一种具有涡激振动抑制性能的浮力装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有涡激振动抑制性能的浮力装置和系统。所述浮力装置包括浮力装置本体，浮力装置本体包括两个相互拼合的浮力半瓦；在所述浮力装置本体表面上设有三列相同的螺旋列板，三列螺旋列板呈120

【技术实现步骤摘要】
一种具有涡激振动抑制性能的浮力装置和系统


[0001]本专利技术涉及海洋工程与
，特别涉及一种具有涡激振动抑制性能的浮力装置和系统。

技术介绍

[0002]在海洋工程中，很多装备需要用到浮力装置。浮力装置的种类繁多，主要分为水上和水下两大类。水上浮力装置主要用来导航与标记类浮体。而水下分布式浮力装置，主要用于海洋浮式生产系统中的柔性立管系统、脐带缆、电缆或者海底装备之间连接跨接管道上。管道与浮体平台之间存在动态运动，即浮体平台沉浮运动或者晃动会带动管道的晃动。通过安装水下分布式浮力装置，管道根据自身的重量会在水下形成一定的线型来保证管道在动态应用时的安全，使得浮体运动范围内管道不会出现较大的张力与曲率。对于海底装备之间的跨接管道，浮力装置的主要作用是对跨接管进行减重。
[0003]不管是水下柔性立管还是海底跨接管，都存在流体绕过柱体结构引起的涡激振动问题。当管道固有频率与外界激励力频率接近时，就会发生流固耦合振动“锁定”现象，使得振幅显著加大，从而导致管道疲劳破坏。一旦发生管道结构破坏，将会产生巨大的经济损失。浮力装置也是典型的柱体结构，因此同样存在涡激振动问题。目前，大多数的浮力装置都是光滑的柱体结构，并不具备抑制涡激振动的性能，因此设计一种具备抑制涡激振动性能的浮力装置具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决以上技术问题，提供一种具有涡激振动抑制性能的浮力装置和系统。该浮力装置在增加海洋管道浮力的同时也能抑制管道涡激振动。
[0005]第一方面，本申请提供一种具有涡激振动抑制性能的浮力装置，是采用以下技术方案得以实现的。
[0006]一种具有涡激振动抑制性能的浮力装置，包括浮力装置本体，所述浮力装置本体包括两个相互拼合的浮力半瓦；在所述浮力装置本体表面上设有三列相同的螺旋列板，三列螺旋列板呈120
°
均匀分布，每列螺旋列板包括四个间隔排列的鳍。
[0007]进一步的，三列螺旋列板的螺距长度为浮力半瓦外径的16倍。
[0008]进一步的，所述螺旋列板中的鳍高度为浮力半瓦外径的0.2倍；鳍的斜度为10
°
；鳍的梯形截面夹角为10
°
；相邻两鳍之间的间隔宽度为浮力半瓦外径的0.12倍。
[0009]进一步的，每列螺旋列板包括位于两端的顶端鳍和位于两个顶端鳍中间的两个中间鳍。
[0010]更进一步的，所述顶端鳍的底端宽度为浮力半瓦外径的0.165倍；中间鳍的底端宽度为浮力半瓦外径的0.23倍。
[0011]进一步的，两个浮力半瓦相对的拼合面上设有定位组件。
[0012]进一步的，所述浮力装置本体上形成多个螺栓连接槽。
[0013]进一步的，所述浮力装置本体的端面上设有多个吊装孔。
[0014]第二方面，本申请提供一种具有涡激振动抑制性能的浮力系统，是采用以下技术方案得以实现的。
[0015]一种具有涡激振动抑制性能的浮力系统，包括上述浮力装置和安装螺旋列板的管道。
[0016]进一步的，所述安装螺旋列板的管道上安装的螺旋列板的螺距长度为管道外径的16倍；鳍高为浮力半瓦外径的0.25倍；鳍的斜度为10
°
；鳍的梯形截面夹角为10
°
。
[0017]本申请具有以下有益效果。
[0018]本专利技术浮力装置符合实际工程需求，切实可行，具有质量轻、易于模具成型制造、安装高效快捷、在保证浮力装置浮力性能的基础上可有效抑制管道的涡激振动、较少的增加管道阻力的优点，为海洋管道的发展提供可靠保障。
附图说明
[0019]图1是本专利技术具有抑制涡激振动性能的浮力装置的结构示意图；
[0020]图2是本专利技术浮力半瓦的结构示意图；
[0021]图3是旨在体现本专利技术浮力半瓦上鳍夹角的示意图；
[0022]图4是裸管道上安装常规浮力装置的装配示意图；
[0023]图5是安装螺旋列板的管道上安装常规浮力装置的装配示意图；
