[实用新型]一种背部附加对称可旋叶轮的立管涡激振动抑制装置

说明书

技术领域

本实用新型属于海洋立管设施铺设技术领域，具体涉及一种背部附加对称可旋叶轮 的立管涡激振动抑制装置。

背景技术

近年来，我国经济迅猛发展，对油气资源日益增长的需求与陆上油气资源日益枯竭 的矛盾愈加尖锐，大力开发海洋油气已成为必然之举。海洋立管为油气搭建了海底至平 台的通道，在海洋油气开采中起到了至关重要的作用。但海洋立管所处的海洋环境异常 恶劣，当海流流经立管时，会在立管尾部产生周期性脱落的旋涡，而这种交替脱落的旋 涡会引起立管两侧出现压强差从而诱发立管振动。当立管固有频率与旋涡脱落频率一致 时，会引起共振，加速立管疲劳损伤。一旦立管失效，不仅会造成巨大的经济损失，还 会引起海洋生态环境难以修复的破坏。

为了减少涡激振动对立管产生的影响，增加海洋油气开采的安全性，学者们设计出 了很多涡激振动抑制装置，主要分为主动抑制和被动抑制两种。主动抑制是通过施加给 流场外部能量，扰乱立管周围流场，影响旋涡的形成与脱落，从而达到抑制振动的目的。 被动抑制则是通过改变立管表面形状来达到扰乱流场的目的。主动抑制需要消耗额外的 能量，被动抑制又效果有限，能否将两者结合又不需要消耗外部能量，是改进涡激振动 抑制装置的主要方向。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是针对现有立管涡激振动抑制装置存在的不足，提供一 种无能耗、主被动结合的背部附加对称可旋叶轮的立管涡激振动抑制装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种背部附加对称可旋叶轮的立管涡激振动抑制装置，由上、下两个固定单元和关 于流动方向对称布置的两个旋转单元组成。一个固定单元由一个前侧固定件和一个背侧 固定件对接组成，前侧固定件为半圆环状构件，背侧固定件为含有半圆形内凹弧面的鸭 舌状构件，背侧固定件的一侧端面开有关于背侧固定件中线对称的两个插孔，前侧固定 件和背侧固定件从两侧套装在立管上，通过螺栓连接固定，并使上固定单元的背侧固定 件插孔开口向下，下固定单元的背侧固定件插孔开口向上。一个旋转单元包括上、下两 个滚动轴承、四个叶轮和一个旋转轴。旋转轴为一根细长圆柱体，其两端分别插于上、 下固定单元背侧固定件的插孔中，一根旋转轴的两端各安装一个滚动轴承。滚动轴承由 内环、外环和滚珠构成，内环为一个圆环状构件，套装于旋转轴上，内环的外侧壁面加 工有内环卡槽。一个外环由对称的两个半环状构件对接而成，外环一侧端面沿周向均匀 开设四个插槽，外环的内侧壁面加工有与内环卡槽相同尺寸的外环卡槽，滚珠安放于外 环卡槽和内环卡槽之间，外环从两侧套装于内环外，通过螺栓连接固定，并使上滚动轴 承的外环插槽开口向下，下滚动轴承的外环插槽开口向上。叶轮为横截面为圆弧形的薄 板，叶轮两端设有对应于外环插槽的耳片，四个叶轮的耳片分别插入上、下两个滚动轴 承外环的插槽中固定，使四个叶轮整体呈十字状分布。

所述的滚动轴承内环高度大于外环高度，上滚动轴承的内环顶面紧挨上固定单元的 背侧固定件，下滚动轴承的内环底面紧挨下固定单元的背侧固定件。

本实用新型由于采用以上技术方案，其具有以下优点：

1、本实用新型的旋转单元在水流冲击下可实现360°旋转，扰乱了立管背侧的流场， 适用于流向变化的海洋环境；

2、本实用新型的固定单元、叶轮由塑料加工而成，耐腐蚀、成本低，可重复使用。

附图说明

图1为本实用新型装置拆装后的结构示意图

图2为本实用新型整体结构示意图

图3为本实用新型滚动轴承半剖视图

图4为本实用新型旋转单元的结构示意图

图5为本实用新型背侧固定件结构示意图

图6为本实用新型叶轮结构示意图

图7为本实用新型横截面导流原理图

其中：1、立管；2、前侧固定件；3、背侧固定件；4、叶轮；5、滚动轴承；6、旋 转轴；7、内环；8、内环卡槽；9、滚珠；10、外环；11、外环卡槽；12、插槽；13、 插孔；14、耳片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施作进一步描述：

如图1、图2所示，一种背部附加对称可旋叶轮的立管涡激振动抑制装置，由上、 下两个固定单元和关于流动方向对称布置的两个旋转单元组成。