專利名稱：立管陣列的渦激振動(dòng)(viv)抑制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于減小多個(gè)結(jié)構(gòu)的拖曳和/或渦激振動(dòng)(VIV)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
每當(dāng)例如圓柱體等非流線形體在流動(dòng)的流體環(huán)境中經(jīng)受來(lái)流時(shí)，非流線形體可能經(jīng)受渦激振動(dòng)(VIV)。這些振動(dòng)可由作用在表面上的振動(dòng)動(dòng)力造成，所述作用在表面上的振動(dòng)動(dòng)力可引起結(jié)構(gòu)發(fā)生相當(dāng)大的振動(dòng)，特別是在作用頻率為結(jié)構(gòu)固有頻率或接近結(jié)構(gòu)固有頻率的情況下。浮式船可用于對(duì)天然氣進(jìn)行液化和氣化。海水可用于冷卻或加熱天然氣。由于溫度差異，可能期望將入水口和出水口分離。多個(gè)立管可用于在距離浮式船一定深度處收集或存放水。這些立管可能暴露于VIV。從存在于水體下的地下礦床鉆探和/或開(kāi)采石油等使水下的鉆探和開(kāi)采設(shè)備暴露于水流，并且可能暴露于VIV。暴露于VIV的設(shè)備包括以下結(jié)構(gòu)從立管系統(tǒng)的較小的管、 錨固鏈?zhǔn)蛑Ь€管道到小型spar平臺(tái)或spar平臺(tái)浮式開(kāi)采系統(tǒng)(后文稱為spar平臺(tái)) 的船體的較大的水下圓柱體。作用在立管、鏈?zhǔn)騭par平臺(tái)上的應(yīng)力大小可能基本上是經(jīng)過(guò)這些結(jié)構(gòu)的水流速度和所述結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度的函數(shù)，并且隨經(jīng)過(guò)這些結(jié)構(gòu)的水流速度和所述結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度而增大。應(yīng)注意的是，即使作用在線性結(jié)構(gòu)上的流動(dòng)的流體環(huán)境中的中等速度的來(lái)流仍可產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)在海洋入口中或河口附近或海洋中較大深度處鉆探離岸油氣時(shí)，可能很容易遇到這樣的中等或更高速度的來(lái)流。流動(dòng)的流體環(huán)境中通常存在兩種流激應(yīng)力。第一種應(yīng)力可由使該結(jié)構(gòu)沿主要垂直于來(lái)流方向的方向振動(dòng)(渦激振動(dòng))的渦激交變力造成。當(dāng)流體流經(jīng)該結(jié)構(gòu)時(shí)，渦旋可從該結(jié)構(gòu)每一側(cè)交替脫落。這在該結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生橫向于來(lái)流的波動(dòng)力。如果該諧波載荷的頻率接近該結(jié)構(gòu)的固有頻率中的一個(gè)，則可能發(fā)生橫向于來(lái)流的大的振動(dòng)。這些振動(dòng)可能導(dǎo)致不可接受的太短疲勞壽命，取決于該結(jié)構(gòu)和任何焊接部的硬度和強(qiáng)度。實(shí)際上，已經(jīng)已知有由海洋環(huán)境中的高速來(lái)流條件產(chǎn)生的應(yīng)力使例如立管等結(jié)構(gòu)斷裂并且落到海底的情況。第二類型的應(yīng)力可由拖曳力造成，由于結(jié)構(gòu)對(duì)流體流動(dòng)的阻力，所述拖曳力沿來(lái)流方向推動(dòng)該結(jié)構(gòu)。拖曳力可由該結(jié)構(gòu)的渦激振動(dòng)加大。例如，由于渦旋脫落而振動(dòng)的立管將通常比靜止的立管更大地?cái)_動(dòng)其周?chē)乃?。這可導(dǎo)致更多的能量從來(lái)流傳遞到立管， 并且因此產(chǎn)生更大的拖曳作用。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種類型的裝置來(lái)減小海底結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和/或拖曳。用于減小海底結(jié)構(gòu)由渦旋脫落造成的振動(dòng)的這些裝置中的一些通過(guò)使尾流穩(wěn)定來(lái)工作。這些方法包括使用流線型減阻裝置、尾流分裂器和鳶尾。用于減小海底結(jié)構(gòu)由渦旋脫落造成的振動(dòng)的裝置可通過(guò)改變圍繞該結(jié)構(gòu)的流動(dòng)的邊界層以防止沿該結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度的渦旋脫落的相關(guān)聯(lián)來(lái)工作。這樣的裝置的實(shí)例包括套管狀
4裝置，例如螺旋側(cè)板(strake)、護(hù)罩、減阻裝置和基本上圓柱狀的套管。風(fēng)或其他流動(dòng)流體中的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)也可能遇到可與水環(huán)境中遇到的相比的VIV和/ 或拖曳。同樣，安裝Viv和/或拖曳減小裝置的工人到達(dá)在地面上方延伸很遠(yuǎn)的具有過(guò)大 VIV和/或拖曳力的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)可能很難、成本很高并且很危險(xiǎn)。減阻裝置可用于抑制作用在流動(dòng)的流體環(huán)境中的結(jié)構(gòu)上的VIV并且減小拖曳。減阻裝置可由弦長(zhǎng)與長(zhǎng)度的比率限定，其中，較長(zhǎng)的減阻裝置比較短的減阻裝置具有更高的比率。長(zhǎng)減阻裝置比短減阻裝置在抵抗拖曳方面更有效，但是可能有不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。短減阻裝置發(fā)生不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)更低，但是可能在流動(dòng)的流體環(huán)境中具有更高的拖曳力。第6，223，672號(hào)美國(guó)專利公開(kāi)了一種超短減阻裝置，其用于抑制基本上圓柱狀的海洋元件中的渦激振動(dòng)。所述超短減阻裝置具有前邊緣，其基本上在沿著繞其至少約270 度的距離上由海洋元件的圓形輪廓限定；并具有從海洋立管的圓形輪廓離開(kāi)并且會(huì)聚于尾邊緣的一對(duì)有特定形狀的側(cè)邊。超短減阻裝置的厚度和弦長(zhǎng)的尺寸使得弦與厚度的比率在約1. 20和1. 10之間。第6，223，672號(hào)美國(guó)專利以其全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文中。第3，978，804號(hào)美國(guó)專利公開(kāi)了一種漂浮在水體中的結(jié)構(gòu)，更具體地公開(kāi)了一種用于從水下鉆井或完井的結(jié)構(gòu)。浮力構(gòu)件將該結(jié)構(gòu)的至少一部分支撐在水面上方。該結(jié)構(gòu)由一系列平行的腿構(gòu)件連接到水體底部中的錨固件。每一個(gè)腿構(gòu)件由多個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件例如通常稱為立管的大直徑管構(gòu)成。這些立管平行。豎直間隔的間隔件沿每一條腿的立管設(shè)置， 以(1)使立管保持固定距離間距，和( 使單獨(dú)的立管的固有或諧振頻率變得大于由經(jīng)過(guò)立管的水的運(yùn)動(dòng)造成的顫動(dòng)頻率。第3，978，804號(hào)美國(guó)專利以其全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文中。第6，089，022號(hào)美國(guó)專利公開(kāi)了一種系統(tǒng)和方法，其用于在再次蒸發(fā)的天然氣傳輸上岸之前，在運(yùn)輸船上再次氣化LNG。在LNG處于其液相時(shí)，并且在其流經(jīng)一個(gè)或多個(gè)蒸發(fā)器之前，將LNG的壓力大幅增大，所述一個(gè)或多個(gè)氣化器又設(shè)置在所述船上。從圍繞所述船的水體取用的海水流經(jīng)蒸發(fā)器，以加熱并且蒸發(fā)LNG再次變?yōu)樘烊粴猓撕髮⑺鎏烊粴庑遁d到岸上設(shè)施。第6，089，022號(hào)美國(guó)專利以其全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文中。第6，832，875號(hào)美國(guó)專利公開(kāi)了一種用于液化天然氣的浮式設(shè)備，具有設(shè)置有液化裝置的駁船、用于接收天然氣的構(gòu)件和用于存儲(chǔ)和排出液化天然氣的構(gòu)件。所述液化裝置涉及熱交換，其中液化天然氣時(shí)去除的熱被傳遞到水。