[实用新型]水下管线导流抑振装置

说明书

技术领域

该装置是一种外形类似于梭形的平顺水流减少振动的装置，属于海洋工程中水下管线冲刷防护技术领域。

背景技术

由于全球经济的高速发展，导致油气资源的需求量增加，深海油气资源开发成为世界海洋石油发展的新目标，人类开始对海洋油气进行开发。为了使油气能够顺利的在水面钻井船或平台和海底钻采设备之间输送，采用了许多为圆柱形结构物的连接件，如悬跨海底管线、输油立管、钻井水管等。它们处在复杂的海洋环境中，波浪、海流等流经这些管线时，对管线产生不同的拖曳力和升力。当经过的海流流速较大时，对管线的拖曳力会极具增加，管线受力增大，对管线容易造成刚性破环。当海流流速恰好处于能造成管线涡激振动的流速范围之内，将对管线造成涡激振动，导致管线的疲劳破坏，带来严重的工程事故。因此，深海开采系统中导流抑振问题显的非常重要。

为了防止海流流速过大和涡激振动造成的破坏，增加管线的使用年限，在一些海流对管线影响较大的区域安置导流抑振装置。在现有装置中，只注重了涡激振动的抑振装置，例如在管线周围安装扰流装置加肋条，导流板，导流罩等。

发明内容

为了克服现有装置不能适应多变复杂的海洋环境，达到高流速情况下能导流，在低流速情况下能抑振的效果，本实用新型的目的在于提供一种能同时适应两种情况下的装置，不仅能够实现高流速下平顺水流，减少管线受到的拖曳力，而且能够实现在低流速下，减少涡激振动的对管线带来的疲劳破坏。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明通过旋转滚动部件将水下管线和整个装置连接起来。整个装置包括平滑导流罩，抑振疏流罩，尾部扰流翼，旋转滚动部件。该装置的整个外形近似于梭形，平滑导流罩和抑振疏流罩对扣安装在管线的旋转滚动部件上，旋转滚动部件与管线同轴，卡在管线周围。平滑导流罩和抑振疏流罩采用密闭中空的设计，中空部分放入若干装载空气和水混合的气囊。在抑振导流板尾部安装能随水流摆动的尾部扰流翼。在抑振疏流罩上设置较浅的冲击凹坑。

本实用新型的工作原理是：平滑导流罩的流线型设计，可以改变和引导水流，使迎面水流很容易地通过管线。其相较于圆柱管的阻力要小，从而达到减少水流阻力，增强管线稳定性，在不同流速下均能导流的作用。振疏流罩上设置的冲击凹坑，在产生涡激振动时，能够迅速分解漩涡减少管线振动，使水流快速流过管线。装置封闭中空，内部装有若干装载了空气和水的气囊，其作用在于：一、使控制装置的密度和管线密度相差不大，以免该装置对管线造成不必要的应力，加快管线破坏；二、利用装载水的易流动性和惯性，在水流有较小波动时能够控制自身和管线的稳性。尾部安装的扰流尾翼作用在于：一、能够平顺水流，起导流作用；二、在产生涡激振动时，能打破漩涡，起到抑振作用，三、能够对整个装置的旋转起到调节作用，使装置始终处在迎流位置。

本实用新型的有益效果是：本装置可以适应各种复杂的海洋环境，能同时对管线起到导流，减少阻力和减弱涡激振动的效果，所用材料方便可取，在复杂的海流变化环境中有很高的利用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型装置立体结构示意图

图2是本实用新型装置剖面示意图

图中：1.水下管线；2.旋转滚动部件；3.螺栓；4.封盖板；5.平滑导流罩；6.固定沉头自攻螺丝；7.扰流尾翼；8.冲击凹坑；9.抑振疏流罩；10.中空密闭腔；11.滚轴；12.卡箍。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型主要包括旋转滚动部件（2）、平滑导流罩（5）、抑振疏流罩（9）、扰流尾翼（7）。其中旋转滚动部件（2）由滚轴（11）和卡箍（12）组成。整个部件卡在水下管线（1）上，旋转滚动部件（2）的内径等于水下管线（1）的外径。平滑导流罩（5）和抑振疏流罩（9）通过扣在一起的方式卡在旋转滚动部件上，通过固定沉头自攻螺丝（6）固定。在平滑导流罩（5）和抑振疏流罩（9）的封闭中空内部，放置若干装有空气和水混合的气囊，以达到平衡管线，维持管线稳定的目的。在平滑导流罩（5）和抑振疏流罩（9）的上下开口部分用封盖板（4）封住，加螺栓（3）固定。

由于整个装置的流线型特点，使其头部冲对海流来流方向时，其所受阻力相较于圆柱体管线在海流中所受阻力要小。所以在海流任何一个来流方向时，装置通过旋转滚动部件（2）绕管线旋转至平滑导流罩（5）头部冲对来流方向的方向，达到减小阻力的效果。

当海流的流速正好处于使管线产生涡激振动的流速范围内时，抑振疏流罩（9）上设置的冲击凹坑（8）将使水流绕流产生的漩涡在变强之前分解，达到减小涡激振动的效果。抑振疏流罩（9）尾部安装的扰流尾翼（7）能够在一定范围内随水流摆动，将漩涡进一步打破，进一步减小管线的涡激振动。