[发明专利]一种可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋隔水管设施铺设技术领域，具体涉及一种可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制装置及方法。

背景技术

我国石油天然气消费量迅猛增长，对外依存度节节攀高，随着陆上油气资源的逐渐衰竭，大力开采开发海洋油气已成为必然需求。目前，深海油气钻采输系统中有众多细长圆柱形结构物，如海洋隔水管、采油立管和输油管线等，它们的总造价超过整个钻采输系统的百分之五十。上述细长的结构物，在波浪或者海流的作用下，在一定雷诺数范围内后方都会出现周期性脱落的漩涡，使结构在与水流垂直的方向发生横向振动。以隔水管为例，当波浪或海流经过隔水管时，在一定的流速条件下，隔水管两侧会形成交替脱落的漩涡，漩涡的脱落对隔水管产生周期性的可变升力，使得隔水管在与流向垂直的方向上发生横向振动。同时，隔水管的振动又反过来对流场产生影响，增强漩涡的脱落，从而呈现流固耦合效应的涡激振动。这种情况会缩短隔水管的使用寿命，加剧疲劳破坏，一旦隔水管等细长结构物遭到破坏，会导致钻井泥浆或油气流体流入海洋，造成重大的海洋污染，毁灭性地破坏局部海洋生态环境。

为了减少和防止涡激振动产生的破坏作用，延长隔水管的使用寿命，通常在隔水管表面安装涡激振动的抑制装置。目前，研发出的涡激振动抑制装置主要有螺旋列板、分隔板、飘带、导向翼、扰流板、管套、整流罩等。但上述涡激振动的抑制装置一般固定安装在隔水管上，不能转动，面对海洋水流方向时常变化的作业环境，其应用有较大的局限性。

发明内容

本发明所要解决问题是针对现有海洋隔水管涡激振动抑制装置存在的不足，提供一种结构简单，性能可靠，现场安装方便，并能够应对任意来流方向的可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制装置由多个基本单元串列组合而成，所述的基本单元包括套筒和旋转模块两部分。旋转模块包括旋转模块固定件和旋转模块转动件两部分。旋转模块固定件由对称的两半环钢质构件组成，其内径等于隔水管外径，在旋转模块固定件的外侧面加工有一圈外凸圆环。旋转模块固定件从两侧固定套装在隔水管上，并使用螺栓连接固定。旋转模块转动件也由对称的两半环钢质构件组成，旋转模块转动件内径等于旋转模块固定件的外径，并在其内侧面加工有与旋转模块固定件外凸圆环相对应的弧形环槽，弧形环槽横截面为3/4圆弧，直径大于外凸圆环直径。旋转模块转动件的每个半环形钢质构件上设有与套筒轴向止动片对接的带螺栓孔的止动片凹槽。旋转模块转动件套装在旋转模块固定件外，通过螺栓进行连接，并使弧形环槽套在外凸圆环上。套筒是横截面为回旋镖形的柱体，由两个结构相同的塑料质块体组装而成。套筒存在与隔水管同轴的中心圆孔，中心圆孔的内径等于旋转模块转动件的外径。在套筒两块体接触面的上下端面均设有带螺栓孔的套筒耳夹，且在每个块体上下两端均存在带有螺栓孔的轴向止动片。套筒的两个块体从两侧套装在旋转模块转动件外，且两个块体之间呈镜像反转对称，并使轴向止动片卡入旋转模块转动件上的止动片凹槽中，通过螺栓连接固定；同时，两个块体端部的套筒耳夹相互对齐，也通过螺栓连接固定。

一种可转回旋镖式隔水管涡激振动抑制方法，在隔水管外间隔一个套筒高度的位置固定安装两个旋转模块固定件，在每个旋转模块固定件外套装一个旋转模块转动件，套筒套装在旋转模块转动件外，并由轴向止动片限制其轴向滑动。套筒的横截面为回旋镖形，任一方向来流作用在套筒表面上，会在套筒迎流表面的平面段和弧面段产生数值大小不同的压力，从而形成绕套筒中轴的转向力。在旋转模块固定件外凸圆环和旋转模块转动件弧形环槽的配合下，水流作用在套筒表面的转向力将驱使套筒旋转。水流不断流经套筒，使得套筒持续旋转，有效破坏了隔水管外的绕流流场，干扰其后方漩涡的形成，从而实现涡激振动的抑制。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明可实现自由旋转，能有效减缓不同来流方向引发的涡激振动，适应流向频繁变化的深海环境；

2、本发明的套筒由塑料制造而成，成本低廉，可重复使用，还可为隔水管提供一定的浮力；

3、本发明可以根据现场实际情况，自由调节各基本单元之间的距离，以达到最佳的涡激振动抑制效果。

附图说明

图1为本发明装置立体结构示意图

图2为本发明套筒剖面示意图

图3为本发明套筒结构示意图

图4为本发明旋转模块立体结构示意图

图5为A-A剖面示意图

图6为本发明旋转模块转动件示意图