[发明专利]一种减小隔水管柱所受洋流阻力的浮力块表面结构

说明书

技术领域

本发明涉及减小洋流对隔水管柱的阻力的技术领域，特别是一种减小隔水管柱所受洋流阻力的浮力块表面结构。

背景技术

随着海洋油气开发由浅海向1000-3000米深海迈进，隔水管柱作为海洋油气开发的重要通道其长度也大大增长，相应在如此大长度下其所受到的绕流阻力作用也越发不可忽视，特别是对于隔水管柱端部连接支反力的增大以及涡激振动增强。绕流造成的巨大阻力必将对给水管的稳定性、安全性以及服役年限造成不利影响。因此，对于深水隔水管柱绕流减阻控制的研究显得至关重要。

对于隔水管柱减阻方法如今已有较多研究，归结起来主要就是：在隔水管柱周围添加分离板或分离棒，在隔水管柱上添加螺旋条纹以及在隔水管柱外部添加有孔罩等，相应的限制隔水管柱扰流分离、干扰隔水管柱展向绕流相关性及影响表面剪切层的产生等以达到对隔水管柱绕流进行减阻的目的。它们都有一个共同缺点就是都需要在隔水管柱上额外添加构件，这对于处于复杂海洋环境工况下的隔水管柱无论从自重或是结构紧凑性上都是十分不利的。

       非平表面减阻技术已受到学者广泛关注，特别是在圆柱绕流方面，国外学者已经通过实验证实粗糙的圆柱表面或是沟槽凹坑可以减小圆柱绕流中圆柱所受到到的流体阻力。现实生活能够非常明显看到非平表面减阻技术运用的例子就是对于高尔夫球上的设计。

发明内容

本发明的目的在于运用非平表面减阻技术，克服现有技术的缺点，提供一种具有减小隔水管柱所受洋流阻力且无需在隔水管柱上额外添加构件的浮力块表面结构，实现隔水管柱端部支反力的减小以及涡激振动的减弱，提高隔水管柱可靠性，延长隔水管柱使用寿命。

由于非平表面减阻技术在高尔夫球减阻上的成功运用，本发明将非平表面减阻技术运用到对隔水管的减阻上。又高尔夫球表面凹坑尺寸设计：凹坑深度约为0.01倍高尔夫球直径和凹坑的大小约为10倍凹坑深度，由此为本发明中非平表面的设计提供依据。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种减小隔水管柱所受洋流阻力的浮力块表面结构，浮力块的外径D为0.9144~1.397m，这里将附于隔水管柱上的浮力块外部轮廓近似为圆柱面，所述的浮力块的柱面上且沿浮力块的长度方向上设置有多个三角形沟槽，三角形沟槽沿隔水管柱的圆周方向均匀分布，所述的三角形沟槽的深度h为(0.01~0.03)D，三角形沟槽的宽度d为（0.05~0.1）D，三角形沟槽的数量n为15~30条。

所述的浮力块的柱面上且沿浮力块的长度方向上设置有多个圆弧形沟槽，圆弧形沟槽沿浮力块的圆周方向均匀分布，所述的圆弧形沟槽的深度h为(0.01~0.05)D，圆弧形沟槽的宽度d为（0.01-0.03）D，圆弧形沟槽的数量n为15~30条。

所述的浮力块的柱面上设置有以矩形阵列分布的矩形凹坑，每排矩形凹坑的数量n为15~30条，所述的矩形凹坑的深度h为(0.01~0.03)D，矩形凹坑的宽度d为（0.05~0.1）D，矩形凹坑的长度e为（0.05~0.15）D，沿浮力块轴向方向上的每相邻两个矩形凹坑的距离s为(0.02~0.1)D。

所述的矩形凹坑以菱形阵列的形式分布在浮力块的柱面上。

所述的浮力块的柱面上设置有以矩形阵列分布的圆形凹坑，每排圆形凹坑的数量n为15~30条，所述圆形凹坑的深度h为(0.01~0.03)D，圆形凹坑的宽度d为（0.05~0.1）D，沿浮力块轴向方向上的每相邻两个圆形凹坑的距离s为(0.02~0.1)D。

所述的圆形凹坑以菱形阵列的形式分布在浮力块的柱面上。

所述的浮力块的柱面上设置有以矩形阵列分布的椭圆形凹坑，所述的椭圆形凹坑的深度h为(0.01~0.03)D，椭圆形凹坑的长度d为（0.05~0.2）D，椭圆形凹坑的宽度e为（0.5~1）d，沿浮力块轴向方向上的每相邻两个椭圆形凹坑的距离s为(0.02~0.1)D。

所述的椭圆形凹坑以菱形阵列的形式分布在浮力块的柱面上。