所述駁船還具有容器；具有入口的端部開(kāi)放的進(jìn)水導(dǎo)管；從進(jìn)水導(dǎo)管的出口延伸到容器的連接導(dǎo)管；用于從容器向換熱器輸送水的泵和用于排出從換熱器去除的水的排水系統(tǒng)。連接導(dǎo)管具有倒U型形狀，其頂部設(shè)置在容器上方。第6，832，875號(hào)美國(guó)專利以其全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文中。本領(lǐng)域中存在對(duì)下述方面中的一個(gè)或多個(gè)的需要用于減小作用在流動(dòng)的流體環(huán)境中的結(jié)構(gòu)上的VIV和/或拖曳的設(shè)備和方法，其不具有現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備和方法的一些缺點(diǎn)； 用于減小作用在流動(dòng)的流體環(huán)境中的多個(gè)結(jié)構(gòu)上的Viv和/或拖曳的設(shè)備和方法；用于減小作用在立管陣列或束上的VIV和/或拖曳力的設(shè)備和方法。在閱讀包括其附圖和權(quán)利要求書(shū)的本說(shuō)明書(shū)后，本領(lǐng)域中的這些和其他需要將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯而易見(jiàn)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面提供一種系統(tǒng)，其包括在流動(dòng)的流體環(huán)境中的結(jié)構(gòu)的陣列，所述陣列包括至少3個(gè)結(jié)構(gòu)；和在所述結(jié)構(gòu)中的至少2個(gè)上的渦激振動(dòng)抑制裝置。本發(fā)明的另一方面提供一種抑制結(jié)構(gòu)的陣列的渦激振動(dòng)的方法，包括在所述結(jié)構(gòu)的10%到90%上安裝渦激振動(dòng)抑制裝置。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可包括以下中的一個(gè)或多個(gè)改善了多個(gè)結(jié)構(gòu)的VIV減小情況；改善了多個(gè)結(jié)構(gòu)的拖曳減小情況；降低了的VIV減小的成本；和/或利用更少VIV抑制裝置實(shí)現(xiàn)了多個(gè)結(jié)構(gòu)的Viv減小。在閱讀包括附圖和權(quán)利要求書(shū)的本說(shuō)明書(shū)后，本發(fā)明的這些和其他方面將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯而易見(jiàn)。


可參照下面的描述和用于示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖來(lái)最清楚地理解本發(fā)明，附圖中圖1示出其中可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的海洋系統(tǒng)的示例。圖2A是示出作為VIV抑制裝置沿管狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度安裝的一個(gè)或多個(gè)代表性側(cè)板的俯視剖視圖。圖2B是示出作為VIV抑制裝置沿管狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度安裝的代表性減阻裝置的俯視剖視圖。圖3A-;3H示出根據(jù)不同實(shí)施例的用于將VIV抑制裝置與僅管狀結(jié)構(gòu)的一個(gè)子集聯(lián)接的幾種不同的示例性方法或構(gòu)造。圖4示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)的示例性方法和構(gòu)造，在所述多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)中，至少兩個(gè)，在該例子中為至少三個(gè)管狀結(jié)構(gòu)具有不同的外徑。圖5示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的類似于圖4的示例性方法和構(gòu)造，不同之處在于，除了不同的外徑之外，管狀結(jié)構(gòu)的一個(gè)子集還具有與其聯(lián)接的VIV抑制裝置。圖6A示出其中可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的海洋系統(tǒng)的實(shí)例，所述海洋系統(tǒng)包括浮式液化天然氣(FLNG)設(shè)備。圖6B顯示了根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施例的用于浮式液化天然氣(FLNG)設(shè)備的示例性方法或構(gòu)造，其中九個(gè)管狀結(jié)構(gòu)以3 X 3矩形陣列布置。
具體實(shí)施例方式在下面的說(shuō)明中，陳述了許多具體細(xì)節(jié)。但是應(yīng)可理解，可在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。在其他情況中，為了不使對(duì)本說(shuō)明的理解模糊不清，沒(méi)有詳細(xì)顯示公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)。圖 1圖1示出其中可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的海洋系統(tǒng)100的示例。海洋系統(tǒng)包括靠近水面104例如洋面的表面結(jié)構(gòu)102。舉例來(lái)說(shuō)，表面結(jié)構(gòu)可包括輪船、駁船、船舶、FPSO(浮式生產(chǎn)儲(chǔ)存卸貨裝置)、TLP(張力腿平臺(tái))、spar平臺(tái)、海上鉆機(jī)、海上平臺(tái)、浮式設(shè)備、浮式液化天然氣設(shè)備或本領(lǐng)域中已知的其他浮式或表面結(jié)構(gòu)。多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)106與表面結(jié)構(gòu)聯(lián)接。在一個(gè)特定方面，管狀結(jié)構(gòu)可共同用于在一定深度提供冷水來(lái)冷卻用作表面結(jié)構(gòu)的浮式液化天然氣設(shè)備。舉例來(lái)說(shuō)，管狀結(jié)構(gòu)可連接到海洋立管張緊裝置、萬(wàn)向接頭、球形接頭等。在一個(gè)實(shí)施例中，管狀結(jié)構(gòu)具有圓形或橢圓形橫截面。在另一個(gè)實(shí)施例中，管狀結(jié)構(gòu)的橫截面不必是圓形或橢圓形的，而是可包括其他形狀，例如但是不限于矩形。在圖1的圖示中，可看到兩個(gè)管狀結(jié)構(gòu)106A，106B?？扇芜x地包括多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)， 例如至少三個(gè)、至少四個(gè)、至少六個(gè)、至少九個(gè)或更多。合適的管狀結(jié)構(gòu)的示例包括但不限于纜線、臍帶纜、立管、海洋立管、立管豎管、船用管、輸送管、管道等或其組合。這些結(jié)構(gòu)可一直延伸到海底108，或僅部分地延伸到海底。在一些情況下，泥、原油、水和/或其他流體或電或電信號(hào)可通過(guò)該結(jié)構(gòu)傳輸。管狀結(jié)構(gòu)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)相互連接的導(dǎo)向套管或其他間隔件110A，IlOB物理連接在一起或相對(duì)于彼此保持就位。間隔件將管狀結(jié)構(gòu)以陣列、束、組、其他有序布置方式或其他集合形式連接或保持就位。舉例來(lái)說(shuō)，間隔件可以包括為盤(pán)狀、片狀、矩形、相互連接的多邊形桿、輪和輪輻形狀或其他形狀的金屬、塑料或具有足夠強(qiáng)度的材料。間隔件可在其中具有孔或其他開(kāi)口?？谆蜷_(kāi)口中的每一個(gè)可在其中容納或插入所述管狀結(jié)構(gòu)中的一個(gè)。間隔件可幫助將管一起相對(duì)靠近但是間隔開(kāi)地保持，以使管不劇烈地相互撞擊或相互破壞。 一個(gè)或多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)可用作間隔件的結(jié)構(gòu)支撐。用作間隔件的結(jié)構(gòu)支撐的管狀結(jié)構(gòu)可(直接或間接)連接到間隔件。對(duì)于陣列中或成組的其他管狀結(jié)構(gòu)，這樣的管狀結(jié)構(gòu)不需要連接到間隔件，并且在管狀結(jié)構(gòu)具有例如圓形或橢圓形形狀的情況下，可相反具有小于間隔件中的開(kāi)口的直徑的外(外部)直徑(包括或不包括VIV抑制裝置)。或者，管狀結(jié)構(gòu)的外(外部)直徑(包括或不包括Viv抑制裝置)可以與開(kāi)口的直徑相似，以使管狀結(jié)構(gòu)或管狀結(jié)構(gòu)上的VIV抑制裝置和間隔件可處于接觸(例如壓配合)。管狀結(jié)構(gòu)布置在具有來(lái)流112的水中并非罕見(jiàn)。