專利名稱：一種海洋立管的斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種渦激振動(dòng)抑制裝置，特別是關(guān)于一種海洋立管的斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置。
背景技術(shù)：
深海立管是海上生產(chǎn)平臺(tái)與海底井口的唯一連接結(jié)構(gòu)，主要功能為將海底氣田內(nèi)的油氣輸送到海上生產(chǎn)平臺(tái)，因此深海立管能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)于海上油氣生產(chǎn)關(guān)系重大。在立管海損事故當(dāng)中，幾種主要的破壞形式(如斷裂或泄露)都與一種流體現(xiàn)象息息相關(guān)，就是渦激振動(dòng)(VIV)現(xiàn)象。當(dāng)海流經(jīng)過(guò)立管時(shí)，會(huì)在立管后部的兩側(cè)出現(xiàn)交替的旋渦，形成一個(gè)周期性的交變力作用在立管上，使立管在與海流方向一致和垂直的方向上同時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，且在與海流方向相垂直方向上的振動(dòng)最為劇烈。同時(shí)立管的振動(dòng)也會(huì)對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生影響， 使阻力加大，因此立管的渦激振動(dòng)是一個(gè)典型的流固耦合現(xiàn)象。當(dāng)旋渦脫落的頻率與立管的固有頻率接近或者相同時(shí)，就會(huì)引起立管的強(qiáng)烈振動(dòng)，發(fā)生“鎖定”現(xiàn)象，加劇立管的疲勞破壞。目前國(guó)外對(duì)深海立管渦激振動(dòng)的抑制一般主要采用兩種方式一種是在立管來(lái)流方向的后部加裝魚(yú)鰭狀導(dǎo)流板，另一種是加裝螺旋形的導(dǎo)流板，以減少渦激振動(dòng)。但以上兩種裝置成本比較高，重量較大，性價(jià)比偏低。由于國(guó)內(nèi)尚無(wú)深海油田開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，因此也沒(méi)有深海立管渦激振動(dòng)抑制裝置的具體使用案例。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠有效地改變海洋立管周?chē)鲌?chǎng)，抑制海洋立管渦激振動(dòng)的斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于它包括若干個(gè)基本擾流單元，每一所述基本擾流單元由一導(dǎo)流罩和一擾流葉片組成；所述導(dǎo)流罩為半圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述擾流葉片布置在所述導(dǎo)流罩的外表面；將一對(duì)所述基本擾流單元對(duì)稱安裝在海洋立管的外表面，再根據(jù)所述擾流葉片首尾相連的原則，與另一對(duì)所述基本擾流單元連接，從而使所述擾流葉片呈對(duì)稱的斜紋雙耦合狀；將多對(duì)所述基本擾流單元以此方法依次組合安裝在所述海洋立管的外表面后， 形成海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置。所述導(dǎo)流罩內(nèi)徑與所述海洋立管外徑一致，厚度為0.04倍所述海洋立管外徑，軸向長(zhǎng)度根據(jù)需要調(diào)整，以1. 5 2. Om為宜。所述擾流葉片為彎刀形，且所述擾流葉片的橫剖面為等腰三角形，所述等腰三角形的底邊長(zhǎng)為0. 05 0. 5倍所述海洋立管外徑，高為0. 05 0. 5倍所述海洋立管外徑。所述擾流葉片從所述導(dǎo)流罩頂邊左上角到底邊中點(diǎn)處沿直線布置，并在所述導(dǎo)流罩兩端處各留有一定間隙L，且L的長(zhǎng)度為0. 1倍 0. 5倍所述海洋立管外徑。所述導(dǎo)流罩橫截面的兩邊各設(shè)置有4個(gè)螺栓緊固扣，所述4個(gè)螺栓緊固扣的位置分別位于所述導(dǎo)流罩段長(zhǎng)的1/8、3/8、5/8和7/8處。所述海洋立管為深海自由站立式立管、柔性立管、鋼懸鏈線立管或混合型立管。所述基本擾流單元采用微毒性硬質(zhì)塑料一次性壓膜加工成形。本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型采用了斜紋雙耦合式的擾流葉片布置形式，可以有效地抵抗海流流經(jīng)所引發(fā)的振動(dòng)，使渦激振動(dòng)的不良影響最小化。通過(guò)計(jì)算表明，在同樣的海洋立管以及流場(chǎng)情況下，與無(wú)渦激振動(dòng)抑制裝置的情況相比，采用本實(shí)用新型可以使海洋立管的渦激振動(dòng)幅值減小80%以上。2、本實(shí)用新型采用微毒性硬質(zhì)塑料為原料，一方面能有效降低成本，簡(jiǎn)化制作工藝，并可有效抑制海洋生物的生長(zhǎng)，另一方面由于硬質(zhì)塑料密度比海水的密度小，因此可以為海洋立管提供一定的浮力，從而減少海洋立管上浮體的數(shù)量，節(jié)省海洋立管上所需浮體的造價(jià)。3、本實(shí)用新型采用模塊化生產(chǎn)、組裝的方式，便于生產(chǎn)和安裝，且單個(gè)模塊的長(zhǎng)度可以根據(jù)不同的海況以及海洋立管的曲率進(jìn)行調(diào)整，從而可以避免由于彎曲過(guò)大所造成的應(yīng)力集中現(xiàn)象，使本實(shí)用新型的壽命大大加強(qiáng)。本實(shí)用新型可以廣泛應(yīng)用于深海自由站立式立管、柔性立管、鋼懸鏈線立管或混合型立管等海洋立管上。

