本發(fā)明屬于海洋立管設(shè)施鋪設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種內(nèi)設(shè)導(dǎo)流涵洞的梭形錐狀體抑振裝置及方法。

背景技術(shù)：

石油、天然氣等不可再生能源仍是目前國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可替代的戰(zhàn)略資源。陸上油氣資源探明儲量的下降迫切要求人們將目光轉(zhuǎn)向于面積遼闊、油氣資源豐富的深海區(qū)域。在海洋油氣開采中，立管是必不可少的關(guān)鍵部件，它負(fù)責(zé)連接水下井口與海面作業(yè)設(shè)施，是油氣流舉升的重要通道。立管在深海環(huán)境下的安全穩(wěn)定性極其重要，其幾乎完全浸沒于海水中，疲勞損傷是造成立管失效的主要原因，而疲勞損傷又主要?dú)w因于波浪和海流作用形成的渦激振動。當(dāng)一定流速的海流或波浪流經(jīng)立管時，會在立管背部形成交替脫落的旋渦，旋渦的脫落對立管構(gòu)成了周期性的交替力，致使立管在流向和橫向產(chǎn)生振動。一旦立管因振動發(fā)生疲勞失效，不僅會產(chǎn)生重大漏油事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會對海洋環(huán)境構(gòu)成災(zāi)難性破壞。

因此，抑制立管振動是海洋工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。目前，有學(xué)者提出改變材料固有頻率來避開旋渦脫落頻率以免共振，其可以躲開共振，但無法避免振動。更多的學(xué)者從立管表面形狀入手，通過改變立管表面形狀，使邊界層分離點(diǎn)后移，減少旋渦的形成來抑制渦激振動?，F(xiàn)有抑制裝置諸如螺旋列板、分離盤、飄帶、擾流板、整流罩等，但分離盤、飄帶、整流罩等只可以實(shí)現(xiàn)單一來流方向上的渦激振動抑制，而實(shí)際海洋環(huán)境中，海流和波浪的方向隨機(jī)變化；螺旋列板雖然可以實(shí)現(xiàn)任意來流方向上的渦激振動抑制，但其存在增大了立管的拖曳力。因此，設(shè)計一種能夠應(yīng)對任意方向來流且具有明顯渦激振動抑制效果的裝置非常必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的問題是針對現(xiàn)有立管渦激振動抑制裝置及方法的不足，提供一種現(xiàn)場安裝方便、可以應(yīng)對任意方向來流的內(nèi)設(shè)導(dǎo)流涵洞的梭形錐狀體抑振裝置及方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種內(nèi)設(shè)導(dǎo)流涵洞的梭形錐狀體抑振裝置由梭形錐狀體套筒、翅片及軸承組成。梭形錐狀體套筒中部開有與其中軸同軸的圓柱形孔洞，梭形錐狀體套筒通過其圓柱形孔洞套裝于立管外壁，圓柱形孔洞內(nèi)壁兩端設(shè)有內(nèi)螺紋。梭形錐狀體套筒的外表面是由圓心角為35°弧長為18倍立管直徑的圓弧繞立管軸向旋轉(zhuǎn)360°所形成的圓弧面，并且表面粗糙。梭形錐狀體套筒內(nèi)部由上至下關(guān)于立管管軸對稱開設(shè)有一對交錯的逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞(逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞一和逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞三)、一對交錯的順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞(順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞一和順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞三)、一對交錯的逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞(逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞二和逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞四)、一對交錯的順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞(順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞二和順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞四)，四對交錯導(dǎo)流涵洞所在位置沿立管管軸方向均勻分布。梭形錐狀體套筒的外表面由上至下布設(shè)有4個翅片，翅片的長度方向沿立管軸向布置，4個翅片沿梭形錐狀體套筒外表面周向相互間隔90°，且呈螺旋下降布置。軸承為中間設(shè)圓柱滾子的內(nèi)外圈結(jié)構(gòu)，軸承有兩個，按間隔一個梭形錐狀體套筒高度安裝于立管外壁。兩個軸承外圈外壁均設(shè)有外螺紋，分別與梭形錐狀體套筒圓柱形孔洞兩端表面內(nèi)螺紋嚙合，使梭形錐狀體套筒與兩端軸承外圈連接成為一體，從而使梭形錐狀體套筒可繞立管旋轉(zhuǎn)。