來(lái)流112可傾向于產(chǎn)生管狀結(jié)構(gòu)的流體動(dòng)力拖曳和/或渦激振動(dòng)(VIV)。而且，在利用間隔件(例如間隔件110A)聯(lián)接或設(shè)置在一起的管狀結(jié)構(gòu)的陣列中，由來(lái)流112在所述陣列中的一個(gè)管狀結(jié)構(gòu)上直接引起的 VIV可被施加到該陣列的其他管狀結(jié)構(gòu)。這樣的VIV通常是不期望的，并且如果不進(jìn)行抑制，可能導(dǎo)致管狀結(jié)構(gòu)損壞、疲勞甚至過(guò)早失效。因此通常期望減小管狀結(jié)構(gòu)的VIV。在一些實(shí)施例中，可使用VIV抑制裝置來(lái)幫助抑制VIV。適用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的VIV抑制裝置或結(jié)構(gòu)的實(shí)例包括但不限于側(cè)板、減阻裝置、Herming裝置、護(hù)罩、尾流分裂器和其他類型的VIV抑制裝置或結(jié)構(gòu)。合適的VIV抑制裝置公開(kāi)在以下文件中代理人卷號(hào)TH1433的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0/839，781 ；代理人卷號(hào)THOMl的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1/400，365 ；代理人卷號(hào)TH2508 的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1/419,964 ；代理人卷號(hào) 876的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1/420,838 ；代理人卷號(hào) 969的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0/781,846 ；代理人卷號(hào)TH1500的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?60/805, 136 ；代理人卷號(hào)TH3112的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0/866,968 ；代理人卷號(hào)TH3190的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0/866，972 ；美國(guó)專利號(hào)5，410，979 ；美國(guó)專利號(hào)5，410，979 ；美國(guó)專利號(hào)5，421，413 ；美國(guó)專利號(hào)6，179，524 ；美國(guó)專利號(hào)6，233,672 ；美國(guó)專利號(hào)6，561,734 ； 美國(guó)專利號(hào)6，565，287 ；美國(guó)專利號(hào)6，571，878 ；美國(guó)專利號(hào)6，685，394 ；美國(guó)專利號(hào) 6，702，026 ；美國(guó)專利號(hào)7，017，666 ；和美國(guó)專利號(hào)7，070, 361，所述專利文件以其全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文中。
合適的用于安裝VIV抑制裝置的方法公開(kāi)在以下文件中代理人卷號(hào)TH1853. 04 的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0/784，536 ；代理人卷號(hào) 463的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0/848，547 ；代理人卷號(hào) 900的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1/596,437 ；代理人卷號(hào)的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?11/468，690 ；代理人卷號(hào) 875的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1/612，203 ；代理人卷號(hào) 879的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0/806，882 ；代理人卷號(hào) 842的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0/擬6，553 ；美國(guó)專利號(hào)6，695，539 ；美國(guó)專利號(hào)6，928，709 ；和美國(guó)專利號(hào)6，994，492中，所述專利文件以其全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文中。VIV抑制裝置可在管狀構(gòu)件放置在水體中之前或之后安裝在管狀構(gòu)件(例如浮力材料和立管)上。VIV抑制裝置可具有蛤殼構(gòu)造，并且可與和鉸接件相對(duì)的閉合機(jī)構(gòu)鉸接，所述閉合機(jī)構(gòu)例如為可通過(guò)ROV操作的機(jī)構(gòu)。VIV抑制裝置可在其端部具有銅板，以使其與相鄰的VIV抑制裝置或套環(huán)一起象風(fēng)標(biāo)一樣運(yùn)行。VIV抑制裝置可部分由銅制成。圖 2Α-2Β圖2Α-2Β顯示了 VIV抑制裝置或結(jié)構(gòu)的兩個(gè)常見(jiàn)類型。這些裝置或結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)適用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。圖2Α是示出作為VIV抑制裝置沿管狀結(jié)構(gòu)206的長(zhǎng)度安裝的一個(gè)或多個(gè)代表性側(cè)板220的俯視剖視圖。所述一個(gè)或多個(gè)側(cè)板可以是螺旋形側(cè)板，其圍繞管狀結(jié)構(gòu)螺旋纏繞或卷繞，并且可描述為連接到管狀結(jié)構(gòu)。圖2Β是示出作為VIV抑制裝置沿管狀結(jié)構(gòu)206的長(zhǎng)度安裝代表性減阻裝置222 的俯視剖視圖，并且可描述為連接到管狀結(jié)構(gòu)。減阻裝置具有鼻部2Μ和尾部226。減阻裝置可根據(jù)海洋來(lái)流圍繞管狀結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。再次參照?qǐng)D1，最左邊的管狀結(jié)構(gòu)106Α具有連接到其或與其連接在一起的一個(gè)或多個(gè)抑制裝置或結(jié)構(gòu)114Α，114Β。傳統(tǒng)的套環(huán)(未示出)可用于防止VIV抑制裝置沿所述管狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度移動(dòng)。最右邊的管狀結(jié)構(gòu)106Β不具有任何與其聯(lián)接的VIV抑制裝置或結(jié)構(gòu)。根據(jù)一些實(shí)施例，多個(gè)立管或其他管狀結(jié)構(gòu)中的全部或僅一子集可具有連接到其的VIV抑制裝置。在這些后類的實(shí)施例中，所述多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)其他管狀結(jié)構(gòu)可不具有連接到其的VIV抑制裝置。將VIV抑制裝置從管狀結(jié)構(gòu)中的一些管狀結(jié)構(gòu)省去(從而僅管狀結(jié)構(gòu)的一個(gè)子集具有VIV管狀結(jié)構(gòu))可提供一些可能的優(yōu)點(diǎn)。一方面，在全部管狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置VIV抑制裝置傾向于增大總設(shè)備成本。另一方面，與沒(méi)有Viv抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)相比較，安裝具有VIV 抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)通常更難、更耗時(shí)和/或更昂貴。VIV抑制裝置可能通常使管狀結(jié)構(gòu)更笨重、更難操縱、更難對(duì)準(zhǔn)和/或更難與間隔件聯(lián)接。同樣，收回具有Viv抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)以例如進(jìn)行清洗、檢查和/或修理通常更難、更耗時(shí)和/或更昂貴。典型地，約20%到約80%的管狀結(jié)構(gòu)可具有與其聯(lián)接的VIV抑制裝置。通常，約 30%到約70%的管狀結(jié)構(gòu)可具有與其聯(lián)接的VIV抑制裝置。在一些情況下，約40%到約 60%的管狀結(jié)構(gòu)可具有與其聯(lián)接的VIV抑制裝置。并不要求管狀結(jié)構(gòu)沿其全長(zhǎng)具有VIV抑制裝置。