[0024]图6是安装螺旋列板的管道上安装具有抑制涡激振动性能的浮力装置的装配示意图；
[0025]图7是不同流速下阻力系数对比图；
[0026]图8是不同流速下振幅对比图；
[0027]图9是不同流速下振幅抑制效率对比图；
[0028]图10是裸管道上安装常规浮力装置的涡核云图；
[0029]图11是安装螺旋列板的管道上安装常规浮力装置的涡核云图；
[0030]图12是安装螺旋列板的管道上安装具有抑制涡激振动性能的浮力装置的涡核云图。
[0031]其中，1.浮力半瓦；2.顶端鳍；3.中间鳍；4.吊装孔；5.螺栓连接槽；6.定位槽；7.定位凸台；8.裸管道；9.常规浮力装置；10.安装螺旋列板的管道；11.具有抑制涡激振动性能的浮力装置。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步的说明。
[0033]如图1
‑
3所示，一种具有涡激振动抑制性能的浮力装置，包括浮力装置本体，所述浮力装置本体包括两个浮力半瓦1。浮力半瓦1为半圆柱形，中间形成沿轴向方向延伸的半圆形凹槽，在凹槽的中部扩径形成嵌入槽。两个浮力半瓦1相互拼合后呈圆筒形，中央形成供海洋管道贯穿的通道，两个嵌入槽拼合后用于海洋管道卡箍的嵌入。
[0034]为了提高两个浮力半瓦1拼合的方便性和准确性，本申请在两个浮力半瓦1相对的拼合面上设有定位组件，所述定位组件包括定位槽6和定位凸台7。具体的，如图2所述，定位
组件的设置方式可以为：定位槽6和定位凸台7分别位于同一浮力半瓦1的不同侧拼合面上。当浮力半瓦1包裹在海洋管道的卡箍上时，定位凸台7插入定位槽6内，并在螺旋连接槽5处通过螺栓连接，从而将一个本专利技术浮力装置固紧在海洋管道的卡箍上。卡箍结构已有较多示例，本专利不再描述。
[0035]所述浮力装置本体的端面上设有多个吊装孔4，用于吊装浮力装置。
[0036]本申请在浮力装置本体表面上设有三列相同的螺旋列板，三列螺旋列板呈120
°
均匀分布，三列螺旋列板由两排顶端鳍2和两排中间鳍3组成，两排中间鳍3位于两排顶端鳍2的中间，鳍与鳍之间间隔设置，顶端鳍2和中间鳍3均呈类四棱台形。在浮力装置上设计螺旋列板结构可以有效增加海洋管道浮力的同时也能抑制管道和浮力装置的涡激振动。鳍与鳍之间间隔排列，可以减小螺旋列板引起的拖拽力。
[0037]本申请采用FLUENT商业软件进行CFD/CSD流固耦合分析，优化出浮力装置上鳍的较好外形结构参数，使浮力装置上的鳍具有较好的抑制涡激振动的效果，同时较少的增加阻力。具体的，本申请设定浮力半瓦1外径为D，三列螺旋列板的螺距P的长度为16D，顶端鳍2和中间鳍3高度均为0.2D；顶端鳍2和中间鳍3的斜度α均为10
°
、顶端鳍2和中间鳍3的梯形截面夹角β均为10
°
、相邻两鳍之间的间隔宽度为0.12本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有涡激振动抑制性能的浮力装置，包括浮力装置本体，其特征在于：所述浮力装置本体包括两个相互拼合的浮力半瓦(1)；在所述浮力装置本体表面上设有三列相同的螺旋列板，三列螺旋列板呈120
°
均匀分布，每列螺旋列板包括四个间隔排列的鳍。2.根据权利要求1所述的一种具有涡激振动抑制性能的浮力装置，其特征在于：三列螺旋列板的螺距长度为浮力半瓦(1)外径的16倍。3.根据权利要求1所述的一种具有涡激振动抑制性能的浮力装置，其特征在于：所述螺旋列板中的鳍高度为浮力半瓦(1)外径的0.2倍；鳍的斜度为10
°
；鳍的梯形截面夹角为10
°
；相邻两鳍之间的间隔宽度为浮力半瓦(1)外径的0.12倍。4.根据权利要求1所述的一种具有涡激振动抑制性能的浮力装置，其特征在于：每列螺旋列板包括位于两端的顶端鳍(2)和位于两个顶端鳍(2)中间的两个中间鳍(3)。5.根据权利要求4所述的一种具有涡激振动抑制性能的浮力装置，其特征在于：所述顶端鳍(2)的底端宽度为浮力半瓦(1)外径的0.16...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨加栋，相政乐，张晓灵，张祥，吴文通，陈东阳，贾振，康学君，王洪洲，王铭浩，孔瑞林，陆娟，戚鲁华，杨彪，芮东，彭传伟，
申请(专利权)人：海油发展珠海管道工程有限公司，
类型：发明
国别省市：