[发明专利]海洋立管涡激振动的抑振方法及其抑振装置

说明书

技术领域

本发明属于海洋立管设施铺设技术领域，具体涉及一种能够有效抑制海洋立管涡 激振动的抑振方法及其抑振装置。

背景技术

海洋立管是海洋平台与海底井口间的主要连接件，作为海面与海底的一种联系通 道，既可用于浮式海洋平台，又可用于固定式平台及钻探船舶。当海流流经细长的表 面光滑的圆柱体时，在一定的流速条件下，便在圆柱体两侧交替地形成强烈的旋涡， 旋涡脱落会对立管产生一个周期性的可变力，使得立管在与流向垂直方向上发生横向 振动；结构的振动反过来又对流场产生影响，使旋涡增强，阻力增加，当旋涡脱落频 率与立管固有频率接近时，将引起立管的强烈振动，旋涡的脱落过程将被结构的振动 所控制，从而使旋涡的脱落和管道的振动具有相同的频率，发生“锁定”现象，加剧 立管的疲劳破坏。除了横向振动外，流体阻力可使立管沿流动方向发生纵向振动，纵 向振动比横向振动幅值约小一个数量级，但是在立管来流方向上的拖曳力会使立管产 生比较大的变形，使立管处于高应力状态，易发生疲劳破坏。

目前国内外对海洋立管涡激振动的抑振方法主要是在管道外布置扰流装置，如尾 流漂浮物、流线型导流板等，利用扰流装置破坏立管的涡激振动，减轻管道的振动幅 度。但上述抑振装置也存在下述问题：相对重量大，材料用量大；来流方向有效截面 较大；易产生海洋沉积物附着等。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的上述不足，提供一种能够有效抑制海洋立管涡激振动 的方法及其抑振装置。

本发明是对海洋立管的导流罩上固定扰流装置的改进，具体是在固定在立管外的 导流罩的外表面专门设计的月牙形扰流肋条，并且按螺旋线方式布设。扰流肋条的作 用是，当海流流过立管时，其上的扰流肋条破坏其涡激流场，削弱管道的涡激振动， 减轻管道的疲劳破坏。即本发明的抑振装置，使流体流经立管后，尾流产生分岔，破 坏尾流流体的形式，使之不能形成有效的涡激振动，不发生频率锁定状态，减轻管道 的横向振动。又考虑到实际海流的方向不是固定的，为实现立管在不同来流方向情况 下抑振装置都能有效地减轻其涡激振动，发挥抑振作用，扰流肋条以一定螺旋线的方 式布置在立管外表面，使涡激振动在各个方向上都能得以有效控制。扰流肋条沿管道 表面可布置一道或多道，且以一个螺距内布置三道扰流肋条为最优方式。

因此，本发明的抑振装置的技术方案是：有立管及其上的导流罩和固定在导流罩 上的扰流装置，其特征是上述扰流装置是由首尾相连的多个月牙形扰流肋组成的扰流 肋条，而且扰流肋条以螺旋线缠绕的形式设置在导流罩的外表面上，其螺旋线螺距为 立管外径的5至15倍。

海洋立管涡激振动的抑振方法：首先根据所要求保护的立管的外径尺寸，制备好 包裹并固定在立管外表面的导流罩，然后将制作好的一道或多道扰流肋条先行按照 在导流罩外表面预先确定并标出的螺距或螺旋线位置，将扰流肋条固定其上，最后将 带有扰流肋条的导流罩安装在立管的外表面。

试验表明，本发明在发生涡激振动情况下，与无抑振装置情况相比，该抑振装置 可减轻振幅50％至70％，在相同情况下，与国外的螺旋导板抑振方式相比，其重量可 减轻30％至60％。因此使用本抑振方法及装置不仅可以减轻立管的涡激振动，而且 可以减轻抑振装置的重量，可大大降低工程造价，也不易产生海洋沉积物附着等。

附图说明

图1本发明的基本结构(一道扰流肋条)的立体示意图。

图2本发明的以一个螺距内布置三道扰流肋条的基本结构示意图。

图3本发明的基本结构的平剖示意图。

图4本发明的月牙形扰流肋的立体结构示意图。

图5本发明的月牙形扰流肋侧视示意图。

图6本发明的扰流肋的N-N剖面示意图。

其中，1、立管2、导流罩3、扰流装置4、扰流肋5、扰流肋条 5a、5b、5c、分别为第一、第二和第三道扰流肋条。

具体实施方式

如图1、2，有立管1及其上的导流罩2和固定在导流罩2上的扰流装置3，其特 征是上述扰流装置3是由首尾相连的多个月牙形扰流肋4组成的扰流肋条5，而且扰 流肋条5以螺旋线缠绕在导流罩2的外表面上，螺距L1为立管外径的5至15倍。