[0013]圖1是本實(shí)用新型的軸側(cè)圖[0014]圖2是本實(shí)用新型的側(cè)向視圖[0015]圖3是本實(shí)用新型基本擾流單元的軸向視圖[0016]圖4是本實(shí)用新型擾流葉片的剖面圖[0017]圖5是本實(shí)用新型基本擾流單元的周向展開(kāi)圖[0018]圖6是本實(shí)用新型基本擾流單元的螺栓緊固布置圖[0019]圖7是本實(shí)用新型的兩個(gè)基本擾流單元對(duì)稱安裝圖[0020]圖8是本實(shí)用新型的四個(gè)基本擾流單元安裝圖[0021]圖9是本實(shí)用新型的八個(gè)基本擾流單元安裝圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1 圖3所示，本實(shí)用新型包括若干個(gè)基本擾流單元2每一基本擾流單元2 由一導(dǎo)流罩3和一擾流葉片4組成。導(dǎo)流罩3為半圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，擾流葉片4布置在導(dǎo)流罩 3的外表面。如圖7所示，將一對(duì)基本擾流單元2對(duì)稱安裝在海洋立管的外表面，再根據(jù)擾流葉片4首尾相連的原則，與另一對(duì)基本擾流單元2連接，從而使擾流葉片4呈對(duì)稱的斜紋雙耦合狀(如圖8所示)。根據(jù)海洋立管需要安裝渦激振動(dòng)抑制裝置段的總長(zhǎng)度，將多對(duì)基本擾流單元2以此方法依次組合安裝在海洋立管的外表面后，形成海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置1。如圖9所示，是8個(gè)基本擾流單元2的安裝圖。上述實(shí)施例中，導(dǎo)流罩3內(nèi)徑與海洋立管外徑一致，厚度為0.04倍海洋立管外徑， 軸向長(zhǎng)度可根據(jù)需要調(diào)整，以1. 5 2. Om為宜。上述實(shí)施例中，擾流葉片4為彎刀形，且擾流葉片4的橫剖面為等腰三角形(如圖4所示)，等腰三角形的底邊長(zhǎng)ζ為0. 05 0. 5倍海洋立管外徑，高d為0. 05 0. 5倍海
洋立管外徑。上述實(shí)施例中，擾流葉片4從導(dǎo)流罩3頂邊左上角到底邊中點(diǎn)處沿直線布置，并在導(dǎo)流罩3兩端處各留有一定間隙L(如圖5所示)，從而使多對(duì)基本擾流單元2拼裝時(shí)，擾流葉片4之間保留有一定的空隙，不僅避免了擾流葉片4之間的干涉，同時(shí)還優(yōu)化了渦激振動(dòng)抑制效果。其中，L的長(zhǎng)度為0. 1倍 0. 5倍海洋立管外徑。上述實(shí)施例中，導(dǎo)流罩3橫截面的兩邊各設(shè)置有4個(gè)螺栓緊固扣5，可以方便一對(duì)基本擾流單元2安裝緊固，保證安裝后不會(huì)與海洋立管間產(chǎn)生滑動(dòng)。4個(gè)螺栓緊固扣5的位置分別位于導(dǎo)流罩3段長(zhǎng)的1/8、3/8、5/8和7/8處(如圖6所示)。上述實(shí)施例中，海洋立管可以為深海自由站立式立管、柔性立管、鋼懸鏈線立管或混合型立管等。上述實(shí)施例中，根據(jù)海洋立管的尺寸計(jì)算得到導(dǎo)流罩3和擾流葉片4的尺寸，制造基本擾流單元2的模具，采用微毒性硬質(zhì)塑料為原料，一次性將基本擾流單元2壓膜加工成形。采用微毒性硬質(zhì)塑料一方面能有效降低成本，簡(jiǎn)化制作工藝，并可有效抑制海洋生物的生長(zhǎng)，另一方面由于硬質(zhì)塑料密度比海水的密度小，因此可以為海洋立管提供一定的浮力， 從而減少海洋立管上浮體的數(shù)量，節(jié)省海洋立管上所需浮體的造價(jià)。本實(shí)用新型僅以上述實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置、及其連接都是可以有所變化的，在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本實(shí)用新型原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求1.一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于它包括若干個(gè)基本擾流單元，每一所述基本擾流單元由一導(dǎo)流罩和一擾流葉片組成；所述導(dǎo)流罩為半圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述擾流葉片布置在所述導(dǎo)流罩的外表面；將一對(duì)所述基本擾流單元對(duì)稱安裝在海洋立管的外表面，再根據(jù)所述擾流葉片首尾相連的原則，與另一對(duì)所述基本擾流單元連接，從而使所述擾流葉片呈對(duì)稱的斜紋雙耦合狀；將多對(duì)所述基本擾流單元以此方法依次組合安裝在所述海洋立管的外表面后，形成海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于所述導(dǎo)流罩內(nèi)徑與所述海洋立管外徑一致，厚度為0. 04倍所述海洋立管外徑，軸向長(zhǎng)度為1. 5 2. Om0