換句話說(shuō)，覆蓋密度(覆蓋有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度與總長(zhǎng)相比較)可小于1。覆蓋密度也可表達(dá)為管狀結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度的百分比，并且可小于100 %。通常，覆蓋密度可在約50 %到約100 %的范圍內(nèi)，例如約60 % 到約90%。具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)的數(shù)量或百分比可通過(guò)增大選擇的管狀結(jié)構(gòu)的覆蓋密度來(lái)減小。相反，如果需要，覆蓋密度可通過(guò)增大具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)的數(shù)量或百分比來(lái)減小。圖 3A-3H圖3A-;3H示出根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例與管狀結(jié)構(gòu)的陣列、束、組或其他集合形式的管狀結(jié)構(gòu)子集連接的VIV抑制裝置的幾種不同的示例性方法或構(gòu)造。這些示了沿圖1的剖線3/4/5穿過(guò)間隔件IlOA和所述多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)106的剖視圖。間隔件將管狀結(jié)構(gòu)聯(lián)接在一起，或以陣列、束、組、其他有序布置方式或其相聯(lián)接集合形式將所述管狀結(jié)構(gòu)相對(duì)于彼此保持就位。在這些圖示中，圓圈表示管狀結(jié)構(gòu)。應(yīng)意識(shí)到，管狀結(jié)構(gòu)不需要占據(jù)間隔件IlOA 中的開(kāi)口的全部橫截面積。陰影圓圈表示具有與其聯(lián)接的VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)。無(wú)陰影圓圈表示沒(méi)有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)。雖然圖3A-;3H顯示了與管狀結(jié)構(gòu)陣列的一個(gè)子集(例如小于全部管狀結(jié)構(gòu))連接的VIV抑制裝置的不同示例，但是在另一個(gè)實(shí)施例中， VIV抑制裝置可連接到陣列中的管狀結(jié)構(gòu)的每一個(gè)。任何前面提到的VIV抑制裝置都是合適的。圖3A-3F示出用于布置成3 X 3矩形陣列的九個(gè)管狀結(jié)構(gòu)的方法或構(gòu)造，在該特定情況中，所述矩形陣列為基本上方形陣列。圖3A示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的第一構(gòu)造，其中僅在3X3矩形陣列的全部四個(gè)拐角處的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV抑制裝置。3X3矩形陣列具有分別在四個(gè)拐角位置106A、106C、106G和1061處的管狀結(jié)構(gòu)。這些拐角位置在本文中稱為左上拐角106A、右上拐角106C、左下拐角106G和右下拐角 1061。該陣列還具有分別在四個(gè)側(cè)邊中心位置106B、106D、106F和106H的管狀結(jié)構(gòu)。這些側(cè)邊中心位置本文分別稱為上側(cè)106B、下側(cè)106H、右側(cè)106F和左側(cè)106D。拐角位置和側(cè)邊位置組合形成陣列外周。3X3矩形陣列還具有在中心位置106E處的管狀結(jié)構(gòu)。四個(gè)拐角位置處的四個(gè)管狀結(jié)構(gòu)為僅有的具有連接到其的VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)。這四個(gè)管狀結(jié)構(gòu)幫助為整個(gè)陣列抑制VIV。有利的是，該布置方式是結(jié)實(shí)的，并且沒(méi)有顯示出對(duì)到來(lái)的海洋來(lái)流角度非常敏感。除了抑制VIV，具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)的渦旋脫落頻率通常低于沒(méi)有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)，相對(duì)于裸管狀結(jié)構(gòu)而言，VIV抑制裝置可傾向于幫助將管狀結(jié)構(gòu)的VIV的激發(fā)頻率“解諧”或減小。這可增大陣列的頻率分離(disassociation)。這些具有不同頻率的管狀結(jié)構(gòu)將更不可能使其振動(dòng)耦合。結(jié)果，可減小陣列的振動(dòng)。具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)與不具有與其聯(lián)接的VIV抑制裝置的其他管狀結(jié)構(gòu)基本上相互散布、交錯(cuò)或以其他方式錯(cuò)開(kāi)。在陣列外周，僅每隔一個(gè)的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV抑制裝置。在這樣的交錯(cuò)布置方式中，相鄰的管狀結(jié)構(gòu)傾向于具有不同的激發(fā)頻率。如上所討論的，通過(guò)這樣的頻率分離，作用在這些管狀結(jié)構(gòu)上的振動(dòng)更不可能耦合，并且陣列的總振動(dòng)可減小。在該構(gòu)造中，九個(gè)中的四個(gè)或者說(shuō)約44%的管狀結(jié)構(gòu)包括連接到其的VIV抑制裝
9置。在外周上，八個(gè)中的四個(gè)或者說(shuō)50%的更高百分比的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV抑制裝置。圖IBB示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的第二構(gòu)造，其中僅陣列的中心位置處的管狀結(jié)構(gòu)和全部四個(gè)拐角位置處的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV抑制裝置。該構(gòu)造類似于圖3A的構(gòu)造，不同之處在于，中心位置處的管狀結(jié)構(gòu)也具有連接到其的VIV抑制裝置。如前面所述，在該構(gòu)造中，具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)基本上與不具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)交錯(cuò)。如前面所述，在外周上，僅每隔一個(gè)的管狀結(jié)構(gòu)具有VIV抑制裝置。 這樣的交錯(cuò)可傾向于增大頻率分離量，這還可幫助減小由于VIV造成的損壞。在該構(gòu)造中，九個(gè)中的五個(gè)，或者說(shuō)約55%的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV抑制裝置。在外周上，八個(gè)中的四個(gè)，或者說(shuō)50%的更高百分比的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV 抑制裝置。圖3C示出根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的第三構(gòu)造，其中，僅陣列的四個(gè)側(cè)邊中心位置處的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV抑制裝置。由于處于側(cè)邊位置處而不是處于拐角位置處的管狀結(jié)構(gòu)具有Viv抑制裝置，因此該構(gòu)造基本上與圖3A的構(gòu)造相反。如前面所述，在該構(gòu)造中，具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)基本上與不具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)交錯(cuò)。如前面所述，在外周上，僅每隔一個(gè)的管狀結(jié)構(gòu)具有VIV抑制裝置。 這樣的交錯(cuò)可傾向于增大頻率分離量，這還可幫助減小由于VIV造成的損壞。在該構(gòu)造中，九個(gè)中的四個(gè)，或者說(shuō)約44%的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV抑制裝置。在外周上，八個(gè)中的四個(gè)，或者說(shuō)50%的更高百分比的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV 抑制裝置。當(dāng)已知主要為海洋、河流或其他流動(dòng)流體來(lái)流時(shí)，可通過(guò)更加低數(shù)量或百分比的具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)充分抑制或阻尼。特別地，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，陣列可排列為使更高百分比的具有Viv抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)處于面對(duì)主要海洋來(lái)流的前排上。