[发明专利]仿翼型自适应水下立管涡激振动抑制及减阻装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下立管涡激振动抑制及减阻装置，特别是一种仿翼型自适应的水下立管涡激振动抑制及减阻装置，属于海洋立管设施铺设技术领域。

背景技术

在深海采油系统中，有众多的细长圆柱形结构物，如钻井隔水管、采油立管和悬挂输液管等，这些海洋立管所承受的海洋环境载荷主要有风、浪、流、冰和地震载荷等，其中，波浪和海流是最重要的海洋载荷，在一定的流速下会使得管线尾迹产生周期性的漩涡脱落，尤其当管线的固有频率与漩涡脱落的频率接近时，就产生了涡激共振现象，从而导致立管的疲劳破坏，从而严重影响海洋作业，甚至带来严重的工程和环境事故。

为减少和防止涡激振动造成的破坏作用，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。现有的涡激振动抑制装置主要分为主动抑制和被动抑制两类。主动抑制的原理是给流场加入外部能量从而达到抑制和延迟涡脱落；但因海洋环境复杂，无规律可循，主动抑制在工程应用很难实现，更多的是采用被动抑制方法。

中国专利申请号为201110005186.6、名称为“一种螺旋列板涡激振动抑制装置”公开的涡激振动抑制装置的缺点是：螺旋列板固定于立管上，无法移动，不具备调节能力；中国专利申请号为201010619503.9、名称为“仿鱼尾式整流罩的水下立管涡激振动抑制装置”公开的涡激振动抑制装置的缺点是：整流罩是刚性结构，无法产生变形以适应不同的来流速度。因此，目前的涡激振动抑制装置主要存在的缺点有：1、无法自适应来流方向；2、无法自适应来流速度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种便于制造、成本较低、安装方便的来流自适应的仿翼型水下立管涡激振动抑制及减阻装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明仿翼型自适应水下立管涡激振动抑制及减阻装置包括滑动装置和整流装置，所述整流装置包括柔性尾板、两块侧面柔性板、三块连接板、两块固接板和一个刚性支撑件，所述两块侧面柔性板和一个刚性支撑的一端均与柔性尾板固定连接、另一端各固定连接一块连接板，刚性支撑位于立管的径向上，两块侧面柔性板分别对称地位于刚性支撑的两侧；所述滑动装置包括连杆、外滑环、内滑环、固定板、滑板和滚针，所述内滑环、外滑环和半圆形滑板均与立管同轴，立管外套有内滑环，内滑环外套有外滑环，在内滑环和外滑环之间套有半圆形滑板，半圆形滑板的圆周方向均设三个凹槽，每个凹槽中有一个连杆，连杆的一端伸进凹槽中与半圆形滑板固定连接，连杆的另一端伸出凹槽外，三个连杆的另一端分别与三个所述连接板固定连接；外滑环内径面上和内滑环外径面上均设有两层凹槽，外滑环内径面上的所述两层凹槽与内滑环外径面上的所述两层凹槽沿轴向同高度且相面对，所述两层凹槽的每层凹槽内布置若干个滚针，滑板贴在外滑环内径面上的两层滚针和内滑环外径面上的两层滚针之间；固定板固定连接内滑环内径面和立管外径面。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用滑动装置可以达到来流自适应调整最佳整流位置的效果，有效地解决现有水下立管涡激振动抑制减阻装置中的附加装置抑制涡激振动受到来流方向限制的缺陷。

2、本发明中的整流装置采用侧面柔性板，可以更大限度地感知适应立管尾流场的变化，形成最佳的整流面，有效地解决现有水下立管涡激振动抑制减阻装置中刚性整流罩对来流速度的限制缺陷。

3、本发明中的整流装置尾端安装了柔性尾板，可以进一步调整尾流场，能够减少整流装置的来流夹角，打破静态平衡状态，同时由于整流装置和柔性尾板的自适应变形，使流体经过圆柱过渡，减少了立管的阻力和脉动升力，有效地抑制涡激振动幅值。  

4、本发明装置只需每隔一段距离布置一个滑道，在滑道上挂上带有柔性尾板的整流装置，可以抑制立管的涡激振动，从而可以提高水下立管的抗疲劳强度，增加立管的使用寿命，从而大大降低工程造价，无论是环境复杂的海洋还是定向流动的河流均适用，结构简单，生产安装方便，便于更换和维修。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

图1为本发明装置的主视图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1中A-A剖视图；

图4为图2中B-B旋转剖视图，逆时针旋转90°；

图5图4中I局部放大图；

图中：1、柔性尾板；2、侧面柔性板；3、连接板；4、连杆；5、外滑环；6、内滑环；7、固定板；8、半圆形滑板；9、滚针；10、固定套；11、固接板；12、刚性支撑件；13、立管。

具体实施方式