一種可旋六角開孔葉輪渦激振動(dòng)抑制裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可旋六角開孔葉輪渦激振動(dòng)抑制裝置及方法，其特征在于：裝置由多個(gè)基本單元組合而成，基本單元包括固定在立管上的內(nèi)圈和可繞立管旋轉(zhuǎn)的葉輪模塊組成，內(nèi)圈和葉輪模塊均由兩半圓筒塑料制構(gòu)件組成。葉輪模塊周向有6個(gè)葉片均勻分布在其外表面上，每間隔一個(gè)葉片上，沿垂向等間距開設(shè)有四個(gè)大小相同的導(dǎo)流孔。當(dāng)海流流經(jīng)立管時(shí)，部分海流會(huì)穿過導(dǎo)流孔流至葉片后方，使得相鄰的兩個(gè)葉片的受力情況不一樣，從而為葉輪模塊的旋轉(zhuǎn)提供力矩。本發(fā)明可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)海流方向不斷變化的現(xiàn)實(shí)環(huán)境具有較好的適應(yīng)性。裝置整體由塑料制造而成，成本低廉，耐腐蝕，可以重復(fù)使用。
【專利說明】—種可旋六角開孔葉輪渦激振動(dòng)抑制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋立管設(shè)施鋪設(shè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可旋六角開孔葉輪渦激振動(dòng)抑制裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著陸上油氣資源的日益枯竭，大力開發(fā)深水油氣資源已成為必然趨勢(shì)。海洋立管是連接海洋平臺(tái)與水下井口間的關(guān)鍵通道，當(dāng)波浪、海流以一定流速流經(jīng)海洋立管時(shí)，會(huì)在立管后方形成周期性脫落的漩渦，當(dāng)漩渦的脫落頻率與立管的某一階固有頻率接近時(shí)，就產(chǎn)生了渦激振動(dòng)現(xiàn)象，從而加劇立管的疲勞破壞。一旦海洋立管失效，鉆井液或地層油氣將泄漏到海水中，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并對(duì)海洋環(huán)境產(chǎn)成災(zāi)難性的破壞。
[0003]為了減少渦激振動(dòng)對(duì)海洋立管的破壞作用，延長海洋立管的使用壽命，通常在海洋立管上安裝渦激振動(dòng)抑制裝置，通過改變海洋立管表面的形狀，從而改變立管周圍的流場，削弱周期性漩渦的形成和發(fā)展。目前，海洋立管渦激振動(dòng)抑制裝置主要有螺旋列板、整流片和叉排浮塊等。但它們中有些裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有些造價(jià)昂貴，且大多數(shù)不能應(yīng)對(duì)任意方向來流，難以滿足深海復(fù)雜工況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的問題是針對(duì)現(xiàn)有海洋立管渦激振動(dòng)抑制裝置存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，現(xiàn)場安裝方便，適應(yīng)現(xiàn)實(shí)海洋環(huán)境流向不斷變化的可旋六角開孔葉輪渦激振動(dòng)抑制裝置及方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種可旋六角開孔葉輪渦激振動(dòng)抑制裝置，由多個(gè)基本單元沿海洋立管軸線方向串列組合而成，所述的基本單元又由內(nèi)圈和葉輪模塊組成。內(nèi)圈是由對(duì)稱的兩半圓筒塑料制構(gòu)件組成，其外表面沿著垂向等間距設(shè)置有四個(gè)大小相同的外凸圓環(huán)，外凸圓環(huán)的橫截面為半圓，沿內(nèi)圈外表面環(huán)繞一周。