所有操作狀態(tài)卓越的VIV抑 制特性。運(yùn)樣，不期望僅在特定的流動狀態(tài)窗口中起作用的整流罩設(shè)計(jì)。
[0030] 全局穩(wěn)定性：
[0031] 對于特定的洋流流動狀態(tài)，現(xiàn)有的整流罩可變得全局地不穩(wěn)定。此為共振現(xiàn)象。對 結(jié)構(gòu)構(gòu)件而言，與運(yùn)種全局不穩(wěn)定相關(guān)的運(yùn)動可謂是毀滅性的。運(yùn)動會變得比與VIV響應(yīng) 相關(guān)的運(yùn)動大得多，并且可引起快速的材料疲勞或結(jié)構(gòu)超載。對于離岸設(shè)施，與此相關(guān)聯(lián)的 失去對碳氨化合物的限制使用的可能性、健康、安全和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)會相當(dāng)?shù)馗摺?br>[0032] 結(jié)構(gòu)上的全局載荷：
[0033] 整流罩通常與相對低的拖曳力相關(guān)聯(lián)。然而，與現(xiàn)有的設(shè)計(jì)比較，還有很大改進(jìn)空 間。已知的是，在部署、取回和操作期間，整流罩上的局部力損傷整流罩。運(yùn)種損傷尤其是 在大整流罩的情形中，并且與來自船井或水柱上部中的波動相互作用關(guān)聯(lián)，運(yùn)些地方波動 是最主要活動。在操作期間，在整流罩的單個(gè)零件上的流體力可變得足夠大W引起整流罩 在結(jié)構(gòu)上瓦解或者被刺戳，防止風(fēng)標(biāo)效應(yīng)（weather-vaning)。由于熟知運(yùn)種情況會使鉆井 操作停止，為了避免運(yùn)種情況，需要新的小型且魯棒性的整流罩
[0034] 魯棒性 [00對操作問題：
[0036] 當(dāng)在離岸鉆井單元上部署整流罩時(shí)，一些關(guān)鍵操作的挑戰(zhàn)與整流罩的尺寸及重量 相關(guān)聯(lián)。小而輕的整流罩可克服許多操作問題。
[0037]存儲：
[0038] 現(xiàn)有的整流罩或螺旋形導(dǎo)板需要在鉆井單元上的相對大的存儲空間。一些鉆井單 元僅具有有限的空間W用于運(yùn)載運(yùn)樣的裝置。
[0039] 安裝和取回的時(shí)間及成本：
[0040] 對于鉆井作業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵的成本因素是部署和取回海底豎管的時(shí)間。由于設(shè)及 將VIV抑制裝置附接在海底豎管的每個(gè)結(jié)合處上的手工作業(yè)，使用傳統(tǒng)的螺旋形導(dǎo)板或海 洋整流罩將使得正常操作停止。增加的總部署和收回時(shí)間將不僅增加花費(fèi)在操作上的總時(shí) 間，還會增加可用天氣窗口的需求，需要可用天氣窗口W執(zhí)行操作。離案鉆井單元需要高的 日鉆機(jī)率（rigrate),因此用于安裝和部署的增加的時(shí)間可被證明是非常昂貴的。
[0041] 安裝和收回服E
[0042]VIV抑制裝置的高單元重量和尺寸不僅消耗時(shí)間，而且也代表了在安裝和收回階 段的HSE風(fēng)險(xiǎn)。
[004引安裝可行性：
[0044] 由于在鉆臺上有限的空間，需要用于存儲和部署的更簡單和更緊湊的系統(tǒng)和方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0045]因此，本發(fā)明的目的是提供一種整流罩系統(tǒng)和方法，用于預(yù)先安裝和部署所述整 流罩，其比已知的現(xiàn)有技術(shù)更有效且經(jīng)濟(jì)。
[0046] 該目的使用根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的系統(tǒng)解決。有益的進(jìn)一步改進(jìn)和實(shí)施方式是從屬 權(quán)利要求的目的，并且在詳細(xì)的說明書和附圖中。
【附圖說明】
[0047] 圖la-lc