专利名称：一种海洋立管的斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种涡激振动抑制装置，特别是关于一种海洋立管的斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置。
背景技术：
深海立管是海上生产平台与海底井口的唯一连接结构，主要功能为将海底气田内的油气输送到海上生产平台，因此深海立管能否正常运转对于海上油气生产关系重大。在立管海损事故当中，几种主要的破坏形式(如断裂或泄露)都与一种流体现象息息相关，就是涡激振动(VIV)现象。当海流经过立管时，会在立管后部的两侧出现交替的旋涡，形成一个周期性的交变力作用在立管上，使立管在与海流方向一致和垂直的方向上同时产生振动，且在与海流方向相垂直方向上的振动最为剧烈。同时立管的振动也会对流场产生影响， 使阻力加大，因此立管的涡激振动是一个典型的流固耦合现象。当旋涡脱落的频率与立管的固有频率接近或者相同时，就会引起立管的强烈振动，发生“锁定”现象，加剧立管的疲劳破坏。目前国外对深海立管涡激振动的抑制一般主要采用两种方式一种是在立管来流方向的后部加装鱼鳍状导流板，另一种是加装螺旋形的导流板，以减少涡激振动。但以上两种装置成本比较高，重量较大，性价比偏低。由于国内尚无深海油田开发的经验，因此也没有深海立管涡激振动抑制装置的具体使用案例。
发明内容针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够有效地改变海洋立管周围流场，抑制海洋立管涡激振动的斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于它包括若干个基本扰流单元，每一所述基本扰流单元由一导流罩和一扰流叶片组成；所述导流罩为半圆环状结构，所述扰流叶片布置在所述导流罩的外表面；将一对所述基本扰流单元对称安装在海洋立管的外表面，再根据所述扰流叶片首尾相连的原则，与另一对所述基本扰流单元连接，从而使所述扰流叶片呈对称的斜纹双耦合状；将多对所述基本扰流单元以此方法依次组合安装在所述海洋立管的外表面后， 形成海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置。所述导流罩内径与所述海洋立管外径一致，厚度为0.04倍所述海洋立管外径，轴向长度根据需要调整，以1. 5 2. Om为宜。所述扰流叶片为弯刀形，且所述扰流叶片的横剖面为等腰三角形，所述等腰三角形的底边长为0. 05 0. 5倍所述海洋立管外径，高为0. 05 0. 5倍所述海洋立管外径。所述扰流叶片从所述导流罩顶边左上角到底边中点处沿直线布置，并在所述导流罩两端处各留有一定间隙L，且L的长度为0. 1倍 0. 5倍所述海洋立管外径。所述导流罩横截面的两边各设置有4个螺栓紧固扣，所述4个螺栓紧固扣的位置分别位于所述导流罩段长的1/8、3/8、5/8和7/8处。所述海洋立管为深海自由站立式立管、柔性立管、钢悬链线立管或混合型立管。所述基本扰流单元采用微毒性硬质塑料一次性压膜加工成形。本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本实用新型采用了斜纹双耦合式的扰流叶片布置形式，可以有效地抵抗海流流经所引发的振动，使涡激振动的不良影响最小化。通过计算表明，在同样的海洋立管以及流场情况下，与无涡激振动抑制装置的情况相比，采用本实用新型可以使海洋立管的涡激振动幅值减小80%以上。2、本实用新型采用微毒性硬质塑料为原料，一方面能有效降低成本，简化制作工艺，并可有效抑制海洋生物的生长，另一方面由于硬质塑料密度比海水的密度小，因此可以为海洋立管提供一定的浮力，从而减少海洋立管上浮体的数量，节省海洋立管上所需浮体的造价。3、本实用新型采用模块化生产、组装的方式，便于生产和安装，且单个模块的长度可以根据不同的海况以及海洋立管的曲率进行调整，从而可以避免由于弯曲过大所造成的应力集中现象，使本实用新型的寿命大大加强。本实用新型可以广泛应用于深海自由站立式立管、柔性立管、钢悬链线立管或混合型立管等海洋立管上。
[0013]图1是本实用新型的轴侧图[0014]图2是本实用新型的侧向视图[0015]图3是本实用新型基本扰流单元的轴向视图[0016]图4是本实用新型扰流叶片的剖面图[0017]图5是本实用新型基本扰流单元的周向展开图[0018]图6是本实用新型基本扰流单元的螺栓紧固布置图[0019]图7是本实用新型的两个基本扰流单元对称安装图[0020]图8是本实用新型的四个基本扰流单元安装图[0021]图9是本实用新型的八个基本扰流单元安装图
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的进行详细的描述。如图1 图3所示，本实用新型包括若干个基本扰流单元2每一基本扰流单元2 由一导流罩3和一扰流叶片4组成。导流罩3为半圆环状结构，扰流叶片4布置在导流罩 3的外表面。如图7所示，将一对基本扰流单元2对称安装在海洋立管的外表面，再根据扰流叶片4首尾相连的原则，与另一对基本扰流单元2连接，从而使扰流叶片4呈对称的斜纹双耦合状(如图8所示)。根据海洋立管需要安装涡激振动抑制装置段的总长度，将多对基本扰流单元2以此方法依次组合安装在海洋立管的外表面后，形成海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置1。如图9所示，是8个基本扰流单元2的安装图。上述实施例中，导流罩3内径与海洋立管外径一致，厚度为0.04倍海洋立管外径， 轴向长度可根据需要调整，以1. 5 2. Om为宜。上述实施例中，扰流叶片4为弯刀形，且扰流叶片4的横剖面为等腰三角形(如图4所示)，等腰三角形的底边长ζ为0. 05 0. 5倍海洋立管外径，高d为0. 05 0. 5倍海
