[发明专利]一种可旋六角开孔叶轮涡激振动抑制装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋立管设施铺设技术领域，具体涉及一种可旋六角开孔叶轮涡激振动抑制装置及方法。

背景技术

随着陆上油气资源的日益枯竭，大力开发深水油气资源已成为必然趋势。海洋立管是连接海洋平台与水下井口间的关键通道，当波浪、海流以一定流速流经海洋立管时，会在立管后方形成周期性脱落的漩涡，当漩涡的脱落频率与立管的某一阶固有频率接近时，就产生了涡激振动现象，从而加剧立管的疲劳破坏。一旦海洋立管失效，钻井液或地层油气将泄漏到海水中，造成巨大的经济损失，并对海洋环境产成灾难性的破坏。

为了减少涡激振动对海洋立管的破坏作用，延长海洋立管的使用寿命，通常在海洋立管上安装涡激振动抑制装置，通过改变海洋立管表面的形状，从而改变立管周围的流场，削弱周期性漩涡的形成和发展。目前，海洋立管涡激振动抑制装置主要有螺旋列板、整流片和叉排浮块等。但它们中有些装置结构复杂，有些造价昂贵，且大多数不能应对任意方向来流，难以满足深海复杂工况。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对现有海洋立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，适应现实海洋环境流向不断变化的可旋六角开孔叶轮涡激振动抑制装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可旋六角开孔叶轮涡激振动抑制装置，由多个基本单元沿海洋立管轴线方向串列组合而成，所述的基本单元又由内圈和叶轮模块组成。内圈是由对称的两半圆筒塑料制构件组成，其外表面沿着垂向等间距设置有四个大小相同的外凸圆环，外凸圆环的横截面为半圆，沿内圈外表面环绕一周。内圈的两半圆筒从两侧套装固定在海洋立管上，两半圆筒两端均设有螺栓孔，两半圆筒之间通过螺栓连接。叶轮模块同样由对称的两半圆筒塑料制构件组成，在其内表面对应内圈外凸圆环的位置加工有环槽。叶轮模块内表面的环槽横截面为3/4圆弧，环槽直径大于内圈的外凸圆环直径。叶轮模块的两半圆筒从两侧套装在内圈外面，通过螺栓连接，使内圈的外凸圆环和叶轮模块的环槽对接。叶轮模块的每个半圆筒外壁设有3个叶片，呈60°均匀分布在其外表面上，叶片横截面为等腰内凹曲边三角形。叶轮模块周向的6个叶片中，每间隔一个叶片上，沿垂向等间距开设有四个大小相同的导流孔。叶轮模块的两端设有轴向止动片，以限制叶轮模块的轴向滑动。

一种可旋六角开孔叶轮涡激振动抑制方法，在海洋立管外安装可自由旋转的六角开孔叶轮模块，叶轮模块周向有6个叶片，呈60°均匀分布在其外表面上，每间隔一个叶片上，沿垂向等间距开设有四个大小相同的导流孔。当海流流经立管时，叶轮模块相邻的两个叶片上，一个开设有导流孔，而另一个没有，则部分海流会穿过导流孔流至叶片后方，使得相邻的两个叶片的受力情况不一样，从而为叶轮模块的旋转提供力矩。通过内圈的外凸圆环和叶轮模块内表面的环槽配合，可以实现叶轮模块的自由旋转，破坏了绕立管海流的流场分布，干扰了立管后方漩涡的形成，从而实现涡激振动的抑制。

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：

1、本发明装置可以自由转动，干扰了立管后方漩涡的形成，对海流方向不断变化的现实环境具有较好的适应性；

2、本发明的整个装置由塑料制造而成，能大幅降低成本，简化制造工艺，不易腐蚀和损坏，可以重复使用，也可为立管提供一定的浮力；

3、本发明可以根据现场实际情况，调整基本单元在立管上的覆盖率及调节各基本单元之间的距离，以达到最佳的抑制效果。

附图说明

图1为本发明装置立体结构示意图

图2为本发明装置内圈立体结构示意图

图3为本发明装置叶轮模块立体结构示意图

其中：1.立管；2.内圈；3.外凸圆环；4.螺栓孔；5.叶轮模块；6.环槽；7.轴向止动片；8.叶片；9.导流孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。

本发明由多个基本单元沿海洋立管轴线方向串列组合而成，如图1、图2、图3所示，本发明的一个基本单元又由内圈2和叶轮模块5组成。

内圈2是由对称的两半圆筒塑料制构件组成，其外表面沿着垂向等间距设置有四个大小相同的外凸圆环3，外凸圆环3的横截面为半圆，沿内圈2外表面环绕一周。内圈2的两半圆筒从两侧套装固定在海洋立管1上，两半圆筒两端均设有螺栓孔4，两半圆筒之间通过螺栓连接。