[发明专利]一种可旋转变孔径波状孔板的涡激振动抑制装置及方法

说明书

本发明涉及一种可旋转变孔径波状孔板的涡激振动抑制装置及方法，装置由两个旋转支撑架和四块波状孔板组成，两个旋转支撑架按间隔一块波状孔板的高度套装固定在立管外壁上，四块波状孔板沿立管周向等间距固定在旋转支撑架上。海流冲击波状孔板带动整个装置绕立管旋转，旋转的波状孔板对立管周围的绕流流场不断切割，并诱导海流沿波状孔板表面产生垂向和径向的流动调整，且海流通过扰流孔时形成了局部射流，进一步干扰了立管的绕流流场。在旋转切割、空间流动调整、局部射流的共同作用下，破坏了旋涡的结构，实现了涡激振动的抑制。

技术领域

本发明属于海洋立管设施铺设技术领域，具体涉及一种可旋转变孔径波状孔板的涡激振动抑制装置及方法。

背景技术

海洋油气储量丰富，其勘探开发已从浅海延伸至深海，面对深海恶劣的海洋环境，钻采作业的装备受到了严峻的挑战。海洋立管首当其冲，作为连接海底与海面的关键流体通道，其重要性和安全性不言而喻。长期暴露于深水中的海洋立管承受着海流的冲击、海水的腐蚀等物理化学危害。特别地，海流流速在一定范围时，从立管两侧泄放的旋涡会使立管振动频率锁定在固有频率，激发大幅振动，从而诱使立管发生疲劳断裂，引发不可估量的灾难性事故。为了降低由旋涡引发的振动对海洋立管的影响，通常的做法是在立管上安装附属的振动抑制装置。

常见的抑制装置主要分为两种：主动控制和被动控制。主动控制通过消耗外部能量主动干扰绕流流场，如旋转控制杆。主动控制能耗较大，安装不便且成本较高，不便于在实际工程中采用。被动控制主要通过改变立管的表面形状或附加额外的装置来改变绕流剖面，从而影响旋涡的产生和发展，如分离盘、整流罩、螺旋列板等。然而，它们对来流方向及流速较敏感，往往只能在局限的流速和流向工况下发挥抑制成效。

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、能够自动适应任意方向来流的可旋转变孔径波状孔板的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：

一种可旋转变孔径波状孔板的涡激振动抑制装置，由两个旋转支撑架和四块波状孔板组成。旋转支撑架为内、外圈嵌套的轴承，由内至外分别为轴承内圈、圆柱滚子和滚子保持架、轴承外圈，圆柱滚子由滚子保持架限位，并内嵌于轴承内圈和轴承外圈之间；旋转支撑架轴承内圈的内径等于立管外径，轴承外圈的外表面沿周向等间距分布四块支撑板，每块支撑板上开有两个垂向贯穿支撑板的内螺孔，内螺孔的轴线与旋转支撑架的轴线平行；两个旋转支撑架按间隔一块波状孔板的高度套装固定在立管外壁上。

波状孔板为一垂向截面呈线性波浪状起伏的开孔薄板，波状孔板在垂向上、下等宽，波状孔板的上端面和下端面分别开有与上部的旋转支撑架和下部的旋转支撑架的支撑板内螺孔对应的螺纹孔，通过螺栓将四块波状孔板沿立管周向等间距固定在旋转支撑架上。波状孔板表面开有三列扰流孔，扰流孔贯穿波状孔板，同一列上的扰流孔直径相同，不同列的扰流孔直径不同，扰流孔直径沿立管径向由内至外孔径逐渐减小，即靠近立管的扰流孔最大，远离立管的扰流孔直径最小。