圖3D示出根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的第四構(gòu)造，其中僅處于陣列的將首先經(jīng)受主要海洋來(lái)流的前排的三個(gè)拐角位置處的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV抑制裝置。該構(gòu)造類似于圖3A的構(gòu)造，不同之處在于處于左下拐角位置處的管狀結(jié)構(gòu)不具有VIV抑制裝置。箭頭用于標(biāo)示主要海洋來(lái)流。在本文使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“主要”海洋來(lái)流是包括其一般或最常見(jiàn)方向的一般或最常見(jiàn)的海洋來(lái)流。在陣列頂側(cè)和右側(cè)的五個(gè)管狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成前排。該前排首先經(jīng)受主要海洋來(lái)流。在該構(gòu)造中，九個(gè)中的三個(gè)，或者說(shuō)約33%的管狀結(jié)構(gòu)包括與其聯(lián)接的VIV抑制裝置。在外周上，八個(gè)中的三個(gè)，或者說(shuō)約37 %的更高百分比的管狀結(jié)構(gòu)包括VIV抑制裝置。在前排上，五個(gè)中的三個(gè)，或者說(shuō)約60%的更加高百分比的管狀結(jié)構(gòu)具有VIV抑制裝置。應(yīng)注意的是，與剩余的非前排管狀結(jié)構(gòu)相比，更高百分比的前排管狀結(jié)構(gòu)具有VIV 抑制裝置。正是這些管狀結(jié)構(gòu)首先經(jīng)受主要海洋來(lái)流，并且將傾向于經(jīng)受處于其最高速度的海洋來(lái)流。這些更高的速度將傾向于使這些管狀結(jié)構(gòu)具有最嚴(yán)重的VIV。但是，在更高百分比的這些前排管狀結(jié)構(gòu)上使用VIV抑制裝置傾向于抑制大部分的VIV。另外，已經(jīng)沿前排使用了交錯(cuò)布置方式。這有助于增大頻率分離量。而且，陣列排列成使處于右上拐角位置處的管狀結(jié)構(gòu)在所有其他管狀結(jié)構(gòu)之前首先經(jīng)受主要海洋來(lái)流。該管狀結(jié)構(gòu)將傾向于經(jīng)受處于其最高速度的海洋來(lái)流，并且將傾向于具有相對(duì)大量的VIV。但是，有利的是，該管狀結(jié)構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)VIV抑制裝置。還應(yīng)注意的是，該布置方式在緊接著其他上游或前排管狀結(jié)構(gòu)的尾流的下游或直接在尾流中設(shè)置了更多的管狀結(jié)構(gòu)。尾流指由實(shí)心體周?chē)牧黧w流動(dòng)造成的實(shí)心體下游的分離流動(dòng)的區(qū)域，在一些情況下為湍流。尾流中平均流體速度傾向于更低。結(jié)果，這些下游管狀結(jié)構(gòu)傾向于經(jīng)受較小速度的海洋來(lái)流，并且傾向于具有較小的VIV。另外，在其他管狀結(jié)構(gòu)的尾流中并且經(jīng)受較小速度來(lái)流的管狀結(jié)構(gòu)傾向于具有更低的渦旋脫落頻率和/或激發(fā)頻率。這增加陣列的頻率分離，有助于減小振動(dòng)。與圖3A相比較，處于左下角位置處的管狀結(jié)構(gòu)不具有一個(gè)或多個(gè)VIV抑制裝置。 該管狀結(jié)構(gòu)在幾個(gè)上游管狀結(jié)構(gòu)的下游，并且傾向于經(jīng)受處于相對(duì)減小速度下的海洋來(lái)流。這使得其為相對(duì)優(yōu)選的省去VIV抑制裝置的候選者。因此，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，將最后經(jīng)受主要海洋來(lái)流的、在陣列的所有其他管狀結(jié)構(gòu)之后的管狀結(jié)構(gòu)可不具有一個(gè)或多個(gè)VIV抑制裝置。預(yù)期采用在前排具有更加強(qiáng)抑制量的布置方式或構(gòu)造。圖3E示出根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的第五構(gòu)造，其中處于陣列的將首先經(jīng)受主要海洋來(lái)流的前排上位置處的四個(gè)管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV裝置。如前面所述，箭頭用于標(biāo)示主要海洋來(lái)流。陣列排列成使處于右上角位置處的管狀結(jié)構(gòu)首先經(jīng)受主要海洋來(lái)流。該排列方式將更多的管狀結(jié)構(gòu)設(shè)置在上游管狀結(jié)構(gòu)的尾流中。在陣列頂側(cè)和右側(cè)上的五個(gè)管狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成首先經(jīng)受主要海洋來(lái)流的前排。在該實(shí)施例中，具有VIV抑制裝置的全部四個(gè)管狀結(jié)構(gòu)位于前排上。在該構(gòu)造中，九個(gè)中的四個(gè)，或者說(shuō)約44%的管狀結(jié)構(gòu)具有VIV抑制裝置。在外周上，八個(gè)中的四個(gè)或者說(shuō)50%的更高百分比的管狀結(jié)構(gòu)具有VIV抑制裝置。在前排上，五個(gè)中的四個(gè)，或80%的更加高百分比的管狀結(jié)構(gòu)具有VIV抑制裝置。因此，在該實(shí)施例或構(gòu)造中，與剩余的非前排管狀結(jié)構(gòu)相比，更加高的百分比的前排管狀結(jié)構(gòu)具有VIV抑制結(jié)構(gòu)。圖3F示出根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的第五構(gòu)造，其中陣列前排上僅一個(gè)管狀結(jié)構(gòu)和前排下游位置處的三個(gè)管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV抑制裝置。該設(shè)計(jì)比依賴前排上的強(qiáng)抑制更多地依賴頻率分離。箭頭標(biāo)示主要海洋來(lái)流。陣列頂側(cè)和右側(cè)上的五個(gè)管狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成首先經(jīng)受主要海洋來(lái)流的前排。在該情況下，僅一個(gè)具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)位于前排上。該陣列排列成使處于右上拐角位置的首先經(jīng)受主要海洋來(lái)流的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV抑制裝置。該排列方式還將更多的管狀結(jié)構(gòu)設(shè)置在上游管狀結(jié)構(gòu)的尾流中。 應(yīng)注意的是，將在陣列的所有其他管狀結(jié)構(gòu)后面最后經(jīng)受主要海洋來(lái)流的左下部管狀結(jié)構(gòu)不具有VIV抑制裝置。在該構(gòu)造中，九個(gè)中的四個(gè)，或者說(shuō)約44%的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV抑制裝置。在外周上，八個(gè)中的三個(gè)或者說(shuō)約37%的管狀結(jié)構(gòu)具有VIV抑制裝置。在前排上，五個(gè)中的一個(gè)，或者說(shuō)20%的管狀結(jié)構(gòu)具有VIV抑制裝置。不要求為圖3A-3F的3X3矩形陣列。在替代實(shí)施例中，多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)可具有不同的其他數(shù)量的管狀結(jié)構(gòu)和/或不同的其他形狀(例如圓形、星形、三角形等)。
