[发明专利]一种可旋转变孔径波状孔板的涡激振动抑制装置及方法

权利要求书

1.一种可旋转变孔径波状孔板的涡激振动抑制装置，由两个旋转支撑架(4)和四块波状孔板(2)组成；旋转支撑架(4)为内、外圈嵌套的轴承，由内至外分别为轴承内圈(5)、圆柱滚子(7)和滚子保持架(8)、轴承外圈(6)，圆柱滚子(7)由滚子保持架(8)限位，并内嵌于轴承内圈(5)和轴承外圈(6)之间，旋转支撑架(4)轴承内圈(5)的内径等于立管(1)外径；通过螺栓将四块波状孔板(2)沿立管(1)周向等间距固定在旋转支撑架(4)上；其特征在于：所述的旋转支撑架(4)轴承外圈(6)的外表面沿周向等间距分布四块支撑板(9)，每块支撑板(9)上开有两个垂向贯穿支撑板(9)的内螺孔，内螺孔的轴线与旋转支撑架(4)的轴线平行，两个旋转支撑架(4)按间隔一块波状孔板(2)的高度套装固定在立管(1)外壁上；所述的波状孔板(2)为一垂向截面呈线性波浪状起伏的开孔薄板，波状孔板(2)在垂向上、下等宽，波状孔板(2)的上端面和下端面分别开有与上部的旋转支撑架(4)和下部的旋转支撑架(4)的支撑板(9)内螺孔对应的螺纹孔；波状孔板(2)表面开有三列扰流孔(3)，扰流孔(3)贯穿波状孔板(2)，同一列上的扰流孔(3)直径相同，不同列的的扰流孔(3)直径不同，扰流孔(3)直径沿立管(1)径向由内至外孔径逐渐减小。

2.一种可旋转变孔径波状孔板的涡激振动抑制方法，采用如权利要求1所述的可旋转变孔径波状孔板的涡激振动抑制装置，其特征在于：无论海流从哪个方向流经立管(1)，都至少有两块波状孔板(2)与海流形成攻角，波状孔板(2)在海流的冲击下形成扭矩，从而带动整个装置绕立管(1)旋转；旋转的波状孔板(2)对立管(1)周围的绕流流场不断切割，严重扰乱了边界层的分离和绕流旋涡的形成；同时，海流在波状孔板(2)表面存在垂向和径向的流动调整，一方面，由于波状孔板(2)在垂向成波状起伏，部分海流沿着波状孔板(2)表面发生垂向运动，使得不同深度的海流发生空间上的调动，削弱了海流在平面上的绕流动能，改变了原来立管(1)绕流的三维旋涡结构；另一方面，波状孔板(2)上的扰流孔(3)沿径向直径大小不一，使得部分海流从立管(1)外侧转移到立管(1)内侧大孔径的扰流孔(3)通过，产生了径向上的流动调整，而较多的海流从立管(1)内侧大孔径扰流孔(3) 通过时，给立管(1)的绕流边界层注入了动量，延迟了立管(1)绕流边界层的分离，从而减小尾流的宽度，降低立管(1)前后的压差阻力；此外，海流通过旋转的波状孔板(2)的扰流孔(3)时形成了局部射流，进一步干扰了立管(1)的绕流流场，且不同孔径的扰流孔(3)处形成的局部射流速度大小不一，增加了绕流流场的紊动程度；因此，在旋转波状孔板(2)的流场切割、海流垂向和径向的空间流动调整、扰流孔(3)局部射流的共同作用下，使立管(1)平面绕流动能减小，绕流流场受到深度干扰，破坏了尾部旋涡的形成和三维旋涡结构，从而实现涡激振动的抑制。