[发明专利]整流罩及方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及涡激振动(“VIV”)的降低，以及更具体地，涉及用于降低浸入流体中的管线或其他结构组件上的VIV的整流罩装置，以及一种用于存储并部署整流罩装置的方法。

背景技术

在过去几十年对石油和气体储量的寻找已经导致需要在更深的水域中探查。对于离岸生产者，这反过来导致需要建造可以承受强海洋流的结构，该强海洋流会威胁管线、立管或其它浸入组件的完整。

海洋立管的VIV振幅已经周知会增加拖曳，并且会导致结构疲劳。一种已证明的抑制这种振动的方法是使用整流罩和箍条。这些遮盖件本质上改变了沿柱面的流动，平稳了卡门漩涡的产生，使得连贯作用减少或向下游作用足够远使得它们与主体部的相互作用减少。在目前现有技术中，有两种类型的结构，螺旋形导板和整流罩，用于抑制围绕诸如立管或其它支撑性结构元件的垂直布置的浸入对象的VIV或涡致移动(VIM)。

螺旋形导板:

螺旋形导板附接在结构的外侧以通过沿样本长度改变漩涡脱离模式和漩涡脱落的关联性来抑制VIV。最普通的螺旋形导板的几何结构是三头(three-start)立管。这种立管包括三个沿样本长度螺旋缠绕并延伸的三角形或梯形剖面。该剖面长期固定在样本上，或者更普遍地，使用附接在样本上的模块附接。无论什么附接方法，螺旋形导板并不设计为在操作期间移动而是相对对象保持固定位置。限定立管总形状的两个主要参数：节距(P/D)和立管高度比(h/D)，其中P表示涉及流动主方向的节距，D是柱体的外径，以及h是从圆柱形构件到立管顶部的外剖面距离。另外，立管剖面自身的局部几何形表征螺旋形导板。

整流罩:

为了在遭受到周围的流体流动时变更结构构件的涡旋脱落模式，整流罩附接至该结构构件。整流罩以允许整流罩围绕其所附接的结构构件(例如，海洋钻井立管)的中心旋转的方式附接。这允许整流罩周围流的方向排列一致。今天已经有各种横截面设计的整流罩。

另外，也存在其他抑制VIV的方法，例如穿孔遮蔽物(perforatedshrouds)，但是所有方法都使广泛用于当今工业的两组上述概念遭受一些负面。

如上所述的这些现有技术系统被记录在案并在下文中给出。有关涡激振动和VIV抑制方法的书籍和论文：

Sarpkaya，T.，1979，涡激震荡，应用力学杂志46，pp.241-258。

Blevins，R.D.，1990，流致振动，VanNostrandReinhold出版社:纽约，美国。

Griffin，O.M.&Ranberg，S.E.，1982，涡旋脱落和海洋管件和竖管的应用的近期研究，ASME能源技术杂志，104，pp.2-13。

Bearman，P.W.，1984，振动钝体的涡旋脱落，流体力学的年度回顾，16，pp.195-222。

Zdravkovich，M.M.，1997，围绕圆筒的流动，第1卷:基本原理，牛津大学出版社:伦敦，英国。

Naudascher，E&Rockwell，D.，1993，流致振动：工程指南.巴尔科玛:鹿特丹，荷兰。

Faltinsen，O.M.，2005，高速海洋车辆的流体力学。剑桥大学出版社。

Kristiansen，T.，2009，活塞式共振的二维数值和试验的研究.博士论文，挪威科技大学。

Newman，J.N.，1977，海洋流体力学。麻省理工大学出版社，剑桥，马萨诸塞州。

Sumer，B.M.&J.，1997，围绕圆柱形结构的流体力学。世界科学：新加坡。

Skaugset，K.B.，2003，通过径向水射流的圆形筒的涡激振动的抑制，博士论文，挪威科技大学。

此领域的专利公开文本包括以下：US5410979，US5421413，US5984584，US6010278，US6067922，US6179524B1，US6196768B1，US6223672B1，US2006/0021560A1以及EP2049805B1。

在下文中，将更详细地解释提到的现有技术的状态。依据本领域已知的螺旋形导板，应注意以下方面和限制。

抑制涡激振动(VIV)的能力：

需要螺旋形导板的特定尺寸以达到适当的VIV抑制特性。节距和导板高度是至关重要的参数。通常，增加导板高度对于VIV抑制特性有积极的效果。然而，这带来高拖曳力的代价。

高拖曳力: