[發明專利]一種可轉五角葉輪式渦激振動抑制裝置及方法

有效

• 申請號: 201310418250.2
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103437717A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 朱紅鈞;趙洪南;林元華;馮光;劉清友;馬粵;戚興;韓青華;潘倩
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B17/10
• 分類號: E21B17/10;F15D1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于海洋隔水管設施鋪設技術領域，具體涉及一種可轉五角葉輪式渦激振動抑制裝置及方法。

背景技術

在深水油氣田的開采過程中，海洋隔水管連接平臺與水下井口，為鉆井液及地層流體提供安全通道，其服役的可靠性對于油氣鉆采的安全運行具有重要意義。海洋隔水管所處環境條件惡劣，受力情況復雜。當波浪、海流流經隔水管時，將在隔水管后方形成漩渦，漩渦的形成和脫落改變了隔水管后方的流速分布，誘發了隔水管的渦激振動。當漩渦脫落頻率接近或等于海洋隔水管某一固有頻率時，即會引發共振，加速隔水管的疲勞破壞。一旦隔水管結構發生失效，不僅會引起海上重大安全事故，造成巨大的經濟損失，還將對海洋環境造成災難性的破壞。

現有的渦激振動抑制裝置主要分為主動抑制和被動抑制兩類。主動抑制技術的原理是在流場中加入外部能量從而抑制漩渦脫落。而被動抑制是指通過改變管線外部形狀或者安裝附加裝置來達到抑制尾跡漩渦脫落的目的。但是在海洋復雜環境下，主動抑制技術應用起來還比較困難，所以更多地考慮使用被動抑制技術。其中，控制桿、表面突起、分離盤等是已經研發出的典型的被動抑制裝置，但它們均不能應對任意方向來流，實際使用范圍受限。

發明內容

本發明所要解決問題是針對現有海洋隔水管渦激振動抑制裝置存在的不足，提供一種性能可靠，現場安裝方便，并能夠應對任意方向來流的可轉五角葉輪式渦激振動抑制裝置及方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種可轉五角葉輪式渦激振動抑制裝置由多個基本單元組合而成，基本單元包括五角葉輪、圓柱滾子以及固定卡環三部分。其中所述的五角葉輪為五角形柱體，五角葉輪存在與隔水管同軸的中心圓孔，中心圓孔直徑大于隔水管外徑；五角葉輪每個角上的兩個側面形狀不同，一個側面為平面，另一個側面為內凹的弧面，五角葉輪的外側面由上述兩種側面交替而成；五角葉輪每個角內均含有一個軸線平行于中心圓孔軸線的貫穿圓孔，貫穿圓孔連通五角葉輪上下兩個端面；在五角葉輪中心圓孔內側上下兩端均設置有周向間隔45°的圓弧形插孔，一端八個，用于安插圓柱滾子，圓弧形插孔的形狀為3/4圓弧，沿軸向深度小于圓柱滾子的高度。

圓柱滾子的數量與圓弧形插孔的數量一致，圓柱滾子外徑小于圓弧形插孔的圓弧部分直徑；圓柱滾子與隔水管外切，同時與圓弧形插孔內切；圓柱滾子的高度大于圓弧形插孔的深度。

固定卡環由兩個對稱的半圓形柱體通過螺栓連接而成，每個半圓形柱體均為臺階形，圓柱滾子外端面與固定卡環內側臺階端面接觸，固定卡環的內徑與隔水管的外徑相等，以限制五角葉輪在軸線方向上的移動。

所述的一種可轉五角葉輪式渦激振動抑制裝置可以提供一種可轉五角葉輪式渦激振動抑制方法，將該裝置套裝在隔水管上放入海水中，任意角度來流沖擊五角葉輪后，由于五角葉輪每個角的兩個側面形狀都不一樣，因此受到的沖擊力不一樣，從而會產生沿切向的分力，驅動五角葉輪旋轉；在五角葉輪與圓柱滾子的配合下，五角葉輪能夠360°自由旋轉，有效破壞隔水管后方漩渦的形成，實現渦激振動的抑制。

本發明由于采取以上技術方案，具有以下優點：

1、本發明可實現自由旋轉，能夠破壞隔水管后方產生的周期性漩渦，可以應對不同方向來流，適應不同的海洋環境，延長水下隔水管的使用壽命；

2、本發明的五角葉輪由塑料制造而成，節約成本，不易腐蝕和損壞，同時產生的浮力可以減少隔水管的重力效應；

3、本發明的貫穿圓孔中可以填充輕質材料以增加浮力，更大程度地減輕隔水管在海水中的重力效應；

4、本發明可以根據現場實際情況，自由調節基本單元之間的距離，最大程度上抑制隔水管的渦激振動。

附圖說明

圖1為本發明立體結構示意圖

圖2為本發明五角葉輪與圓柱滾子的結構示意圖

圖3為本發明固定卡環的結構示意圖

其中：1、隔水管；2、五角葉輪；3、圓弧形插孔；4、貫穿圓孔；5、固定卡環；6、圓柱滾子。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施作進一步描述。

本發明涉及一種可轉五角葉輪式渦激振動抑制裝置由多個基本單元組合而成，如圖1所示，一個基本單元包括五角葉輪2、圓柱滾子6以及固定卡環5三部分。