圖3G示出根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的另一個(gè)示例性構(gòu)造，其用于以十二根管狀結(jié)構(gòu)的4X3矩形陣列布置的十二根管狀結(jié)構(gòu)。在該構(gòu)造中，利用了前排的充分抑制量和充分的頻率分離量的混合。箭頭標(biāo)示主要海洋來(lái)流。陣列排列成使處于右上角位置處的具有聯(lián)接到其的VIV 抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)首先經(jīng)受主要海洋來(lái)流。該排列方式也在上游管狀結(jié)構(gòu)的尾流中設(shè)置了多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)。而且，在相對(duì)更大的陣列中，由于作用于更大數(shù)量的管狀結(jié)構(gòu)的干擾效應(yīng)和尾流效應(yīng)，傾向于存在相對(duì)更大量的固有頻率分離。另外，較少的VIV抑制的管狀結(jié)構(gòu)可有效減小振動(dòng)。因此，在相對(duì)更大的陣列中，通?？赡鼙染哂猩倭恐林械葦?shù)量管的陣列使用相對(duì)更小數(shù)量或百分比的具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)。對(duì)于具有多于12根立管的陣列，根據(jù)特定實(shí)施情況，甚至20 %或25 %的管狀結(jié)構(gòu)可具有VIV抑制裝置。在該構(gòu)造中，12個(gè)中的六個(gè)或者說(shuō)50%的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV抑制裝置。在外周上，10個(gè)中的四個(gè)或者說(shuō)40%的管狀結(jié)構(gòu)具有VIV抑制裝置。在前排上，六個(gè)中的兩個(gè)或者說(shuō)約33 %的管狀結(jié)構(gòu)具有VIV抑制裝置。非矩形陣列也是合適的。圖3H示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于以同中心陣列布置的九根管狀結(jié)構(gòu)的另一個(gè)示例性構(gòu)造。在該情況下，同中心陣列是圓形的?；蛘撸撽嚵锌梢允菣E圓形、卵形、星形形狀、三角形等。箭頭用于標(biāo)示主要海洋來(lái)流。該陣列布置成使具有聯(lián)接到其的VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)首先經(jīng)受主要海洋來(lái)流。具有抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)基本上與沒(méi)有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)交錯(cuò)。如前面所述，在外周上，僅每隔一個(gè)的管狀結(jié)構(gòu)具有VIV抑制裝置。在該構(gòu)造中，九個(gè)中的四個(gè)，或者說(shuō)約44%的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV抑制裝置。在外周上，八個(gè)中的四個(gè)或者說(shuō)50%的管狀結(jié)構(gòu)具有VIV抑制裝置。在前排上，五個(gè)中的三個(gè)或者說(shuō)60 %的管狀結(jié)構(gòu)具有VIV抑制裝置。在圖3A-3H的任何構(gòu)造中，VIV抑制裝置可任選為傳統(tǒng)型，并且可由任何合適的傳統(tǒng)用于VIV抑制裝置的材料構(gòu)造。如果需要，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)結(jié)構(gòu)，例如覆蓋物、蓋、減震器等可任選地包括在VIV抑制裝置上，以在與VIV抑制裝置發(fā)生碰撞或接觸時(shí)幫助防止機(jī)械損壞。所述保護(hù)結(jié)構(gòu)可由柔韌的、彈性的或柔軟的材料，例如橡膠、塑料、泡沫等構(gòu)成。在一方面，VIV抑制裝置的段的端部可任選地逐漸變細(xì)為比抑制裝置的段的其余部分的外徑更小的外徑，這可便于穿過(guò)間隔件安裝和/或插入。典型地，如果具有安裝于其上的VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)穿過(guò)間隔件中的開(kāi)口插入，如果抑制裝置的首先穿過(guò)所述開(kāi)口插入的端部逐漸變細(xì)為較小的外徑，則傾向于更容易將抑制裝置/管狀結(jié)構(gòu)與所述開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)并且將其插入所述開(kāi)口中。在圖3A-3H的任何構(gòu)造中，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，雖然不是必須要求的，但是可任選地使用多種不同類型和/或尺寸的VIV抑制裝置，而非使用一種類型和/或尺寸的VIV 抑制裝置。例如，具有VIV抑制裝置的立管子集中的一些可具有第一類型的VIV抑制裝置 (例如側(cè)板)，而子集的另一些可具有第二不同類型的VIV抑制裝置(例如減阻裝置)。使用不同類型的VIV抑制裝置的一種策略可能是改變立管的激發(fā)頻率和/或增強(qiáng)陣列的頻率分離。不同類型可任選地相對(duì)于彼此交錯(cuò)，以提供進(jìn)一步的頻率分離。
減小振動(dòng)的另一種方式是通過(guò)使用具有多個(gè)不同外徑的管狀結(jié)構(gòu)。因此，其他實(shí)施例涉及多個(gè)立管或其他管狀結(jié)構(gòu)，其中至少兩個(gè)立管或其他管狀結(jié)構(gòu)具有不同外徑。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，至少三個(gè)管狀結(jié)構(gòu)可具有不同的外徑。管狀結(jié)構(gòu)的直徑影響其渦旋脫落頻率及其VIV諧振頻率。特別地，與具有較小水力直徑的管狀結(jié)構(gòu)相比較，具有相對(duì)較大水力直徑的管狀結(jié)構(gòu)傾向于具有較低的渦旋脫落頻率和較低的激發(fā)頻率。因此，在組、陣列、束或其他聯(lián)接集合形式中包括具有不同外徑的管狀結(jié)構(gòu)，可有助于通過(guò)增大陣列的頻率分離水平而使組、陣列、束或其他集合形式的振動(dòng)頻率解諧。另外，上游管狀結(jié)構(gòu)通常比處于其尾流中的下游管狀結(jié)構(gòu)具有更高的渦旋脫落頻率。因此，當(dāng)相對(duì)較大直徑的管狀結(jié)構(gòu)處于相對(duì)較小直徑的管狀結(jié)構(gòu)下游時(shí)，通?？赡墚a(chǎn)生較大的頻率分離。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于主要海洋來(lái)流，具有相對(duì)較大直徑的管狀結(jié)構(gòu)可處于具有相對(duì)較小直徑的管狀結(jié)構(gòu)的尾流中或下游。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于主要海洋來(lái)流，多個(gè)上游管狀結(jié)構(gòu)的平均直徑可小于處于其尾流中的多個(gè)下游管狀結(jié)構(gòu)的平均直徑。典型地，最大直徑可在比最小直徑大5%到200%的范圍內(nèi)(以最小直徑的百分比表達(dá))。通常，最大直徑可在比最小直徑大10%到150%的范圍內(nèi)。在一些例子中，最大直徑可在比最小直徑大25%到100%的范圍內(nèi)。但是，該范圍不受任何已知的直徑差異的限制。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，外鞘或其他涂層可包括在管狀結(jié)構(gòu)外部上，以增大管狀結(jié)構(gòu)的外徑。術(shù)語(yǔ)涂層不限于類似油漆的涂敷方法等，而是更廣泛地涵蓋與管狀結(jié)構(gòu)的外部聯(lián)接的材料。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，具有多種不同厚度的涂層可包括在不同管狀結(jié)構(gòu)的外部上，以增大管狀結(jié)構(gòu)的外徑，并且提供多種不同的外徑。涂層可能用于除了增大直徑以外的目的。例如，涂層可包含熱絕緣材料，以使管狀結(jié)構(gòu)中的流體熱絕緣。作為另一個(gè)示例，涂層可包含浮力材料。圖4:圖4示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)的示例性方法或構(gòu)造，其中，至少兩個(gè)，在該例子中至少三個(gè)管狀結(jié)構(gòu)具有不同的外徑。如前面所述，該圖為沿圖1的剖線 3/4/5穿過(guò)間隔件110和多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)106的剖視圖。類似于圖3A-3F，九個(gè)管狀結(jié)構(gòu)以3X3矩形陣列布置。在該構(gòu)造中，處于中心位置處的管狀結(jié)構(gòu)106E和處于四個(gè)拐角位置處的四個(gè)管狀結(jié)構(gòu)106A、106C、106G和1061都具有第一外徑。處于上側(cè)中心位置處的管狀結(jié)構(gòu)106B和處于右側(cè)中心位置處的管狀結(jié)構(gòu) 106F都具有第二外徑。處于左側(cè)中心位置處的管狀結(jié)構(gòu)106D和處于下側(cè)中心位置處的管狀結(jié)構(gòu)106H都具有第三外徑。如圖所示，第一外徑可小于第二外徑，第二外徑可小于第三外徑。如果需要，一個(gè)或多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)可具有與其他三個(gè)外徑不同的另一個(gè)第四外徑。箭頭標(biāo)示主要海洋來(lái)流。處于左側(cè)位置的較大直徑管狀結(jié)構(gòu)106D在處于上側(cè)位置處的較小直徑的管狀結(jié)構(gòu)106B的下游和尾流中。同樣，處于下側(cè)位置的較大直徑管狀結(jié)構(gòu)106H在處于右側(cè)位置的較小直徑的管狀結(jié)構(gòu)106F的下游和尾流中。上游管狀結(jié)構(gòu)(例如106B、106C和106F)的平均直徑小于其尾流中的下游管狀結(jié)構(gòu)(例如106D、106H和106G)
