[發明專利]一種引流噴射破壞繞流邊界層的渦激振動抑制裝置及方法

有效

• 申請號: 201610497136.7
• 申請日: 2016-06-30
• 公開（公告）號: CN106089108B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 朱紅鈞;張愛婧
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B17/01
• 分類號: E21B17/01;F15D1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于海洋立管設施鋪設領域，具體涉及一種引流噴射破壞繞流邊界層的渦激振動抑制裝置及方法。

技術背景

隨著海洋油氣資源開采力度的加大和向深水挺進步伐的加快，海洋立管長徑比逐漸增大，其所處的海洋環境也更加惡劣。當海流、波浪以一定的速度流經海洋立管時，會在海洋立管尾部產生周期性交替脫落的旋渦，旋渦的脫落改變了海洋立管壁面應力分布，并使其呈現周期性的變化，從而引發海洋立管振動，即渦激振動。在持續的渦激振動作用下，海洋立管會發生疲勞損壞和結構失穩，對安全作業和海洋環境都帶來了嚴重的隱患。因此，開展渦激振動的抑制研究有極為重要的工程實際意義。

在過去的半個多世紀中，國內外學者對渦激振動的機理研究已經取得了許多階段性成果，部分學者針對實際工程問題也提出了多種抑制渦激振動的措施，這些方法主要從流場控制和管道性能改變入手，流場控制又分為主動控制型和被動控制型兩種，主動控制型抑制裝置是指利用傳感器監測尾部流場信息，根據信息判斷后發出動態指令，引入相應大小的外部能量至流場中，從而有效控制旋渦脫落。被動控制則直接改變結構表面形狀或附加額外裝置以改變繞流剖面，從而改變流場，破壞旋渦的形成。管道性能改變主要通過調整管道自身結構的動力學參數，如質量、阻尼、剛度等，從而削弱管道的振動強度，減小其振動幅度。能否有機綜合這幾種手段，更為有效地抑制深水海洋立管的渦激振動是目前深水油氣開發亟待解決的問題。

發明內容

針對背景技術中所提出的問題，本發明旨在提供一種多功能、結構簡單、低成本的引流噴射破壞繞流邊界層的渦激振動抑制裝置及方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

一種引流噴射破壞繞流邊界層的渦激振動抑制裝置由固定圓盤、滾動軸承、引流入水管、開孔附屬管組成。固定圓盤由兩個對稱的半圓環形構件對接組裝而成，固定圓盤有兩個，按間隔一個開孔附屬管高度分別套裝在海洋立管外壁，通過螺栓固定。固定圓盤沿周向均勻開設有六個貫穿固定圓盤的圓形固定銜接孔，且固定銜接孔的軸線與固定圓盤的軸線平行。固定銜接孔一端孔徑大，另一端孔徑小，固定銜接大孔與固定銜接小孔間形成了臺階面，固定銜接大孔與固定銜接小孔內壁中部均設有母螺紋。上部固定圓盤的固定銜接大孔開口朝上，下部固定圓盤的固定銜接大孔開口朝下，且上、下固定圓盤的固定銜接孔圓心同軸。

滾動軸承為中間設滾珠的內外圈結構，滾動軸承內圈內壁中部設有母螺紋，滾動軸承外圈外壁中部設有公螺紋。每個固定銜接大孔均安置一個滾動軸承，且滾動軸承外圈外壁的公螺紋與固定銜接大孔內壁的母螺紋嚙合，使滾動軸承外圈固定于固定銜接大孔中，而滾動軸承內圈可以相對于滾動軸承外圈轉動。

引流入水管整體呈T字形，其T字形水平方向的一端設有圓錐面盲通板，另一端設有喇叭口，且喇叭開口向外；引流入水管T字形垂直方向的端部外壁設有公螺紋，其與下部固定圓盤的固定銜接大孔中的滾動軸承內圈內壁母螺紋嚙合，使引流入水管安裝固定于滾動軸承內圈。

每對上部固定圓盤的固定銜接小孔與下部固定圓盤的固定銜接小孔之間安裝有一根開孔附屬管，開孔附屬管兩端外壁加工有公螺紋，分別與上部固定圓盤固定銜接小孔內壁母螺紋和下部固定圓盤固定銜接小孔內壁母螺紋嚙合。開孔附屬管壁面沿其管軸方向均勻開設有一列圓形出水孔，且開孔正對海洋立管壁面。

所述的滾動軸承高度等于固定圓盤的固定銜接大孔高度。

利用所述的引流噴射破壞繞流邊界層的渦激振動抑制裝置可以提供一種引流噴射破壞繞流邊界層的渦激振動抑制方法。將安裝本發明裝置的海洋立管置于海水中，海流流經海洋立管時，受到六根開孔附屬管的干擾，繞流邊界層被擾亂，對旋渦的形成產生抑制。另外，海流沖擊在引流入水管的圓錐形盲通端和喇叭口上，驅動引流入水管旋轉，使其喇叭開口正對來流，并將海水引入至開孔附屬管，使海流動能轉變為壓能；開孔附屬管中的壓強大于外部海流壓強，使得開孔附屬管中的海水又從出水孔噴出，由于出水孔正對海洋立管壁面，噴出的海水對海洋立管表面的繞流邊界層產生直接的沖擊破壞，進一步抑制了旋渦的形成和脫落，從而實現了渦激振動的抑制。

本發明由于采取以上技術方案，具有以下優點：

1、本發明裝置引流入水管的圓錐形盲通端和喇叭口結構，可根據海流流向發生轉動調節，使引流入水管喇叭開口正對來流，既可引入更大流量的水流，又可將更多的來流動能轉變為開孔附屬管出水孔的噴射壓能。

2、本發明裝置可以作為一個基本單元，在實際安裝使用時，按照一定的間距在海洋立管上串列布置，實現不同部位的渦激振動抑制。