內(nèi)圈的兩半圓筒從兩側(cè)套裝固定在海洋立管上，兩半圓筒兩端均設(shè)有螺栓孔，兩半圓筒之間通過螺栓連接。葉輪模塊同樣由對(duì)稱的兩半圓筒塑料制構(gòu)件組成，在其內(nèi)表面對(duì)應(yīng)內(nèi)圈外凸圓環(huán)的位置加工有環(huán)槽。葉輪模塊內(nèi)表面的環(huán)槽橫截面為3/4圓弧，環(huán)槽直徑大于內(nèi)圈的外凸圓環(huán)直徑。葉輪模塊的兩半圓筒從兩側(cè)套裝在內(nèi)圈外面，通過螺栓連接，使內(nèi)圈的外凸圓環(huán)和葉輪模塊的環(huán)槽對(duì)接。葉輪模塊的每個(gè)半圓筒外壁設(shè)有3個(gè)葉片，呈60°均勻分布在其外表面上，葉片橫截面為等腰內(nèi)凹曲邊三角形。葉輪模塊周向的6個(gè)葉片中，每間隔一個(gè)葉片上，沿垂向等間距開設(shè)有四個(gè)大小相同的導(dǎo)流孔。葉輪模塊的兩端設(shè)有軸向止動(dòng)片，以限制葉輪模塊的軸向滑動(dòng)。
[0006]一種可旋六角開孔葉輪渦激振動(dòng)抑制方法，在海洋立管外安裝可自由旋轉(zhuǎn)的六角開孔葉輪模塊，葉輪模塊周向有6個(gè)葉片，呈60°均勻分布在其外表面上，每間隔一個(gè)葉片上，沿垂向等間距開設(shè)有四個(gè)大小相同的導(dǎo)流孔。當(dāng)海流流經(jīng)立管時(shí)，葉輪模塊相鄰的兩個(gè)葉片上，一個(gè)開設(shè)有導(dǎo)流孔，而另一個(gè)沒有，則部分海流會(huì)穿過導(dǎo)流孔流至葉片后方，使得相鄰的兩個(gè)葉片的受力情況不一樣，從而為葉輪模塊的旋轉(zhuǎn)提供力矩。通過內(nèi)圈的外凸圓環(huán)和葉輪模塊內(nèi)表面的環(huán)槽配合，可以實(shí)現(xiàn)葉輪模塊的自由旋轉(zhuǎn)，破壞了繞立管海流的流場分布，干擾了立管后方漩渦的形成，從而實(shí)現(xiàn)渦激振動(dòng)的抑制。
[0007]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明裝置可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，干擾了立管后方漩渦的形成，對(duì)海流方向不斷變化的現(xiàn)實(shí)環(huán)境具有較好的適應(yīng)性；
2、本發(fā)明的整個(gè)裝置由塑料制造而成，能大幅降低成本，簡化制造工藝，不易腐蝕和損壞，可以重復(fù)使用，也可為立管提供一定的浮力；
3、本發(fā)明可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，調(diào)整基本單元在立管上的覆蓋率及調(diào)節(jié)各基本單元之間的距離，以達(dá)到最佳的抑制效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本發(fā)明裝置內(nèi)圈立體結(jié)構(gòu)示意圖
圖3為本發(fā)明裝置葉輪模塊立體結(jié)構(gòu)示意圖
其中:1.立管；2.內(nèi)圈；3.外凸圓環(huán)；4.螺栓孔；5.葉輪模塊；6.環(huán)槽；7.軸向止動(dòng)片；8.葉片；9.導(dǎo)流孔。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述。
[0010]本發(fā)明由多個(gè)基本單元沿海洋立管軸線方向串列組合而成，如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明的一個(gè)基本單元又由內(nèi)圈2和葉輪模塊5組成。
[0011]內(nèi)圈2是由對(duì)稱的兩半圓筒塑料制構(gòu)件組成，其外表面沿著垂向等間距設(shè)置有四個(gè)大小相同的外凸圓環(huán)3,外凸圓環(huán)3的橫截面為半圓,沿內(nèi)圈2外表面環(huán)繞一周。內(nèi)圈2的兩半圓筒從兩側(cè)套裝固定在海洋立管I上，兩半圓筒兩端均設(shè)有螺栓孔4，兩半圓筒之間通過螺栓連接。
