一种可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置，该装置主要包括支撑部分、旋转部分、整流罩部分、机械执行部分、伺服控制部分,首先涡激抑制装置根据不同方向海流旋转到各指定位置，然后上位机软件向驱动器发出指令驱动直流伺服电机转动，电机通过带动齿轮与齿条配合，将电机的旋转运动转化成齿条的直线运动，然后齿条带动滑块在滑轨上做直线运动，滑块通过U形连接板带动连杆运动，连杆与曲柄通过连接轴连接实现连杆和曲柄的相对转动，连接轴将两侧的连杆、曲柄相连，实现整流罩外壳的同步变形。本装置采用的可变形结构，可以通过调整整流罩外形来优化截面形状，进行最优控制，从而达到最优的涡激振动抑制效果。

A Variable Vortex-induced Vibration Suppression Device for Offshore Oil and Gas Pipe Strings

The invention relates to a variable form eddy-induced vibration suppression device for offshore oil and gas pipeline string. The device mainly comprises a support part, a rotating part, a fairing part, a mechanical execution part and a servo control part. First, the eddy-induced vibration suppression device rotates to the designated positions according to the current in different directions, and then the upper computer software sends instructions to the driver to drive the DC servo motor to rotate and turn on. By driving the gear and rack to cooperate, the rotational motion of the motor is transformed into the linear motion of the rack. Then the rack drives the slider to move in a straight line on the slide rail. The slider drives the connecting rod to move through the U-shaped connecting plate. The connecting rod and the crank rotate relative to each other by connecting the connecting shaft. The connecting rod and the crank on both sides are connected by the connecting shaft to realize the synchronous deformation of the fairing case. The deformable structure adopted in this device can optimize the cross-section shape by adjusting the shape of the fairing, and carry out the optimal control, so as to achieve the optimal effect of vortex-induced vibration suppression.

【技术实现步骤摘要】
一种可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置
本专利技术涉及一种可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置，尤其是一种用于海洋油气钻采领域的管柱涡激振动抑制装置。
技术介绍
