[發(fā)明專利]深海立管唇式反向耦合雙螺旋葉片式渦激振動抑制裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010513203.2
• 申請日: 2010-10-20
• 公開（公告）號: CN102003152A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫麗萍;康莊;艾尚茂;王大明;里程
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: E21B17/10
• 分類號: E21B17/10;E21B15/02;F15D1/00
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種深海立管的渦激振動抑制裝置。?

背景技術(shù)

深海立管是海上平臺(半潛平臺、Spar平臺、張力腿式平臺、FPSO等)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，深海立管能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)對于海上油氣生產(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(斷裂，泄露)都與一種現(xiàn)象息息相關(guān)，就是渦激振動(VIV)現(xiàn)象。當(dāng)海流經(jīng)過圓柱形立管結(jié)構(gòu)的物體時，會在立管后部的兩側(cè)出現(xiàn)交替的旋渦，形成一個周期性的交變力作用在立管上，使立管在與海流流向一致和垂直的方向上同時產(chǎn)生振動，且在與海流方向相垂直方向上的振動最為劇烈。同時結(jié)構(gòu)的振動也會對流場產(chǎn)生影響，使旋渦增強(qiáng)，阻力加大。因此立管的渦激振動是一個典型的流固耦合現(xiàn)象。當(dāng)旋渦脫落的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率接近或者相同時，就會引起立管的強(qiáng)烈振動，同時發(fā)生“鎖定”現(xiàn)象，加劇立管的疲勞破壞。深海立管產(chǎn)生渦激振動的同時，也會對海上平臺主體造成影響，使平臺運(yùn)動幅度加大，造成立管節(jié)點(diǎn)處應(yīng)力增加，這對于剛性立管尤為嚴(yán)重。?

目前國外對深海立管渦激振動的抑制一般主要采用兩種方式，一種是在立管來流方向的后部加裝魚鰭狀導(dǎo)流板，另一種是加裝多組的螺旋形的導(dǎo)流板，以減少渦激振動。但是以上兩種裝置成本比較高，重量較大，性價比偏低。國內(nèi)尚無深海油田開發(fā)的經(jīng)驗，因此無深海立管渦激振動抑制裝置的具體使用案例。?

申請?zhí)枮?00810158612.8，名稱為海洋立管渦激振動的抑振方法及其抑振裝置的專利文件中，公開的抑制裝置為固定在導(dǎo)流罩上的擾流裝置，該裝置是有首尾相連的多個月牙形擾流肋組成的擾流肋條，而且擾流肋條以螺旋線纏繞的方式設(shè)置在導(dǎo)流罩的外表面上，其螺距為立管外徑的5-15倍。?

申請?zhí)枮?00710060647.3，名稱為海底管道渦激振動抑制方法的專利文件中，公開的是對海底管道渦激振動抑制方法，采用制作多對大小、彎曲弧度相同的舌狀導(dǎo)流片，每片導(dǎo)流片從底邊到頂端漸細(xì)，底邊開有方波狀切口，外壁上固定有Z字型激流絲；每一對導(dǎo)流片底邊的方波狀切口相配合；在海底管道上按照海底管道外徑1.5-2.5倍的間距裝配和固定導(dǎo)流罩，每個導(dǎo)流罩由兩對導(dǎo)流片經(jīng)過拼接和焊接，形成為中部凸起兩頂端連接的對稱殼體，將海底管道包覆在中部的部位。?

申請?zhí)枮?00810225715.1，名稱為一種水下管線渦激振動的抑制方法及裝置的專利文件?中，公開的的抑制裝置采用了的是環(huán)繞主管周向按120度間隔設(shè)置三根控制桿，所述控制桿與主桿平行。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)濟(jì)，高效的深海立管唇式反向耦合雙螺旋葉片式渦激振動抑制裝置。?

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：?

本發(fā)明的深海立管唇式反向耦合雙螺旋葉片式渦激振動抑制裝置由多個基本模塊組合而成，所述基本模塊又由導(dǎo)流罩和擾流葉片組成；導(dǎo)流罩為內(nèi)徑為立管的外徑的半圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)；基本模塊按周向展開后擾流葉片在導(dǎo)流罩上的布置位置為：從導(dǎo)流罩右上角到底邊中點(diǎn)處沿直線布置、且在兩端處各留有一定間隙，從軸向看擾流葉片的首尾分別距導(dǎo)流罩的縱、橫軸各有一個夾角θ；左旋和右旋基本模塊按照軸向截面對稱安裝于立管表面，形成一個基本擾流單元；各擾流單元沿著立管軸線首尾依次對接，上下兩個擾流單元對接處繞立管軸線錯開180度，依次串聯(lián)排列擾流單元使得擾流葉片呈唇式排列。?

本發(fā)明還可以包括：?

1、導(dǎo)流罩的厚度與內(nèi)徑D的關(guān)系滿足厚度為0.04D，導(dǎo)流罩的軸向長度為1.5-2.0m。?

2、所述中夾角θ為10°-15°。?

3、擾流葉片的橫剖面為等腰三角形。?

4、所述等腰三角形的底邊長z＝0.05D-0.2D，高d＝0.25D-0.5D，且底邊連接在導(dǎo)流罩的外表面。?

本發(fā)明針對深海立管渦激振動的產(chǎn)生機(jī)理，設(shè)計出一種能夠有效地改變立管周圍流場，抑制立管渦激振動的裝置。該裝置主要由附著于立管外的導(dǎo)流罩以及擾流葉片構(gòu)成。擾流葉片是由螺旋形排列的首尾相連的彎刀形擾流葉片所組成。該發(fā)明的特色在于在立管的兩側(cè)以唇式反向耦合的形式對稱布置兩組擾流葉片，以使擾流效果達(dá)到最優(yōu)化，使渦激振動對立管的疲勞壽命影響最小。?

本發(fā)明是一種新型、高效的深海立管渦激振動抑制裝置，該裝置的主要構(gòu)成為基本模塊，基本模塊的尺寸由立管的實際外徑尺寸確定?；灸K由導(dǎo)流罩和擾流葉片組成，將4-8個基本模塊上的擾流葉片按反向耦合雙螺旋的形式排列，并對稱安裝在立管上，形成一個抑制單元，將多個抑制單元組合在一起，形成本渦激振動抑制裝置。?