利用所述的內(nèi)設(shè)導(dǎo)流涵洞的梭形錐狀體抑振裝置可以提供一種內(nèi)設(shè)導(dǎo)流涵洞的梭形錐狀體抑振方法。任意方向來流流至梭形錐狀體套筒后，由于梭形錐狀體套筒表面有16個導(dǎo)流涵洞洞口，可以從不同方位引導(dǎo)來流，使水流沿導(dǎo)流涵洞流進(jìn)與流出，形成沿梭形錐狀體套筒外表面的周向剪切流，有效地擾亂立管四周的繞流流場分布，破壞了繞流邊界層，抑制了立管背部的旋渦脫落。且由于導(dǎo)流涵洞呈螺旋上升狀，可以調(diào)動不同深度的水流，對垂向不同水深處的流場產(chǎn)生擾動，破壞三維旋渦的形成。同時，梭形錐狀體套筒外表面粗糙，對繞流邊界層構(gòu)成破壞，削弱了尾流旋渦強(qiáng)度，進(jìn)一步抑制了渦激振動。另外，水流沖擊在螺旋布置的4個翅片上時，會對翅片產(chǎn)生沖擊力，推動梭形錐狀體套筒繞立管轉(zhuǎn)動，進(jìn)一步調(diào)整流場分布，更大程度地實(shí)現(xiàn)渦激振動的抑制。在導(dǎo)流涵洞導(dǎo)流、翅片帶動梭形錐狀體套筒轉(zhuǎn)動及粗糙表面的共同作用下，實(shí)現(xiàn)了立管渦激振動的抑制。

本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明適應(yīng)流向變化的海洋環(huán)境，通過導(dǎo)流涵洞導(dǎo)流、翅片帶動梭形錐狀體套筒轉(zhuǎn)動及粗糙表面的共同作用，使渦激振動抑制效果達(dá)到最佳，延長立管的使用壽命；

2、本發(fā)明的梭形錐狀體套筒由塑料制成，耐腐蝕、成本低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明裝置導(dǎo)流涵洞空間布位示意圖

圖3為本發(fā)明裝置導(dǎo)流涵洞剖去一半表面的示意圖

圖4為本發(fā)明裝置軸承結(jié)構(gòu)示意圖

圖5為本發(fā)明裝置軸承內(nèi)、外圈及單個圓柱滾子示意圖

圖6為本發(fā)明裝置翅片空間布位示意圖

圖7為本發(fā)明裝置翅片俯視圖

圖8為本發(fā)明裝置梭形錐狀體套筒端部示意圖

其中：1.立管；2.梭形錐狀體套筒；3.翅片；4.軸承外圈；51.逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞一；52.逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞二；53.逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞三；54.逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞四；61.順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞一；62.順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞二；63.順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞三；64.順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞四；7.軸承內(nèi)圈；8.圓柱滾子。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述：

如圖1所示，一種內(nèi)設(shè)導(dǎo)流涵洞的梭形錐狀體抑振裝置由梭形錐狀體套筒2、翅片3及軸承組成。梭形錐狀體套筒2中部開有與其中軸同軸的圓柱形孔洞，梭形錐狀體套筒2通過其圓柱形孔洞套裝于立管1外壁，圓柱形孔洞內(nèi)壁兩端設(shè)有內(nèi)螺紋，如圖8所示。梭形錐狀體套筒2的外表面是由圓心角為35°弧長為18倍立管1直徑的圓弧繞立管1軸向旋轉(zhuǎn)360°所形成的圓弧面，并且表面粗糙。如圖2、圖3所示，梭形錐狀體套筒2內(nèi)部由上至下關(guān)于立管1管軸對稱開設(shè)有一對交錯的逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞(逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞一51和逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞三53)、一對交錯的順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞(順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞一61和順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞三63)、一對交錯的逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞(逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞二52和逆時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞四54)、一對交錯的順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞(順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞二62和順時針盤旋上升導(dǎo)流涵洞四64)，四對交錯導(dǎo)流涵洞所在位置沿立管1管軸方向均勻分布。如圖6、圖7所示，梭形錐狀體套筒2的外表面由上至下布設(shè)有4個翅片3，翅片3的長度方向沿立管1軸向布置，4個翅片3沿梭形錐狀體套筒2外表面周向相互間隔90°，且呈螺旋下降布置。如圖4、圖5所示，軸承為中間設(shè)圓柱滾子8的內(nèi)外圈結(jié)構(gòu)，軸承有兩個，按間隔一個梭形錐狀體套筒2高度安裝于立管1外壁。兩個軸承外圈4外壁均設(shè)有外螺紋，分別與梭形錐狀體套筒2圓柱形孔洞兩端表面內(nèi)螺紋嚙合，使梭形錐狀體套筒2與兩端軸承外圈4連接成為一體，從而使梭形錐狀體套筒2可繞立管1旋轉(zhuǎn)。