海洋油气管柱是深水油气勘探开发的关键装备，当海流流经海洋油气管柱时会在其后方产生漩涡释放，周期性释放的漩涡对油气管柱产生动态激振力，引起海洋油气管柱产生涡激振动现象。若漩涡释放频率与油气管柱固有频率相同或相近，海洋油气管柱涡激振动加剧，易发生疲劳失效事故，进而造成巨大的经济损失与环境破坏。传统的海洋油气管柱涡激振动抑制装置形状结构单一，不可变化，适应性差，难以在复杂多变的海洋环境中得到有效应用。为了解决上述问题，提出一种可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置，针对不同的海洋环境主动控制改变涡激振动抑制装置的形状，实现不同海洋环境下的海洋油气管柱涡激振动抑制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置，该装置可以实现根据不同海况调节自身整流罩外壳形状，达到抑制涡激振动的最佳效果。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置，其特征在于：它包括支撑部分、旋转部分、整流罩部分、机械执行部分、伺服控制部分。所述一种可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置，其特征在于，所述隔水管外圈与所述角接触球轴承内圈相配合，所述角接触球轴承外圈与所述轴承支撑套筒内圈实现过盈配合，所述可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置绕所述隔水管做旋转运动。所述整流罩部分与所述肋板连接，所述整流罩外壳固定于所述肋板上，所述肋板起到连接所述整流罩外壳和所述支撑部分的作用。所述一种可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置，其特征在于，所述直流伺服电机共有2个，对称分布在所述电机座上，所述直流伺服电机通过紧定螺钉固定在所述电机座上，所述直流伺服电机与所述齿轮配合连接，所述齿轮与所述齿条相配合，所述齿条通过焊接固定在所述滑块上，所述滑块与所述滑轨相配合，所述滑轨通过螺纹连接固定在所述侧板上，所述齿轮与所述齿条相配合将所述直流伺服电机的旋转运动转化为所述滑块的直线运动，所述U形连接板通过紧定螺钉固定在所述滑块上，所述连杆通过销结构与所述U形连接板连接，所述连杆和曲柄各有4个，对称分布在所述侧板上下左右两侧，所述连杆与所述曲柄通过销连接实现相对转动运动，所述曲柄通过销与所述支撑座连接，所述支撑座通过紧定螺钉固定在所述侧板上，所述连杆通过所述滑块的运动实现所述连杆与所述曲柄的相对转动，所述连接轴通过销与所述连杆和所述曲柄连接，所述连接轴通过运动实现所述整流罩外壳发生变形。进一步的，所述一种可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置，其特征在于，所述直流伺服电机、所述FPC电缆转接板与所述直流伺服电机驱动器通过所述隔水管立柱线槽相连，所述直流伺服电机驱动器与所述RS232接口连接，所述上位机软件与所述RS232接口通信实现对所述直流伺服电机的伺服控制，所述上位机软件根据不同海况向所述直流伺服电机发送命令，实现自适应控制。本专利技术由于采用以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术采用外形可变式海洋油气管柱涡激振动抑制装置，可通过改变整流罩外壳形状干扰漩涡产生与释放，涡激振动抑制效果好；2、本专利技术可以使整流罩外壳在不同海洋环境下通过变形达到涡激振动抑制最优形状，实现不同海洋环境下的海洋油气管柱涡激振动的自适应抑制，自适应能力强；3、本专利技术设计的机械式变形机构，结构简单，便于控制，稳定性和可靠性比较高。本专利技术结构简单，抑制效果好，适应能力强，可靠性高，可广泛应用于各种海洋油气钻采作业中。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图。图2为本专利技术的内部结构示意图。图3为本专利技术的机械传动示意图。图4为本专利技术的可旋转部分结构示意图。图中，1.整流罩外壳，2.角接触球轴承，3.肋板，4.隔水管，5.轴承支撑套筒，6.U型连接板，7.齿条，8.滑块，9.电机线槽，10.连接销，11.连杆，12.曲柄，13.滑轨，14.支撑座，15.侧板，16.连接轴，17.电机座18.直流伺服电机，19.齿轮，20.紧定螺钉。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。如图1、图2、图4所示，隔水管4与角接触球轴承2配合连接，角接触轴承2与轴承支撑套筒5过盈配合连接，轴承支撑套筒5带动整个结构绕隔水管4做旋转运动，模拟不同海况下可实现可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置方位自动调整。如图2、图3所示，两端结构对称分布，直流伺服电机18固定在电机座17上，通过紧定螺钉20对直流伺服电机18进行定位，直流伺服电机18与齿轮19连接，齿轮19与齿条7啮合，齿条通过焊接固定在滑块8上，滑块8安装在滑轨13上，滑轨13固定在侧板15上，U型连接板6通过螺钉连接将滑块8与连杆11连接起来，连杆11通过连接销10与U型连接板6相连，连杆11与曲柄12、连接轴16通过销连接，可实现连杆11与曲柄12相对转动，曲柄12通过销与支撑座14连接固定在侧板15上。