[發明專利]一種海洋立管渦激振動抑制裝置及抑制方法

在審

• 申請號: 201810100604.1
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108194035A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 姚震球;孫碩;湯翔宇;劉傳藝;劉雯玉;郭琦;周偉楠
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: E21B17/01
• 分類號: E21B17/01;F15D1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種后體排列尾翼型旋轉式渦激振動抑制裝置，其特征在于，包括套裝于立管(1)上的一抑制裝置(2)、兩個旋轉單元(3)，所述抑制裝置(2)兩端各固定連接一個旋轉單元(3)，所述旋轉單元(3)夾持于所述立管(1)上。

2.根據權利要求1所述的后體排列尾翼型旋轉式渦激振動抑制裝置，其特征在于，所述抑制裝置(2)，由套筒(2-1)、至少兩個連接體(2-2)和后體尾翼(2-3)構成，所述套筒(2-1)為圓管狀結構，連接體(2-2)為柱狀體，后體尾翼(2-3)為斷截面呈“V”字形，位于所述立管(1)來流方向的下游左右對稱分布，“V”字形開口朝向下游；所述連接體(2-2)位于套筒(2-1)與后體尾翼(2-3)之間，一端固定連接所述套筒(2-1)，另一端與后體尾翼(2-3)固定連接。

3.根據權利要求1所述的后體排列尾翼型旋轉式渦激振動抑制裝置，其特征在于，所述旋轉單元(3)為行星齒輪式結構，包括中心輪(3-2)、至少4個行星輪(3-3)、外圈(3-4)、兩塊半圓環蓋板(3-1)和底板(3-2-2)，其中所述中心輪(3-2)、行星輪(3-3)和外圈(3-4)依順從里向外呈“內、中、外”分布且通過各自設有的輪齒相嚙合連接，所述底板(3-2-2)安裝在旋轉單元(3)底部與中心輪(3-2)固定連接，所述兩塊半圓環蓋板(3-1)鏡像對合安裝在旋轉單元(3)上部與中心輪(3-2)固定連接，從而形成密閉結構。

4.根據權利要求3所述的后體排列尾翼型旋轉式渦激振動抑制裝置，其特征在于，所述底板(3-2-2)及半圓環蓋板(3-1)的外徑均為外圈(3-4)外徑的0.9～0.95倍；半圓環蓋板(3-1)的內徑為套筒(2-1)外徑的0.95～0.99倍。

5.根據權利要求3或4所述的后體排列尾翼型旋轉式渦激振動抑制裝置，其特征在于，所述外圈(3-4)的輪齒(3-4-1)上下兩平面均設有密封圈槽(3-4-4)，所述半圓環蓋板(3-1)端面設有密封槽(3-1-3)。

6.根據權利要求2所述的后體排列尾翼型旋轉式渦激振動抑制裝置，其特征在于，所述套筒(2-1)的外表曲面上設置有若干半球形凹坑(2-1-2)，所述半球形凹坑(2-1-2)的排列方式為矩陣式或品字形排列，半球形凹坑直徑為套筒(2-1)外徑的1/20～1/10，兩個半球形凹坑(2-1-2)之間距離取為球徑的1～2倍，所述套筒(2-1)兩端面設有與所述旋轉單元(3)連接的螺孔，每個端面螺孔的數量至少為8個；所述套筒(2-1)的壁厚與半球形凹坑直徑相同。

7.根據權利要求2所述的后體排列尾翼型旋轉式渦激振動抑制裝置，其特征在于，所述連接體(2-2)的長度為套筒(2-1)外徑的1/3～1/2，其斷截面為方形、橢圓形、圓形中的任一種，外表面上設有順流向導流槽。

8.根據權利要求2所述的后體排列尾翼型旋轉式渦激振動抑制裝置，其特征在于，所述后體尾翼(2-3)的長度與套筒(2-1)相同，“V”字形的夾角α為80°～100°，后體尾翼(2-3)上設有若干與后體尾翼(2-3)的壁面垂直且矩陣式或品字形排列的通孔(2-3-1)，通孔(2-3-1)的截面形狀為圓形、橢圓形、方形或正多邊形。

9.根據權利要求1-8任一項所述的后體排列尾翼型旋轉式渦激振動抑制裝置，其特征在于，所述抑制裝置(2)和旋轉單元(3)的材質為表面鍍金屬鉻的鋼材、不銹鋼、鋁合金、聚氨酯和碳纖維復合材料中的任一種。

10.一種根據權利要求1-8任一項所述的后體排列尾翼型旋轉式渦激振動抑制裝置的實現方法，其特征在于，具體實現過程如下：

當來流方向為0°方向時，后體尾翼(2-3)通過旋轉單元(3)轉向來流方向下游180°處，當來流方向發生變化，即為30°或90°時，立管(1)周圍流場壓力發生變化，后體尾翼(2-3)通過旋轉單元(3)轉向來流方向下游210°或270°處，后體尾翼(2-3)始終處于來流方向的下游；

當來流流經套筒(2-1)時，由于套筒(2-1)上分布有半球形凹坑，套筒(2-1)周圍的流場被擾動，減弱了形成漩渦的能量；

當來流剪切層離開套筒(2-1)的邊緣，沿著連接體(2-2)表面上的順流向導流槽重新附著到后體尾翼(2-3)的表面，由于剪切層的波動相對較小，且能量較弱，延緩了漩渦的形成，減小了近尾流區壓力的波動；

當來流剪切層附著在后體尾翼(2-3)表面上時，兩側形成了閉合環流，這種對稱環流阻止了在近尾流區域內從一邊到另一邊形成交替的卡門渦街；反過來，它穩定了近尾流區，延遲了卡門渦街的形成；由于該環流在橫向的壓力梯度是對稱的，產生一種力消除效應，近尾流區波動壓力梯度減小，延遲了漩渦的形成，穩定了附近的尾流區，從而降低了振動的幅度；同時后體尾翼(2-3)上的通孔(2-3-1)減弱了順流向阻力，使得近尾流區域壓力梯度減小，實現了渦激振動的抑制。