利用所述的內(nèi)設(shè)導(dǎo)流涵洞的梭形錐狀體抑振裝置可以提供一種內(nèi)設(shè)導(dǎo)流涵洞的梭形錐狀體抑振方法。任意方向來流流至梭形錐狀體套筒2后，由于梭形錐狀體套筒2表面有16個導(dǎo)流涵洞洞口，可以從不同方位引導(dǎo)來流，使水流沿導(dǎo)流涵洞流進(jìn)與流出，形成沿梭形錐狀體套筒2外表面的周向剪切流，有效地擾亂立管1四周的繞流流場分布，破壞了繞流邊界層，抑制了立管1背部的旋渦脫落。且由于導(dǎo)流涵洞呈螺旋上升狀，可以調(diào)動不同深度的水流，對垂向不同水深處的流場產(chǎn)生擾動，破壞三維旋渦的形成。同時，梭形錐狀體套筒2外表面粗糙，對繞流邊界層構(gòu)成破壞，削弱了尾流旋渦強(qiáng)度，進(jìn)一步抑制了渦激振動。另外，水流沖擊在螺旋布置的4個翅片3上時，會對翅片3產(chǎn)生沖擊力，推動梭形錐狀體套筒2繞立管1轉(zhuǎn)動，進(jìn)一步調(diào)整流場分布，更大程度地實(shí)現(xiàn)渦激振動的抑制。在導(dǎo)流涵洞導(dǎo)流、翅片3帶動梭形錐狀體套筒2轉(zhuǎn)動及粗糙表面的共同作用下，實(shí)現(xiàn)了立管1渦激振動的抑制。

實(shí)施例：

裝置安裝時，首先將兩個軸承按間隔一個梭形錐狀體套筒2高度安裝于立管1外壁，然后將梭形錐狀體套筒2套裝于立管1外壁，并使梭形錐狀體套筒2圓柱形孔洞兩端表面內(nèi)螺紋分別與上、下兩個軸承外圈4外壁的外螺紋嚙合，使梭形錐狀體套筒2可繞立管1旋轉(zhuǎn)。

安裝完畢后，將立管1置于海水中。任意方向來流流至梭形錐狀體套筒2后，由于梭形錐狀體套筒2表面有16個導(dǎo)流涵洞洞口，可以從不同方位引導(dǎo)來流，使水流沿導(dǎo)流涵洞流進(jìn)與流出，形成沿梭形錐狀體套筒2外表面的周向剪切流，有效地擾亂立管1四周的繞流流場分布，破壞了繞流邊界層，抑制了立管1背部的旋渦脫落。且由于導(dǎo)流涵洞呈螺旋上升狀，可以調(diào)動不同深度的水流，對垂向不同水深處的流場產(chǎn)生擾動，破壞三維旋渦的形成。同時，梭形錐狀體套筒2外表面粗糙，對繞流邊界層構(gòu)成破壞，削弱了尾流旋渦強(qiáng)度，進(jìn)一步抑制了渦激振動。另外，水流沖擊在螺旋布置的4個翅片3上時，會對翅片3產(chǎn)生沖擊力，推動梭形錐狀體套筒2繞立管1轉(zhuǎn)動，進(jìn)一步調(diào)整流場分布，更大程度地實(shí)現(xiàn)渦激振動的抑制。在導(dǎo)流涵洞導(dǎo)流、翅片3帶動梭形錐狀體套筒2轉(zhuǎn)動及粗糙表面的共同作用下，實(shí)現(xiàn)了立管1渦激振動的抑制。