直流伺服电机18带动齿轮19转动，通过齿轮19与齿条7的啮合，带动齿条7的运动，齿条7通过焊接与滑块8连接，带动滑块8在滑轨13上运动，将直流伺服电机18的旋转运动转化为滑块8的直线运动，U型连接板6与滑块8一起作直线运动，进而带动与U型连接板相连的连杆11做直线运动，连杆11与曲柄12发生相对转动，通过连接轴16将对称两部分结构进行同步运动，实现同步变形。如图1所示，整流罩外壳1后端与肋板3通过焊接方式固定在一起，实现后端的定位，头部与连杆11、曲柄12、连接轴16接触，当直流伺服电机18带动连杆11运动，连杆11、曲柄12、连接轴16会通过运动推动整流罩外壳1发生变形，通过连杆11的运动来调节整流罩外壳1的最佳形状，影响漩涡脱落，达到涡激振动抑制的目的，面对不同海况条件下，调整整流罩外壳1的形状，达到最优形状。如图1、图2、图4所示，直流伺服电机18引线从电机线槽9连接到外部，直流伺服电机18与直流伺服电机驱动器相连，通过上位机软件发命令来控制直流伺服电机18的转动。本专利技术方法的有益效果是：提出了一种可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置，通过一种可变形的机械结构，结合直流伺服电机的驱动，通过高性能计算机上位机软件发送命令进行控制，可以在不同海洋环境下通过改变整流罩外壳形状来抑制涡激振动，降低了涡激振动对海洋立管的疲劳损伤。本专利技术不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利技术上述基本技术思想前提下，本专利技术还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置，其特征在于：它包括支撑部分、旋转部分、整流罩部分、机械执行部分、伺服控制部分。所述支撑部分包括轴承支撑套筒、肋板、侧板，起到支撑与定位作用。所述旋转部分包括隔水管、轴承，所述轴承的内圈与所述隔水管的外圈相配合，所述轴承的外圈与所述轴承支撑套筒的内圈实现配合，实现所述可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置绕所述隔水管做旋转运动。所述整流罩部分包括整流罩外壳，所述整流罩外壳与所述肋板连接，所述肋板起到连接所述整流罩部分和所述支撑部分的作用。所述机械执行部分包括伺服电机、电机座、齿轮、齿条、滑块、滑轨、连杆、曲柄、连接轴、U型连接板、支撑座，所述伺服电机通过紧定螺钉固定在所述电机座上，所述伺服电机与所述齿轮连接，所述齿轮与所述齿条配合连接，所述齿条通过焊接的方式固定在所述滑块上，所述滑块与所述滑轨相配合，所述滑轨通过螺纹连接固定在所述侧板上，所述齿轮与所述齿条相配合将所述伺服电机的旋转运动转化为所述滑块的直线运动，所述U形连接板通过紧定螺钉固定在所述滑块上，所述连杆通过销与所述U形连接板连接，所述连杆与所述曲柄通过销连接实现相对转动，所述曲柄通过销与所述支撑座连接，所述支撑座通过紧定螺钉固定在所述侧板上，通过所述滑块的直线运动驱动所述连杆与所述曲柄的相对转动，所述连杆通过所述连接轴与所述曲柄连接，所述连接轴通过与所述整流罩外壳接触，进而推动所述整流罩外壳发生变形。所述伺服控制部分包括伺服电机驱动器、上位机软件、RS232接口、隔水管立柱线槽、FPC电缆转接板。...

【技术特征摘要】
1.一种可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置，其特征在于：它包括支撑部分、旋转部分、整流罩部分、机械执行部分、伺服控制部分。所述支撑部分包括轴承支撑套筒、肋板、侧板，起到支撑与定位作用。所述旋转部分包括隔水管、轴承，所述轴承的内圈与所述隔水管的外圈相配合，所述轴承的外圈与所述轴承支撑套筒的内圈实现配合，实现所述可变形式海洋油气管柱涡激振动抑制装置绕所述隔水管做旋转运动。所述整流罩部分包括整流罩外壳，所述整流罩外壳与所述肋板连接，所述肋板起到连接所述整流罩部分和所述支撑部分的作用。所述机械执行部分包括伺服电机、电机座、齿轮、齿条、滑块、滑轨、连杆、曲柄、连接轴、U型连接板、支撑座，所述伺服电机通过紧定螺钉固定在所述电机座上，所述伺服电机与所述齿轮连接，所述齿轮与所述齿条配合连接，所述齿条通过焊接的方式固定在所述滑块上，所述滑块与所述滑轨相配合，所述滑轨通过螺纹连接固定在所述侧板上，所述齿轮与所述齿条相配合将所述伺服电机的旋转运动转化为所述滑块的直线运动，所述U形连接板通过紧定螺钉固定在所述滑块上，所述连杆通过销与所述U形连接板连接，所述连杆与所述曲柄通过销连接实现相对转动，所述曲柄通过销与所述支撑座连接，所述支撑座通过紧定螺钉固定在所述侧板上，通过所述滑块的直线运动驱动所述连杆与所述曲柄的相对转动，所述连杆通过所述连接轴与所述曲柄连接，所述连接轴通过与所述整流罩外壳接触，进而推动所述整流罩外壳发生变形。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秀全，姜永，刘福来，陈国明，畅元江，刘兆伟，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37