一种立管涡激振动减抑振装置及减抑振装置设计方法制造方法及图纸

本申请提供一种立管涡激振动减抑振装置及减抑振装置设计方法，其包括多组减抑振基本单元，多组减抑振基本单元沿立管的高度方向平行间隔地安装于立管上，且每组减抑振基本单元均包括第一套筒、多个阻尼器、多个第二套筒以及多个附加质量杆；第一套筒套接于立管上；多个阻尼器的一端分别沿第一套筒的周向间隔地连接于第一套筒上，且另一端连接于相对应的第二套筒上；第二套筒套接于相对应的附加质量杆上。该装置不仅耗能减振效果明显，而且能够起到干扰流场抑制立管尾流旋涡脱落的作用，减小立管涡激振动，具有减振和抑振的双重效果。具有减振和抑振的双重效果。具有减振和抑振的双重效果。

【技术实现步骤摘要】
一种立管涡激振动减抑振装置及减抑振装置设计方法


[0001]本申请涉及海洋设施领域，尤其涉及一种立管涡激振动减抑振装置及减抑振装置设计方法。

技术介绍

[0002]深海油气开采系统包括海底管道、立管系统和浮式结构三部分，其中立管连接浮式结构和海底油井用于输送油气，是深海石油勘探开发的关键设备。在风浪流等海洋环境荷载作用下，会造成与立管上部连接的浮式结构频繁运动；同时，深海服役的立管还会受到洋流荷载频繁作用，这些都能诱发立管涡激振动，涡激振动的大振幅和多阶模态参与使得其成为导致立管疲劳损伤的主要因素，严重威胁深海油气开采安全。因此，研发立管涡激振动减抑振装置是确保立管安全运营的重要措施。
[0003]目前对背景洋流诱发立管涡激振动机理认识较为清楚，它是由立管尾流中交替脱落的旋涡激发，所以目前研究大都集中在基于控制流场层面，设计如何减少这类涡激振动的抑振装置。这些装置是通过改变结构外形或者安装附属装置的方式干扰流场，抑制旋涡脱落。因此，现有装置仅有抑制旋涡脱落的单一功能，而应用比较广泛的抑振装置有：整流罩、螺旋列板和控制杆；整流罩虽然能很好引导柱体尾流，但它必须布置在绕流物体后部，而海洋洋流方向变化不定，很难确定立管后部，限制了整流罩的实际工程应用。环绕柱体螺旋上升的螺旋列板，不仅可实现柱体表面粗糙化，而且对来流方向没有要求，并在一定程度上调整了柱体表面绕流，但是螺旋列板并不总能抑制绕流物体振动，在某些流速下会有增大绕流阻力并激发更多阶振动模态的不利作用。在绕流物体周围布置一些小的控制圆柱，能够破坏绕流流场，对物体振动有一定抑制作用，但是只有在特定角度布置控制杆才能起到抑制立管的涡激振动作用，有些角度甚至出现增强立管的涡激振动，而且控制杆还存在引起平均升力系数增加的可能性。为了解决这些装置的局限性，还专利技术了一些以这些抑振装置为基础的改进装置，如交错螺旋管、旋转控制杆等，但是这些装置都存在着形式复杂、加工难度大、难以标准化生产、成本高、甚至要求外接能源等缺点，而且最大的局限性是不能应用于浮式结构运动诱发的立管涡激振动减振。

