[发明专利]一种开窗引流与旋摆结合的立管涡激振动抑制装置及方法

说明书

本发明涉及开窗引流与旋摆结合的立管涡激振动抑制装置及方法，装置由旋摆模块和开窗引流网罩组成，旋摆模块包括转动轴承、圆盘轴承、固定支架、弧形开孔叶片和鱼尾式隔水板，开窗引流网罩为一圆筒，在其表面开有引流窗口和射流出口，且引流窗口与射流出口间的筒壁内空，在每两个引流窗口之间的区域均匀开设网状通孔。在本装置开窗引流网罩的网状通孔节流、引流窗口导流、射流出口喷射出流、弧形开孔叶片旋转调配边界层动量和扰乱空间流动、鱼尾式隔水板分割流动空间和调整流向的共同作用下，实现了无能耗的涡激振动抑制。

技术领域

本发明属于海洋立管设施铺设技术领域，具体涉及一种开窗引流与旋摆结合的立管涡激振动抑制装置及方法。

背景技术

大力开发海洋油气资源是降低目前居高不下的油气对外依存度的关键方法之一。我国深水油气开发技术已迈入国际先进行列，海洋立管作为连接海床至平台的关键纽带，承载着安全高效输送采出流体的重要使命。然而，随着开采水深的增加，海洋风、浪、流等物理环境对立管的影响徒增。尤其是在海洋波、流的作用下，立管后方会形成旋涡，从而诱发涡激振动。当旋涡脱落频率与立管固有频率相近时，会引起共振，加速立管的疲劳损伤，从而耽误作业周期，造成巨大的经济损失和生态环境破坏。因此，涡激振动的抑制一直是海洋工程技术人员关注的热点。

目前，涡激振动的被动抑制装置主要通过改变立管表面形状，造成边界层分离点的迁移，从而抑制尾流旋涡的形成或发展，如分离盘、整流罩、整流飘带、螺旋列板等。这些装置大多采用金属材质，增加了立管的负担，需要配备更大的浮力块，且金属材质的抑制装置浸泡在海水中易产生腐蚀，从而失去抑制效果。另外，海流方向不断变化，随流转动的抑制装置才能真正适应流向连续变化的海洋环境。涡激振动的主动抑制装置需要注入外部能量来驱动附属装置转动，能耗较大，不便于现场采用。因此，急需轻质、可旋转、非金属材料、无能耗的涡激振动抑制装置。

发明内容

本发明的目的在于针对现有涡激振动抑制装置的不足，提供一种轻质、经济、无能耗的随流旋转的开窗引流与旋摆结合的立管涡激振动抑制装置及方法。

为了实现上述目的，本发明装置采用如下技术方案：

一种开窗引流与旋摆结合的立管涡激振动抑制装置，由旋摆模块和开窗引流网罩组成；旋摆模块包括两个转动轴承、四个圆盘轴承、两个固定支架、八个弧形开孔叶片和一个鱼尾式隔水板。转动轴承为内嵌圆柱滚子的内外圈结构，转动轴承内径等于立管的外径，上、下两个转动轴承按间隔一个开窗引流网罩的高度套装固定在立管外壁。所述的转动轴承高度为固定支架高度的2倍。

固定支架为圆环一侧连接有三根棍柄的三趾爪形结构，所述的三根棍柄的中间一根为长棍柄，其余两根是关于中间长棍柄对称布置的短棍柄，长棍柄轴向开有隔水板插槽，短棍柄端部伸出固定支撑柱，用于固定圆盘轴承；固定支架的圆环内径等于转动轴承的外径，上、下两个固定支架通过各自的圆环分别套装于上、下两个转动轴承外，且上固定支架长棍柄上的隔水板插槽开口向下、下固定支架长棍柄上的隔水板插槽开口向上。

鱼尾式隔水板为表面开有均匀水平凹槽的鱼尾形塑料板，鱼尾式隔水板的上、下两端分别插入上、下两个固定支架的隔水板插槽安装固定，并使鱼尾式隔水板的尾端向外；在固定支架的每个短棍柄端部伸出的固定支撑柱外套装一个内嵌圆柱滚子的圆盘轴承，每个圆盘轴承的圆盘面上沿周向均布四个通孔；弧形开孔叶片为横截面为翼形的长条形叶片，在弧形开孔叶片上沿垂向等间距开有通孔，弧形开孔叶片的两端设支撑柱，弧形开孔叶片的支撑柱伸入圆盘轴承的通孔中固定；每对上、下对应的圆盘轴承间固定四个弧形开孔叶片，且固定后的弧形开孔叶片的翼形头部向内、尾部向外，四个弧形开孔叶片呈旋转轴对称布置。