13的平均直徑。圖 5 還可與在管狀結(jié)構(gòu)的一個(gè)子集上包括VIV抑制裝置相組合來(lái)使用具有不同直徑的管狀結(jié)構(gòu)。圖5示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的類似于圖4的示例性方法和構(gòu)造，不同之處在于，除了不同的外徑，管狀結(jié)構(gòu)的一個(gè)子集還具有連接到其的VIV抑制裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，陰影圓圈為具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)。無(wú)陰影圓圈代表不具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)。在另一個(gè)實(shí)施例中，陰影圓圈為不具有抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)。無(wú)陰影圓圈代表具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)。不同的外徑和VIV抑制裝置這兩種方式都可有助于減小振動(dòng)。通常，對(duì)于特定實(shí)施例，外徑的變化越大，充分減小振動(dòng)(包括可能沒(méi)有振動(dòng))所需的VIV抑制裝置的數(shù)量越小。同樣，對(duì)于特定實(shí)施例，Viv抑制裝置的數(shù)量越大，充分減小振動(dòng)(包括可能沒(méi)有振動(dòng)) 所需的外徑的變化越小。本發(fā)明的范圍不限于圖4和圖5中所示的特定構(gòu)造。各種其他布置方式或構(gòu)造將對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，并且具有本發(fā)明的有益效果。作為又一種對(duì)付振動(dòng)的方法，與主要進(jìn)行VIV抑制相反，還預(yù)期采用以下技術(shù)方案主要目的在于增加阻尼、產(chǎn)生頻率分離或造成不同渦旋脫落頻率的裝置或結(jié)構(gòu)可以是管狀結(jié)構(gòu)的陣列或其他相關(guān)聯(lián)或連接集合形式的一部分，或者與管狀結(jié)構(gòu)的陣列或其他相關(guān)聯(lián)或連接集合形式相連接。這可有助于增大系統(tǒng)的總抑制。這樣的裝置的實(shí)例包括螺旋軸向翼片、軸向非螺旋翼片和圓周翼片。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，翼片或其他裝置或結(jié)構(gòu)可以是柔性的或包含柔性材料，以進(jìn)一步提供阻尼。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，吸附海洋生長(zhǎng)物 (而不是抑制海洋生長(zhǎng)物)的涂層可添加到管狀結(jié)構(gòu)外部，以增強(qiáng)阻尼。其他實(shí)施例涉及相關(guān)聯(lián)或相連接管狀結(jié)構(gòu)的裝配方法。一種裝配方法可包括首先安裝結(jié)構(gòu)支撐管狀結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)支撐管狀結(jié)構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)與其相連的間隔件。例如， 在圖3A-3F中示出的矩形陣列中，中心管狀結(jié)構(gòu)(例如管狀結(jié)構(gòu)106E)可沿結(jié)構(gòu)支撐的長(zhǎng)度(例如結(jié)構(gòu)支撐的多個(gè)段的長(zhǎng)度)首先連接到一個(gè)或多個(gè)間隔件。然后，一個(gè)或多個(gè)其他管狀結(jié)構(gòu)可分別螺紋連接、插入或以其他方式引入穿過(guò)間隔件中的開(kāi)口。所述管狀結(jié)構(gòu)可具有在引入所述開(kāi)口之前連接到其的VIV抑制裝置，或VIV抑制裝置可之后連接。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，在最終的組件中，一些但不是全部管狀結(jié)構(gòu)，或一子集的管狀結(jié)構(gòu)具有連接到其的VIV抑制裝置。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，在最終的組件中，多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)，在一些情況下至少三個(gè)管狀結(jié)構(gòu)具有不同的外徑。其他實(shí)施例涉及在相連接或相關(guān)聯(lián)的管狀結(jié)構(gòu)中抑制振動(dòng)的方法。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，利用僅與相聯(lián)接或相關(guān)聯(lián)陣列或組的一子集的管狀結(jié)構(gòu)相連的VIV抑制裝置抑制振動(dòng)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，具有多種外徑(例如至少三種不同外徑)的管狀結(jié)構(gòu)可在多個(gè)不同頻率下振動(dòng)。圖 6A 禾口 6B:圖6A示出其中可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的海洋系統(tǒng)600的示例。該海洋系統(tǒng)包括在大洋表面104上/中的浮式液化天然氣(FLNG)設(shè)備602。FLNG設(shè)備是表面結(jié)構(gòu)的一個(gè)特定實(shí)例。FLNG設(shè)備可冷卻并且液化天然氣，或者加熱并且氣化LNG。與FLNG設(shè)備602連接的陣列或組中的一個(gè)或多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)可用于從海洋向FLNG設(shè)備供水?；蛘?，立管陣列可用作鉆機(jī)立管陣列、開(kāi)采立管陣列、TLP鏈?zhǔn)取Ｔ谠搶?shí)施例中，海洋系統(tǒng)600包括多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)或立管606 (例如九個(gè)管狀結(jié)構(gòu))。 每一個(gè)立管具有第一端和第二端。第一端連接到FLNG設(shè)備。第二端通常向下伸入到海洋中，但是不必需伸入到海底。舉例來(lái)說(shuō)，第二端可具有約130到170米的深度，但是這并非要求的。由于海洋來(lái)流，管狀結(jié)構(gòu)606可從豎直方向偏移約40度(未示出)。為了適應(yīng)這樣的偏移，管狀結(jié)構(gòu)606可通過(guò)萬(wàn)向接頭、球形接頭、立管吊架或其他可樞轉(zhuǎn)或可鉸接連接器與FLNG設(shè)備連接。管狀結(jié)構(gòu)606與多個(gè)導(dǎo)向套管或間隔件610A、610B、610C物理聯(lián)接或連接在一起。 間隔件可具有開(kāi)口，管狀結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)管狀結(jié)構(gòu)穿過(guò)所述開(kāi)口布置。在一個(gè)實(shí)施例中，可提供足夠的間隔件來(lái)防止管狀結(jié)構(gòu)彼此碰撞。在一個(gè)實(shí)施例中，管狀結(jié)構(gòu)606中的一些或全部可用作進(jìn)水立管。進(jìn)水立管可吸入處于一定深度的冷水640，并且將冷水向上傳輸?shù)紽LNG設(shè)備。冷水可輸入FLNG設(shè)備的換熱器中，以冷卻天然氣來(lái)幫助液化天然氣。來(lái)自換熱器出口的加熱的海水可在表面處排放回到海洋，或通過(guò)不同的立管或一組立管傳輸回到一定深度。如果需要，過(guò)濾器可任選地聯(lián)接到管狀結(jié)構(gòu)606的底部的每一個(gè)。過(guò)濾器可有助于防止土壤、海洋生物(例如海草、海藻、魚(yú)等)等進(jìn)入管狀結(jié)構(gòu)中。過(guò)濾器可能傾向于隨時(shí)間推移而阻塞。清洗過(guò)濾器通常相對(duì)較難。例如，將一個(gè)或多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)606從陣列取下以使過(guò)濾器可進(jìn)行清洗通常成本高、勞動(dòng)密集和/或耗時(shí)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，不是每次過(guò)濾器阻塞時(shí)取下管狀結(jié)構(gòu)，而是可使陣列或組包括冗余進(jìn)水管狀結(jié)構(gòu)(立管)，從而可任選地包括冗余進(jìn)水管狀結(jié)構(gòu)，以在一些過(guò)濾器阻塞之后仍可提供充足的水。