技术实现思路

[0004]本申请的目的之一在于提供一种立管涡激振动减抑振装置及减抑振装置设计方法，以解决现有的海洋浮式结构运动诱发的立管涡激振动减振效果差的问题。
[0005]本申请的技术方案是：
[0006]一种立管涡激振动减抑振装置及减抑振装置设计方法，包括多组减抑振基本单元，多组所述减抑振基本单元沿立管的高度方向平行间隔地安装于所述立管上，且每组所述减抑振基本单元均包括第一套筒、多个阻尼器、多个第二套筒以及多个附加质量杆；所述第一套筒套接于所述立管上；多个所述阻尼器的一端分别沿所述第一套筒的周向间隔地连接于所述第一套筒上，且另一端连接于相对应的所述第二套筒上；所述第二套筒套接于相
对应的所述附加质量杆上。
[0007]作为本申请的一种技术方案，相邻的所述阻尼器之间的间距相同。
[0008]作为本申请的一种技术方案，所述阻尼器包括第一底板、第二底板以及至少一个钢丝绳圈；所述第一底板焊接于所述第一套筒上；所述第二底板焊接于所述第二套筒上；所述钢丝绳圈的一端连接于所述第一底板上，另一端连接于所述第二底板上。
[0009]作为本申请的一种技术方案，所述第一底板上开设有至少一个第一连接孔，所述第二底板上开设有至少一个第二连接孔；所述第一连接孔与所述第二连接孔处于同一直线上；所述钢丝绳圈的一端通过所述第一连接孔而连接于所述第一底板上，且另一端通过所述第二连接孔而连接于所述第二底板上。
[0010]一种减抑振装置设计方法，用于对以上所述的立管涡激振动减抑振装置进行设计，包括以下步骤：
[0011]步骤一，根据立管的几何参数和服役环境背景洋流，对要进行涡激振动控制的所述立管进行振动分析；
[0012]步骤二，根据所述立管的减抑振要求，确定所述立管涡激振动减抑振装置的安装范围；
[0013]步骤三，确定单位长度范围内所述立管涡激振动减抑振装置中的所述附加质量杆的总质量与所述立管质量的质量比，并计算所述立管涡激振动减抑振装置的最优阻尼比和最优频率；
[0014]步骤四，根据干扰流场的需求，确定所述减抑振基本单元的安装位置和每个所述减抑振基本单元中的所述附加质量杆的数量，并确定所述减抑振基本单元的排列方式；
[0015]步骤五，选择并设计所述阻尼器的数量以及排布方式；
[0016]步骤六，计算布设有所述立管涡激振动减抑振装置的所述立管涡激振动响应分析。
[0017]本申请的有益效果：
[0018]本申请的立管涡激振动减抑振装置及减抑振装置设计方法中，其主要由阻尼器和布设在立管外部的附加质量杆组成，阻尼器采用不锈钢钢丝绳圈制作，通过钢丝绳圈发生构形改变、相互缠绕钢丝之间产生干摩擦提供阻尼以及刚度；并且，阻尼器将附加质量杆和立管连接，通过附加质量杆振动产生惯性力消耗部分能量以减小传递到引起立管振动的能量；同时，阻尼器和附加质量杆的存在还能干扰流场，起到一定抑制立管涡激振动的作用。因此，本装置不仅具有干扰流场作用，而且具有耗能减振作用，能同时减小浮式结构和洋流诱发的立管涡激振动，且不受复杂洋流影响，无需外接能源，耐久性好，抑振效果稳定性好，具有良好的实际工程应用前景。此外，该装置是从结构层面出发，兼顾控制流场，因此具有干扰流场功能的同时，还能在较宽频带和大振幅范围内消能减振，达到对任何激励导致的立管涡激振动都有显著减小功能，且其不受任何未知的洋流方向性的限制，能够为立管提供多层保护，当干扰流场功能不佳时，稳定的耗能减振功能仍能保证立管的韧性；并且，该装置安装方便、维护简单、成本也较低，由于阻尼器是通过干摩擦提供阻尼，因此工作时钢丝绳材料应力水平低、抗疲劳性能好，且能够在极端环境下仍能发挥较好的耗能减振功能，为立管提供一定保护。此外，该装置可根据实际立管服役环境和情况来调整钢丝绳圈数、间距以及附加质量杆质量、分布，进而达到最优减小立管涡激振动的效果。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0020]图1为本申请实施例提供的立管涡激振动减抑振装置及减抑振装置设计方法示意图；
[0021]图2为本申请实施例提供的阻尼器示意图；
[0022]图3为本申请实施例提供的阻尼器第一角度示意图；
[0023]图4为本申请实施例提供的阻尼器第二角度示意图；
[0024]图5为本申请实施例提供的钢丝绳圈剖视图。
[0025]图标：1
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立管；2
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第一套筒；3
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附加质量杆；4
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第二套筒；5
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阻尼器；6
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第一底板；7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种立管涡激振动减抑振装置，其特征在于，包括多组减抑振基本单元，多组所述减抑振基本单元沿立管的高度方向平行间隔地安装于所述立管上，且每组所述减抑振基本单元均包括第一套筒、多个阻尼器、多个第二套筒以及多个附加质量杆；所述第一套筒套接于所述立管上；多个所述阻尼器的一端分别沿所述第一套筒的周向间隔地连接于所述第一套筒上，且另一端连接于相对应的所述第二套筒上；所述第二套筒套接于相对应的所述附加质量杆上。2.根据权利要求1所述的立管涡激振动减抑振装置，其特征在于，相邻的所述阻尼器之间的间距相同。3.根据权利要求1所述的立管涡激振动减抑振装置，其特征在于，所述阻尼器包括第一底板、第二底板以及至少一个钢丝绳圈；所述第一底板焊接于所述第一套筒上；所述第二底板焊接于所述第二套筒上；所述钢丝绳圈的一端连接于所述第一底板上，另一端连接于所述第二底板上。4.根据权利要求3所述的立管涡激振动减抑振装置，其特征在于，所述第一底板上开设有至少一个第一连接孔，所述第二底板上开设有至少一个第二连接孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：周强，李克璋，刘晖，周世雄，吕修文，王雪亮，吉柏锋，刘婷婷，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：