[0012]葉輪模塊5同樣由對(duì)稱的兩半圓筒塑料制構(gòu)件組成，在其內(nèi)表面對(duì)應(yīng)內(nèi)圈2外凸圓環(huán)3的位置加工有環(huán)槽6。葉輪模塊5內(nèi)表面的環(huán)槽6橫截面為3/4圓弧，環(huán)槽6直徑大于內(nèi)圈2的外凸圓環(huán)3直徑。葉輪模塊5的兩半圓筒從兩側(cè)套裝在內(nèi)圈2外面，通過螺栓連接，使內(nèi)圈2的外凸圓環(huán)3和葉輪模塊5的環(huán)槽6對(duì)接。葉輪模塊5的每個(gè)半圓筒外壁設(shè)有3個(gè)葉片8，呈60°均勻分布在其外表面上，葉片8橫截面為等腰內(nèi)凹曲邊三角形。葉輪模塊5周向的6個(gè)葉片8中，每間隔一個(gè)葉片8上，沿垂向等間距開設(shè)有四個(gè)大小相同的導(dǎo)流孔9。如圖3所示，葉輪模塊5左半邊的半圓筒兩側(cè)的葉片8上都開有導(dǎo)流孔9，只有中間的葉片8沒有開導(dǎo)流孔9，而右半邊的半圓筒上僅有中間的一個(gè)葉片8上開設(shè)有導(dǎo)流孔9。
[0013]葉輪模塊5的上下兩個(gè)端面各向內(nèi)伸出兩個(gè)軸向止動(dòng)片7，以限制葉輪模塊5安裝好后的軸向滑動(dòng)。軸向止動(dòng)片7與內(nèi)圈2間留有縫隙，以減少旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦，同時(shí)軸向止動(dòng)片7與內(nèi)圈2外表面的外凸圓環(huán)3和葉輪模塊5內(nèi)表面的環(huán)槽6共同作用，限制安裝好后的葉輪模塊5沿立管I軸向的上下移動(dòng)。[0014]一種可旋六角開孔葉輪渦激振動(dòng)抑制方法，在海洋立管I外安裝可自由旋轉(zhuǎn)的六角開孔葉輪模塊5，葉輪模塊5周向有6個(gè)葉片8，呈60°均勻分布在其外表面上，每間隔一個(gè)葉片8上，沿垂向等間距開設(shè)有四個(gè)大小相同的導(dǎo)流孔9。當(dāng)海流流經(jīng)立管I時(shí)，葉輪模塊5相鄰的兩個(gè)葉片8上，一個(gè)開設(shè)有導(dǎo)流孔9，而另一個(gè)沒有，則部分海流會(huì)穿過導(dǎo)流孔9流至葉片8后方，使得相鄰的兩個(gè)葉片8的受力情況不一樣，從而為葉輪模塊5的旋轉(zhuǎn)提供力矩。通過內(nèi)圈2的外凸圓環(huán)3和葉輪模塊5內(nèi)表面的環(huán)槽6配合，可以實(shí)現(xiàn)葉輪模塊5的自由旋轉(zhuǎn)，破壞了繞立管I海流的流場分布，干擾了立管I后方漩渦的形成，從而實(shí)現(xiàn)渦激振動(dòng)的抑制。
[0015]海洋立管I在水下通常為幾百米至上千米不等，為了確保抑制效果，可以根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整基本單元在立管I上的覆蓋率及調(diào)節(jié)各基本單元之間的距離，以達(dá)到理想的抑制效果。
[0016]具體實(shí)施例:
根據(jù)實(shí)際海洋立管I的長細(xì)比和當(dāng)?shù)睾Ｑ蟛ɡ?、海流的常年統(tǒng)計(jì)信息，設(shè)計(jì)合理的基本單元間距和基本單元在立管I上的覆蓋率，計(jì)算出需要的基本單元個(gè)數(shù)Π，即內(nèi)圈2半圓筒個(gè)數(shù)2η，葉輪模塊5半圓筒個(gè)數(shù)2η。
[0017]在安裝單個(gè)基本單元時(shí)，首先將內(nèi)圈2的兩個(gè)半圓筒從兩側(cè)套裝在海洋立管I的表面，通過螺栓連接固定；固定好內(nèi)圈2后，再將葉輪模塊5的兩半圓筒從兩側(cè)套裝在內(nèi)圈2的外表面，通過螺栓連接，并使內(nèi)圈2的外凸圓環(huán)3和葉輪模塊5的環(huán)槽6對(duì)接；安裝好的葉輪模塊5的上下兩個(gè)端面向內(nèi)伸出的兩個(gè)軸向止動(dòng)片7與內(nèi)圈2間留有縫隙，以減少旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦，同時(shí)軸向止動(dòng)片7可限制安裝好后的葉輪模塊5沿立管I軸向的上下移動(dòng)。至此，安裝完成了一個(gè)基本單元。隨后，按照同樣的安裝順序串列安裝剩余的基本單元。
