[發明專利]一種減小隔水管柱所受洋流阻力的浮力塊表面結構

在審

• 申請號: 201410626829.2
• 申請日: 2014-11-10
• 公開（公告）號: CN104453730A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 王國榮;廖崇吉;劉清友;周守衛;毛良杰;張敏;胡剛
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B17/01
• 分類號: E21B17/01
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

技術領域

本發明涉及減小洋流對隔水管柱的阻力的技術領域，特別是一種減小隔水管柱所受洋流阻力的浮力塊表面結構。

背景技術

隨著海洋油氣開發由淺海向1000-3000米深海邁進，隔水管柱作為海洋油氣開發的重要通道其長度也大大增長，相應在如此大長度下其所受到的繞流阻力作用也越發不可忽視，特別是對于隔水管柱端部連接支反力的增大以及渦激振動增強。繞流造成的巨大阻力必將對給水管的穩定性、安全性以及服役年限造成不利影響。因此，對于深水隔水管柱繞流減阻控制的研究顯得至關重要。

對于隔水管柱減阻方法如今已有較多研究，歸結起來主要就是：在隔水管柱周圍添加分離板或分離棒，在隔水管柱上添加螺旋條紋以及在隔水管柱外部添加有孔罩等，相應的限制隔水管柱擾流分離、干擾隔水管柱展向繞流相關性及影響表面剪切層的產生等以達到對隔水管柱繞流進行減阻的目的。它們都有一個共同缺點就是都需要在隔水管柱上額外添加構件，這對于處于復雜海洋環境工況下的隔水管柱無論從自重或是結構緊湊性上都是十分不利的。

???????非平表面減阻技術已受到學者廣泛關注，特別是在圓柱繞流方面，國外學者已經通過實驗證實粗糙的圓柱表面或是溝槽凹坑可以減小圓柱繞流中圓柱所受到到的流體阻力。現實生活能夠非常明顯看到非平表面減阻技術運用的例子就是對于高爾夫球上的設計。

發明內容

本發明的目的在于運用非平表面減阻技術，克服現有技術的缺點，提供一種具有減小隔水管柱所受洋流阻力且無需在隔水管柱上額外添加構件的浮力塊表面結構，實現隔水管柱端部支反力的減小以及渦激振動的減弱，提高隔水管柱可靠性，延長隔水管柱使用壽命。

由于非平表面減阻技術在高爾夫球減阻上的成功運用，本發明將非平表面減阻技術運用到對隔水管的減阻上。又高爾夫球表面凹坑尺寸設計：凹坑深度約為0.01倍高爾夫球直徑和凹坑的大小約為10倍凹坑深度，由此為本發明中非平表面的設計提供依據。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種減小隔水管柱所受洋流阻力的浮力塊表面結構，浮力塊的外徑D為0.9144~1.397m，這里將附于隔水管柱上的浮力塊外部輪廓近似為圓柱面，所述的浮力塊的柱面上且沿浮力塊的長度方向上設置有多個三角形溝槽，三角形溝槽沿隔水管柱的圓周方向均勻分布，所述的三角形溝槽的深度h為(0.01~0.03)D，三角形溝槽的寬度d為（0.05~0.1）D，三角形溝槽的數量n為15~30條。

所述的浮力塊的柱面上且沿浮力塊的長度方向上設置有多個圓弧形溝槽，圓弧形溝槽沿浮力塊的圓周方向均勻分布，所述的圓弧形溝槽的深度h為(0.01~0.05)D，圓弧形溝槽的寬度d為（0.01-0.03）D，圓弧形溝槽的數量n為15~30條。

所述的浮力塊的柱面上設置有以矩形陣列分布的矩形凹坑，每排矩形凹坑的數量n為15~30條，所述的矩形凹坑的深度h為(0.01~0.03)D，矩形凹坑的寬度d為（0.05~0.1）D，矩形凹坑的長度e為（0.05~0.15）D，沿浮力塊軸向方向上的每相鄰兩個矩形凹坑的距離s為(0.02~0.1)D。

所述的矩形凹坑以菱形陣列的形式分布在浮力塊的柱面上。

所述的浮力塊的柱面上設置有以矩形陣列分布的圓形凹坑，每排圓形凹坑的數量n為15~30條，所述圓形凹坑的深度h為(0.01~0.03)D，圓形凹坑的寬度d為（0.05~0.1）D，沿浮力塊軸向方向上的每相鄰兩個圓形凹坑的距離s為(0.02~0.1)D。

所述的圓形凹坑以菱形陣列的形式分布在浮力塊的柱面上。

所述的浮力塊的柱面上設置有以矩形陣列分布的橢圓形凹坑，所述的橢圓形凹坑的深度h為(0.01~0.03)D，橢圓形凹坑的長度d為（0.05~0.2）D，橢圓形凹坑的寬度e為（0.5~1）d，沿浮力塊軸向方向上的每相鄰兩個橢圓形凹坑的距離s為(0.02~0.1)D。

所述的橢圓形凹坑以菱形陣列的形式分布在浮力塊的柱面上。