一种抑制涡激振动的装置、海洋立管和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种抑制涡激振动的装置、海洋立管和方法，包括壳体，壳体的外侧具有突出于壳体外表面的多个脊部，多个脊部平行；相邻两个脊部之间形成槽部，脊部和槽部之间圆滑过渡；多个脊部呈螺旋状分布于壳体的外表面。本发明专利技术中的螺旋状的脊部与主体是一体的，脊部与槽部之间是圆滑的，其更符合生物特征，能够达到更好的抑制效果。

A device, marine riser and method for suppressing vortex induced vibration

The invention discloses a device, an offshore riser and a method for suppressing vortex induced vibration, including a shell, the outer side of the shell has a plurality of ridges protruding from the outer surface of the shell, and a plurality of ridges are parallel; a groove is formed between two adjacent ridges, and a smooth transition is formed between the ridge and the groove; a plurality of ridges are distributed on the outer surface of the shell in a spiral shape. The spiral ridge part and the main body in the invention are integrated, and the ridge part and the groove part are smooth, which is more in line with the biological characteristics and can achieve better inhibition effect.

【技术实现步骤摘要】
一种抑制涡激振动的装置、海洋立管和方法
本专利技术涉及海洋工程建设领域，具体的，涉及一种抑制涡激振动的装置、海洋立管和方法。
技术介绍
随着陆上及浅海石油资源的日趋枯竭，许多国家和地区已经把目光转向了油气资源丰富的深海区域。立管是深海油气开发系统中连接海面作业平台和海底钻采设施的关键结构。当海流经过立管时，在立管两侧产生交替脱落的涡旋，从而在结构表面形成周期性的脉动力引起立管振动，当漩涡脱落频率接近立管的某阶自振频率时，漩涡脱落频率和立管振动频率相互锁定导致立管大幅振动，这种振动称为涡激振动。涡激振动是导致海洋立管及其他圆柱形结构物疲劳破坏的重要原因之一。实际工程中为减小或者消除涡激振动的影响，延长海洋立管的使用寿命，往往需要采用涡激振动抑制措施。现有用于圆柱状结构物涡激振动抑制的技术，包括整流罩、导流板和螺旋列板等抑制装置，其缺点主要有以下几个方面：①这些抑制装置结构相对复杂，安装和储存困难，需要额外的安装费用，且在海流的作用下易发生脱落，不易维护，材料难以回收利用；②导流板需要随着来流方向旋转，设计复杂，限制了其在深水中的应用，且使用寿命较短；③螺旋列板的抑制效果受螺距，螺纹头数目、长度的影响较大，增加了设计难度。
技术实现思路
针对现有的圆柱状结构涡激振动抑制技术的不足，本专利技术旨在一种抑制涡激振动的装置和方法，根据富氏天轮柱(CereusForbesiiSpiralis)的生物学特征的启发，采用注塑或挤出技术制造一种全新的浮体，本专利技术中的螺旋状的脊部与圆柱状结构主体是一体的，脊部与槽部之间是圆滑的，其更符合生物特征，能够达到更好的涡激振动抑制效果。本专利技术的第一目的，是提供一种抑制涡激振动的装置。本专利技术的第二目的，是提供一种抑制涡激振动的海洋立管。本专利技术的第三目的，是提供一种抑制涡激振动的方法。本专利技术的第四目的，是提供一种抑制丛式布置立管群涡激振动的方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术公开了下述技术方案：首先，本专利技术公开了一种抑制涡激振动的装置，包括壳体，壳体的外侧具有突出于壳体外表面的多个脊部，多个脊部平行；多个脊部之间形成多个槽部，脊部和槽部之间圆滑过渡；多个脊部呈螺旋状分布于壳体的外表面。进一步，所述壳体呈筒状；或者，所述壳体呈弧形面状，多个所述壳体能够拼合成筒状。进一步，所述脊部的数量为8至24之间的任意数目。进一步，所述壳体能够套接于立管外部，取槽部最低点所围成圆的直径D，所述脊部高度与装置或浮体直径的比例可在4％D到16％D之间。进一步，所述壳体脊部的螺距可在2D到16D之间。进一步，所述壳体和脊部一体成型。进一步，所述壳体和脊部由非金属复合材料直接注塑或挤出成型，所述非金属复合材料包括密度大于或等于或小于水的多种材料。其次，本专利技术还公开了一种抑制涡激振动的海洋立管，立管的外表面具有多个脊部，多个脊部平行；多个脊部之间形成多个槽部，脊部和槽部之间圆滑过渡；多个脊部呈螺旋状分布于立管的外表面。