[0018]裝置安裝完畢后，將海洋立管I置于海水中。在不同深度的海水中，每個(gè)基本單元可根據(jù)對(duì)應(yīng)的來流方向和速度大小，通過內(nèi)圈2的外凸圓環(huán)3和葉輪模塊5內(nèi)表面的環(huán)槽6配合，實(shí)現(xiàn)葉輪模塊5的自由旋轉(zhuǎn)，從而破壞繞立管I海流的流場分布，干擾立管I后方漩渦的形成，最大程度地抑制渦激振動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.一種可旋六角開孔葉輪渦激振動(dòng)抑制裝置，由多個(gè)基本單元沿海洋立管軸線方向串列組合而成，其特征在于：所述的基本單元又由內(nèi)圈（2)和葉輪模塊（5)組成；內(nèi)圈（2)是由對(duì)稱的兩半圓筒塑料制構(gòu)件組成，其外表面沿著垂向等間距設(shè)置有四個(gè)大小相同的外凸圓環(huán)（3),外凸圓環(huán)（3)的橫截面為半圓,沿內(nèi)圈（2)外表面環(huán)繞一周；內(nèi)圈（2)的兩半圓筒從兩側(cè)套裝固定在海洋立管（I)上，兩半圓筒兩端均設(shè)有螺栓孔（4)，兩半圓筒之間通過螺栓連接；葉輪模塊（5)同樣由對(duì)稱的兩半圓筒塑料制構(gòu)件組成，在其內(nèi)表面對(duì)應(yīng)內(nèi)圈（2)外凸圓環(huán)（3)的位置加工有環(huán)槽（6);葉輪模塊（5)內(nèi)表面的環(huán)槽（6)橫截面為3/4圓弧，環(huán)槽（6)直徑大于內(nèi)圈（2)的外凸圓環(huán)（3)直徑；葉輪模塊（5)的兩半圓筒從兩側(cè)套裝在內(nèi)圈（2)外面，通過螺栓連接，使內(nèi)圈（2)的外凸圓環(huán)（3)和葉輪模塊（5)的環(huán)槽（6)對(duì)接；葉輪模塊（5)的每個(gè)半圓筒外壁設(shè)有3個(gè)葉片（8)，呈60°均勻分布在其外表面上，葉片（8)橫截面為等腰內(nèi)凹曲邊三角形；葉輪模塊（5)周向的6個(gè)葉片（8)中，每間隔一個(gè)葉片（8)上，沿垂向等間距開設(shè)有四個(gè)大小相同的導(dǎo)流孔（9);葉輪模塊（5)的兩端設(shè)有軸向止動(dòng)片(7 )，以限制葉輪模塊（5 )的軸向滑動(dòng)。
2.一種可旋六角開孔葉輪渦激振動(dòng)抑制方法，其特征在于：在海洋立管（I)外安裝可自由旋轉(zhuǎn)的六角開孔葉輪模塊（5)，葉輪模塊（5)周向有6個(gè)葉片（8)，呈60°均勻分布在其外表面上，每間隔一個(gè)葉片（8)上，沿垂向等間距開設(shè)有四個(gè)大小相同的導(dǎo)流孔（9);當(dāng)海流流經(jīng)立管（I)時(shí)，葉輪模塊（5)相鄰的兩個(gè)葉片（8)上，一個(gè)開設(shè)有導(dǎo)流孔（9)，而另一個(gè)沒有，則部分海流會(huì)穿過導(dǎo)流孔（9)流至葉片（8)后方，使得相鄰的兩個(gè)葉片（8)的受力情況不一樣，從而為葉輪模塊（5)的旋轉(zhuǎn)提供力矩；通過內(nèi)圈（2)的外凸圓環(huán)（3)和葉輪模塊(5)內(nèi)表面的環(huán)槽（6)配合，可以實(shí)現(xiàn)葉輪模塊（5)的自由旋轉(zhuǎn)，破壞了繞立管（I)海流的流場分布，干擾了立管（I)后方漩渦的形成，從而實(shí)現(xiàn)渦激振動(dòng)的抑制。
【文檔編號(hào)】E21B17/10GK103485733SQ201310479418
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】朱紅鈞, 馬粵, 林元華, 馮光, 劉清友, 趙洪南, 韓青華, 潘倩 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)