在一方面， 可使用該管狀結(jié)構(gòu)直到其過(guò)濾器阻塞，然后可將其取下，并且將具有清潔過(guò)濾器的新的管狀結(jié)構(gòu)重新提供上線。另一方面，具有VIV抑制裝置的管狀結(jié)構(gòu)可不用于進(jìn)水，并且可不具有過(guò)濾器，而是可主要用于VIV抑制，而沒(méi)有VIV抑制裝置的裸管可具有過(guò)濾器，并且用于進(jìn)水。這些裸管狀結(jié)構(gòu)傾向于在其過(guò)濾器阻塞時(shí)更易于收回。圖6B顯示了根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施例的用于以3X3矩形陣列布置的九個(gè)管狀結(jié)構(gòu)的示例性方法或構(gòu)造。該圖為沿圖6A的剖線6B穿過(guò)多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)606的剖視圖。該陣列具有沿外周的八個(gè)管狀結(jié)構(gòu)和處于中心的一個(gè)立管。沿外周的八個(gè)管狀結(jié)構(gòu)可用作進(jìn)水立管，以向FLNG設(shè)備提供冷水。中心處的管狀結(jié)構(gòu)用作間隔件的結(jié)構(gòu)支撐結(jié)構(gòu)(立管)。處于中心的立管可向表面?zhèn)鬏斔蚩刹幌虮砻鎮(zhèn)鬏斔?即可用作進(jìn)水立管或可不用作進(jìn)水立管)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，沿外周的八個(gè)管狀結(jié)構(gòu)可具有約42英寸的外徑和約1英寸的壁厚，而處于中心的結(jié)構(gòu)支撐管狀結(jié)構(gòu)可具有約M英寸的外徑和約0. 75英寸的壁厚。 沿外周的八個(gè)管狀結(jié)構(gòu)可以約一個(gè)外徑或約42英寸的距離等距間隔開(kāi)。為了向FLNG設(shè)備 602提供充足的冷卻水，在一個(gè)實(shí)施例中，可不需要每一個(gè)管狀結(jié)構(gòu)在任何時(shí)刻都運(yùn)行。因而，一個(gè)或多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)可用作冗余進(jìn)水立管。在該示例性方法或構(gòu)造中，僅處于3X3矩形陣列的全部四個(gè)拐角處的管狀結(jié)構(gòu)具有與其連接的VIV抑制裝置?；蛘?，可任選地使用本文公開(kāi)的其他布置方式或構(gòu)造。實(shí)例1
在具有和不具有螺旋側(cè)板的按比例縮小的3X3立管陣列模型上進(jìn)行水箱測(cè)試。 當(dāng)包括螺旋側(cè)板時(shí)，螺旋側(cè)板僅包括在陣列的四個(gè)拐角立管上。該構(gòu)造類似于圖3A中所示構(gòu)造。該測(cè)試和測(cè)試結(jié)果總結(jié)在表1中。表 權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括在流動(dòng)的流體環(huán)境中的結(jié)構(gòu)的陣列，所述陣列包括至少3個(gè)結(jié)構(gòu)；和在所述結(jié)構(gòu)中的至少2個(gè)上的渦激振動(dòng)抑制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)的陣列在水體內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)的至少一端連接到浮式船。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述渦激振動(dòng)抑制裝置安裝在所述結(jié)構(gòu)的20%到80%上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述渦激振動(dòng)抑制裝置安裝在所述結(jié)構(gòu)的30%到60%上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)沿所述結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度在多個(gè)位置處彼此聯(lián)接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述陣列包括至少一個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和圍繞所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成外周的多個(gè)外部結(jié)構(gòu)，其中，所述渦激振動(dòng)抑制裝置安裝在所述外部結(jié)構(gòu)的40%到65%上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述流動(dòng)的流體環(huán)境包括主要來(lái)流方向，并且其中，所述陣列中的首先遇到主要來(lái)流的結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)渦激振動(dòng)抑制裝置
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述渦激振動(dòng)抑制裝置選自側(cè)板和減阻裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述渦激振動(dòng)抑制裝置包括至少兩種不同類型的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述陣列包括第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)，所述第一結(jié)構(gòu)具有比所述第二結(jié)構(gòu)大至少20%的直徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述流動(dòng)的流體環(huán)境包括主要來(lái)流方向，并且其中，所述陣列中的首先遇到主要來(lái)流的結(jié)構(gòu)包括比所述陣列中的其它結(jié)構(gòu)小至少15%的直徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述陣列包括至少6個(gè)結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)包括管，每一個(gè)管包括貫穿其的用于輸送流體的孔。
15.一種抑制結(jié)構(gòu)的陣列的渦激振動(dòng)的方法，包括 在所述結(jié)構(gòu)的10%到90%上安裝渦激振動(dòng)抑制裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括將多個(gè)所述結(jié)構(gòu)彼此連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求15-16中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，還包括改變所述結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)的直徑，以使第一結(jié)構(gòu)具有比第二結(jié)構(gòu)大至少30%的直徑。
18.一種系統(tǒng)，包括在流動(dòng)的流體環(huán)境中的結(jié)構(gòu)的陣列，所述陣列包括至少3個(gè)結(jié)構(gòu)，其中，所述結(jié)構(gòu)沿所述結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度在多個(gè)位置處彼此聯(lián)接；和在所述結(jié)構(gòu)的至少2個(gè)上的渦激振動(dòng)抑制裝置，并且其中，所述結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)不包括渦激振動(dòng)抑制裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述渦激振動(dòng)抑制裝置安裝在所述結(jié)構(gòu)的 20%到 90%上。
20.根據(jù)權(quán)利要求18-19中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述渦激振動(dòng)抑制裝置安裝在所述結(jié)構(gòu)的40%到70%上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種系統(tǒng)，包括在流動(dòng)的流體環(huán)境中的結(jié)構(gòu)的陣列，所述陣列包括至少3個(gè)結(jié)構(gòu)；和在所述結(jié)構(gòu)中的至少2個(gè)上的渦激振動(dòng)抑制裝置。
文檔編號(hào)E21B17/01GK102292556SQ200980155122
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者D·L·亨寧, D·W·艾倫, G·L·凱珀, L·李, M·埃夫蒂米烏 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司