洋立管外径。上述实施例中，扰流叶片4从导流罩3顶边左上角到底边中点处沿直线布置，并在导流罩3两端处各留有一定间隙L(如图5所示)，从而使多对基本扰流单元2拼装时，扰流叶片4之间保留有一定的空隙，不仅避免了扰流叶片4之间的干涉，同时还优化了涡激振动抑制效果。其中，L的长度为0. 1倍 0. 5倍海洋立管外径。上述实施例中，导流罩3横截面的两边各设置有4个螺栓紧固扣5，可以方便一对基本扰流单元2安装紧固，保证安装后不会与海洋立管间产生滑动。4个螺栓紧固扣5的位置分别位于导流罩3段长的1/8、3/8、5/8和7/8处(如图6所示)。上述实施例中，海洋立管可以为深海自由站立式立管、柔性立管、钢悬链线立管或混合型立管等。上述实施例中，根据海洋立管的尺寸计算得到导流罩3和扰流叶片4的尺寸，制造基本扰流单元2的模具，采用微毒性硬质塑料为原料，一次性将基本扰流单元2压膜加工成形。采用微毒性硬质塑料一方面能有效降低成本，简化制作工艺，并可有效抑制海洋生物的生长，另一方面由于硬质塑料密度比海水的密度小，因此可以为海洋立管提供一定的浮力， 从而减少海洋立管上浮体的数量，节省海洋立管上所需浮体的造价。本实用新型仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
权利要求1.一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于它包括若干个基本扰流单元，每一所述基本扰流单元由一导流罩和一扰流叶片组成；所述导流罩为半圆环状结构，所述扰流叶片布置在所述导流罩的外表面；将一对所述基本扰流单元对称安装在海洋立管的外表面，再根据所述扰流叶片首尾相连的原则，与另一对所述基本扰流单元连接，从而使所述扰流叶片呈对称的斜纹双耦合状；将多对所述基本扰流单元以此方法依次组合安装在所述海洋立管的外表面后，形成海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置。
2.如权利要求1所述的一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于所述导流罩内径与所述海洋立管外径一致，厚度为0. 04倍所述海洋立管外径，轴向长度为1. 5 2. Om0
3.如权利要求1所述的一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于所述扰流叶片为弯刀形，且所述扰流叶片的横剖面为等腰三角形，所述等腰三角形的底边长为0. 05 0. 5倍所述海洋立管外径，高为0. 05 0. 5倍所述海洋立管外径。
4.如权利要求2所述的一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于所述扰流叶片为弯刀形，且所述扰流叶片的横剖面为等腰三角形，所述等腰三角形的底边长为0. 05 0. 5倍所述海洋立管外径，高为0. 05 0. 5倍所述海洋立管外径。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于所述扰流叶片从所述导流罩顶边左上角到底边中点处沿直线布置，并在所述导流罩两端处各留有间隙L，且L的长度为0. 1倍 0. 5倍所述海洋立管外径。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于所述导流罩横截面的两边各设置有4个螺栓紧固扣，所述4个螺栓紧固扣的位置分别位于所述导流罩段长的1/8、3/8、5/8和7/8处。
7.如权利要求5所述的一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于所述导流罩横截面的两边各设置有4个螺栓紧固扣，所述4个螺栓紧固扣的位置分别位于所述导流罩段长的1/8、3/8、5/8和7/8处。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于所述海洋立管为深海自由站立式立管、柔性立管、钢悬链线立管或混合型立管。
9.如权利要求5所述的一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于所述海洋立管为深海自由站立式立管、柔性立管、钢悬链线立管或混合型立管。
10.如权利要求6所述的一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于所述海洋立管为深海自由站立式立管、柔性立管、钢悬链线立管或混合型立管。
11.如权利要求1或2或3或4或7或9或10所述的一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于所述基本扰流单元采用微毒性硬质塑料一次性压膜加工成形。
12.如权利要求5所述的一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于所述基本扰流单元采用微毒性硬质塑料一次性压膜加工成形。
13.如权利要求6所述的一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于所述基本扰流单元采用微毒性硬质塑料一次性压膜加工成形。
14.如权利要求8所述的一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于所述基本扰流单元采用微毒性硬质塑料一次性压膜加工成形。
专利摘要本实用新型涉及一种海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置，其特征在于它包括若干个基本扰流单元，每一基本扰流单元由一导流罩和一扰流叶片组成；导流罩为半圆环状结构，扰流叶片布置在导流罩的外表面；将一对基本扰流单元对称安装在海洋立管的外表面，再根据扰流叶片首尾相连的原则，与另一对基本扰流单元连接，从而使扰流叶片呈对称的斜纹双耦合状；将多对基本扰流单元以此方法依次组合安装在海洋立管的外表面后，形成海洋立管斜纹双耦合叶片式涡激振动抑制装置。通过计算表明，在同样的海洋立管以及流场情况下，与无涡激振动抑制装置的情况相比，采用本实用新型可以使海洋立管的涡激振动幅值减小80％以上。
文档编号E21B17/10GK202100212SQ201020699529
公开日2012年1月4日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者冯玮, 周守信, 孙丽萍, 康庄, 张恩勇, 曹静, 李新仲, 沙勇, 王大明, 王星, 贾旭 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油研究中心, 哈尔滨工程大学