3.如權(quán)利要求1所述的一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于所述擾流葉片為彎刀形，且所述擾流葉片的橫剖面為等腰三角形，所述等腰三角形的底邊長(zhǎng)為0. 05 0. 5倍所述海洋立管外徑，高為0. 05 0. 5倍所述海洋立管外徑。
4.如權(quán)利要求2所述的一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于所述擾流葉片為彎刀形，且所述擾流葉片的橫剖面為等腰三角形，所述等腰三角形的底邊長(zhǎng)為0. 05 0. 5倍所述海洋立管外徑，高為0. 05 0. 5倍所述海洋立管外徑。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于所述擾流葉片從所述導(dǎo)流罩頂邊左上角到底邊中點(diǎn)處沿直線布置，并在所述導(dǎo)流罩兩端處各留有間隙L，且L的長(zhǎng)度為0. 1倍 0. 5倍所述海洋立管外徑。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于所述導(dǎo)流罩橫截面的兩邊各設(shè)置有4個(gè)螺栓緊固扣，所述4個(gè)螺栓緊固扣的位置分別位于所述導(dǎo)流罩段長(zhǎng)的1/8、3/8、5/8和7/8處。
7.如權(quán)利要求5所述的一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于所述導(dǎo)流罩橫截面的兩邊各設(shè)置有4個(gè)螺栓緊固扣，所述4個(gè)螺栓緊固扣的位置分別位于所述導(dǎo)流罩段長(zhǎng)的1/8、3/8、5/8和7/8處。
8.如權(quán)利要求1或2或3或4或7所述的一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于所述海洋立管為深海自由站立式立管、柔性立管、鋼懸鏈線立管或混合型立管。
9.如權(quán)利要求5所述的一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于所述海洋立管為深海自由站立式立管、柔性立管、鋼懸鏈線立管或混合型立管。
10.如權(quán)利要求6所述的一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于所述海洋立管為深海自由站立式立管、柔性立管、鋼懸鏈線立管或混合型立管。
11.如權(quán)利要求1或2或3或4或7或9或10所述的一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于所述基本擾流單元采用微毒性硬質(zhì)塑料一次性壓膜加工成形。
12.如權(quán)利要求5所述的一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于所述基本擾流單元采用微毒性硬質(zhì)塑料一次性壓膜加工成形。
13.如權(quán)利要求6所述的一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于所述基本擾流單元采用微毒性硬質(zhì)塑料一次性壓膜加工成形。
14.如權(quán)利要求8所述的一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于所述基本擾流單元采用微毒性硬質(zhì)塑料一次性壓膜加工成形。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置，其特征在于它包括若干個(gè)基本擾流單元，每一基本擾流單元由一導(dǎo)流罩和一擾流葉片組成；導(dǎo)流罩為半圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，擾流葉片布置在導(dǎo)流罩的外表面；將一對(duì)基本擾流單元對(duì)稱安裝在海洋立管的外表面，再根據(jù)擾流葉片首尾相連的原則，與另一對(duì)基本擾流單元連接，從而使擾流葉片呈對(duì)稱的斜紋雙耦合狀；將多對(duì)基本擾流單元以此方法依次組合安裝在海洋立管的外表面后，形成海洋立管斜紋雙耦合葉片式渦激振動(dòng)抑制裝置。通過(guò)計(jì)算表明，在同樣的海洋立管以及流場(chǎng)情況下，與無(wú)渦激振動(dòng)抑制裝置的情況相比，采用本實(shí)用新型可以使海洋立管的渦激振動(dòng)幅值減小80％以上。
文檔編號(hào)E21B17/10GK202100212SQ201020699529
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者馮瑋, 周守信, 孫麗萍, 康莊, 張恩勇, 曹靜, 李新仲, 沙勇, 王大明, 王星, 賈旭 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司, 中海石油研究中心, 哈爾濱工程大學(xué)