[发明专利]一种可转五角叶轮式涡激振动抑制装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋隔水管设施铺设技术领域，具体涉及一种可转五角叶轮式涡激振动抑制装置及方法。

背景技术

在深水油气田的开采过程中，海洋隔水管连接平台与水下井口，为钻井液及地层流体提供安全通道，其服役的可靠性对于油气钻采的安全运行具有重要意义。海洋隔水管所处环境条件恶劣，受力情况复杂。当波浪、海流流经隔水管时，将在隔水管后方形成漩涡，漩涡的形成和脱落改变了隔水管后方的流速分布，诱发了隔水管的涡激振动。当漩涡脱落频率接近或等于海洋隔水管某一固有频率时，即会引发共振，加速隔水管的疲劳破坏。一旦隔水管结构发生失效，不仅会引起海上重大安全事故，造成巨大的经济损失，还将对海洋环境造成灾难性的破坏。

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。主动抑制技术的原理是在流场中加入外部能量从而抑制漩涡脱落。而被动抑制是指通过改变管线外部形状或者安装附加装置来达到抑制尾迹漩涡脱落的目的。但是在海洋复杂环境下，主动抑制技术应用起来还比较困难，所以更多地考虑使用被动抑制技术。其中，控制杆、表面突起、分离盘等是已经研发出的典型的被动抑制装置，但它们均不能应对任意方向来流，实际使用范围受限。

发明内容

本发明所要解决问题是针对现有海洋隔水管涡激振动抑制装置存在的不足，提供一种性能可靠，现场安装方便，并能够应对任意方向来流的可转五角叶轮式涡激振动抑制装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可转五角叶轮式涡激振动抑制装置由多个基本单元组合而成，基本单元包括五角叶轮、圆柱滚子以及固定卡环三部分。其中所述的五角叶轮为五角形柱体，五角叶轮存在与隔水管同轴的中心圆孔，中心圆孔直径大于隔水管外径；五角叶轮每个角上的两个侧面形状不同，一个侧面为平面，另一个侧面为内凹的弧面，五角叶轮的外侧面由上述两种侧面交替而成；五角叶轮每个角内均含有一个轴线平行于中心圆孔轴线的贯穿圆孔，贯穿圆孔连通五角叶轮上下两个端面；在五角叶轮中心圆孔内侧上下两端均设置有周向间隔45°的圆弧形插孔，一端八个，用于安插圆柱滚子，圆弧形插孔的形状为3/4圆弧，沿轴向深度小于圆柱滚子的高度。

圆柱滚子的数量与圆弧形插孔的数量一致，圆柱滚子外径小于圆弧形插孔的圆弧部分直径；圆柱滚子与隔水管外切，同时与圆弧形插孔内切；圆柱滚子的高度大于圆弧形插孔的深度。

固定卡环由两个对称的半圆形柱体通过螺栓连接而成，每个半圆形柱体均为台阶形，圆柱滚子外端面与固定卡环内侧台阶端面接触，固定卡环的内径与隔水管的外径相等，以限制五角叶轮在轴线方向上的移动。

所述的一种可转五角叶轮式涡激振动抑制装置可以提供一种可转五角叶轮式涡激振动抑制方法，将该装置套装在隔水管上放入海水中，任意角度来流冲击五角叶轮后，由于五角叶轮每个角的两个侧面形状都不一样，因此受到的冲击力不一样，从而会产生沿切向的分力，驱动五角叶轮旋转；在五角叶轮与圆柱滚子的配合下，五角叶轮能够360°自由旋转，有效破坏隔水管后方漩涡的形成，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、本发明可实现自由旋转，能够破坏隔水管后方产生的周期性漩涡，可以应对不同方向来流，适应不同的海洋环境，延长水下隔水管的使用寿命；

2、本发明的五角叶轮由塑料制造而成，节约成本，不易腐蚀和损坏，同时产生的浮力可以减少隔水管的重力效应；

3、本发明的贯穿圆孔中可以填充轻质材料以增加浮力，更大程度地减轻隔水管在海水中的重力效应；

4、本发明可以根据现场实际情况，自由调节基本单元之间的距离，最大程度上抑制隔水管的涡激振动。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图

图2为本发明五角叶轮与圆柱滚子的结构示意图

图3为本发明固定卡环的结构示意图

其中：1、隔水管；2、五角叶轮；3、圆弧形插孔；4、贯穿圆孔；5、固定卡环；6、圆柱滚子。

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。

本发明涉及一种可转五角叶轮式涡激振动抑制装置由多个基本单元组合而成，如图1所示，一个基本单元包括五角叶轮2、圆柱滚子6以及固定卡环5三部分。