第三，本专利技术还公开了一种抑制涡激振动的方法，使用所述的抑制涡激振动的装置，包括以下步骤：1)根据海洋立管外径的尺寸，制作多对尺寸相同的半圆环形壳体，每对壳体在合成一个环形柱体时，分布在两个壳体外表面的脊部相互吻合形成螺旋结构；2)在海洋立管径向上连续设置成对的壳体：两个壳体紧贴在管道表面上，按照两个壳体外表面的脊部或凹槽分别相互吻合形成螺旋结构的方式构成一个套筒，固定连接在海洋立管上。第四，本专利技术还公开了一种抑制丛式布置立管群涡激振动的方法，包含了多个套有所述的抑制涡激振动装置的海洋立管或多个所述抑制涡激振动的海洋立管，立管丛式布置，指多个所述的套有抑制涡激振动装置的海洋立管或多个所述的抑制涡激振动的海洋立管按照一定的几何型式进行布置，包括但不限于矩形、菱形或三角形。本专利技术的原理是，受到富氏天轮柱(CereusForbesiiSpiralis)的启发，富氏天轮柱一般生长在常见大风的恶劣环境中，而且能够长得很高，其表面螺旋形状的结构起到了很大的作用，能够对来流施加一定扰动，破坏漩涡的规则形成和脱落，从而降低作用在结构上的流体力。专利技术人认为表面的螺旋形状能够降低大风速下施加在富氏天伦柱表面的流体力，因此这种形状结构对于抑制涡激振动是有益的。专利技术人借鉴了这种结构，将这种结构应用于海洋立管中，同样能够起到抑制涡激振动的效果。与现有技术相比，本专利技术取得了以下有益效果：1)相对于传统的使用螺旋列板及螺旋凹槽的组合形式的涡激振动抑制的技术，本专利技术不仅能够对来流施加一定扰动而改变雷诺数，使得流动状态提前进入湍流状态，破坏漩涡的规则形成与脱落，达到抑制涡激振动的效果，由于本专利技术中的螺旋状的脊部与主体是一体的，脊部与槽部之间是圆滑的，其更符合生物特征，能够达到更好的抑制效果。2)由于本专利技术把脊部与壳体或者海洋立管融为一体，因此实施的过程中不需要另外使用螺旋列板和凹槽构造螺旋形，相对于传统的施工方法更加简单高效。3)本专利技术中，套筒的壳体可以通过模具注塑或挤出批量生产，简化制造工艺，降低制造成本，安装工艺简单，可以通过流水线安装，提高工作效率，降低施工成本。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为实施例1中展示了脊部的示意图，图2为实施例1截面示意图，图3为实施例1在实验中水流速度v＝0.20米/秒时测得的振动微应变图，图4为现有的圆形截面海洋立管模型在实验中水流速度v＝0.20米/秒时测得的振动微应变图，图5为实施例1在实验中水流速度v＝0.24米/秒时测得的振动微应变图，图6为现有的圆形截面海洋立管模型在实验中水流速度v＝0.24米/秒时测得的振动微应变图，图7为实施例1在实验中水流速度v＝0.28米/秒时测得的振动微应变图，图8为现有的圆形截面海洋立管模型在实验中水流速度v＝0.28米/秒时测得的振动微应变图，图9为实施例1在实验中水流速度v＝0.32米/秒时测得的振动微应变图，图10为现有的圆形海洋立管模型在实验中水流速度v＝0.32米/秒时测得的振动微应变图，图11为实施例1在实验中水流速度v＝0.36米/秒时测得的振动微应变图，图12为现有的圆形海洋立管模型在实验中水流速度v＝0.36米/秒时测得的振动微应变图，图13为不同水流速度下的振动幅值对比结果图，图14为实施例3结构示意图，图15为立管的结构示意图，图中，1、脊部，2、槽部，3、外层，4、增强层，5、内衬层。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制涡激振动的装置，其特征在于，包括壳体，壳体的外侧具有突出于壳体外表面的多个脊部，多个脊部平行；相邻两个脊部之间形成槽部，脊部和槽部之间圆滑过渡；多个脊部呈螺旋状分布于壳体的外表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种抑制涡激振动的装置，其特征在于，包括壳体，壳体的外侧具有突出于壳体外表面的多个脊部，多个脊部平行；相邻两个脊部之间形成槽部，脊部和槽部之间圆滑过渡；多个脊部呈螺旋状分布于壳体的外表面。


2.如权利要求1所述的抑制涡激振动的装置，其特征在于，所述壳体呈筒状；或者，所述壳体呈弧形面状，多个所述壳体能够拼合成筒状。


3.如权利要求1所述的抑制涡激振动的装置，其特征在于，所述脊部的数量为为8至24的任意数目。


4.如权利要求1所述的抑制涡激振动的装置，其特征在于，所述壳体能够套接于立管外部，所述脊部的高度与装置直径的比例可在4％到16％之间。


5.如权利要求1所述的抑制涡激振动的装置，其特征在于，所述脊部的螺距为2D到16D之间。


6.如权利要求1所述的抑制涡激振动的装置，其特征在于，所述壳体和脊部一体成型。


7.如权利要求1所述的抑制涡激振动的装置，其特征在于，所述壳体和脊部由非金属复合材料直接注塑或挤出成型，所述非金属复合材料包括密度大于或等于...

【专利技术属性】
技术研发人员：时晨，陈法博，王森，刘洋，王佳璐，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，威海纳川管材有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37