一种提高海底管道稳定性及抑制涡激振动的装置

本发明涉及一种抑制海底管道涡激振动以及辅助增稳技术，具体包含一种提高海底管道稳定性及抑制涡激振动的装置。

背景技术：

1、海底管道作为海上油气田的“生命线”，在海洋油气资源开发过程中发挥着十分重要的作用，其安全高效运行是海上油气田正常生产的重要保障。然而，海底管道铺设在海床上之后，将受到波浪和流载荷的作用，特别是在浅海区域。这些载荷通过管道传递到海床上，这样载荷、海底管道和海床土壤之间相互作用并达到动态平衡。当海底管道和海床土壤之间的摩擦力和土壤抗力不足以抵抗波流载荷的作用时，管道将发生侧向移动，当侧向位移超过临界值时，可能会发生管道失稳的现象。管道失稳到一定程度之后，可能导致管道发生破坏，从而引起的经济损失和环境污染。海底管道在海床上的在位稳定性分析研究是海底管道设计中非常重要的一个方面，它关系着海底管道在铺设到海床上之后在海洋环境的作用下能否保持长时间的稳定运行。

2、此外，当流体经过海底管道时，特别是沿着横向流经管道时，会在管道的两侧交替地产生脱离管道表面的旋涡，而交替产生的泻涡会在管道表面产生顺流向和横向周期性变化的脉动压力，脉动压力又会引发海底管道周期性的振动，而这种规律性的海底管道振动反过来又会改变其尾流的泻涡发放形态，从而引发海底管道涡激振动现象。而海底管道的涡激振动可能会引发管道的应力集中和疲劳等问题，因此，抑制海底管道涡激振动是确保其长期稳定运行又一关键问题。

3、长期以来，有许多国内外的研究机构、石油和天然气开发公司和国家管道工程公司，在关于海底管道稳定性和抑制其涡激振动方面都花费了大量的人力和物力进行分析研究，因此，结合海底管道所处的环境特点，设计海底管道辅助增稳和抑制涡激振动装置，对于提高海底管道稳定性、延长其使用寿命具有重要的意义。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供了一种提高海底管道稳定性及抑制涡激振动的装置，该装置通过流线型设计，降低海流经过海底管道时形成涡旋的可能性，从而降低了涡激振动的潜在威胁；将该装置放置于海底管道上，可以有效减小管道发生侧向移动的可能性，达到增加海底管道稳定性的目的。

2、一种提高海底管道稳定性及抑制涡激振动的装置，设置在海底管道2上，包括海底管道辅助增稳装置主体1，海底管道保护垫块7和锯齿形底座8，其特征在于，海底管道辅助增稳装置主体1的横向设置有用于容纳海底管道2的横向开孔6；海底管道辅助增稳装置主体1分为两侧和中部三部分，两侧部分对置于其内的海底管道2的两侧及上部全包围，中部的高度低于海底管道2，使得海底管道2靠上部分外露；海底管道辅助增稳装置主体1的三个部分均为表面流线型3；所述的锯齿形底座8的上表面与海底管道辅助增稳装置主体1的底面固定，锯齿形底座8的底部锯齿9用于在海床表面10直接接触；海底管道保护垫块7固定于横向开孔6的内表面。

3、进一步的，海底管道辅助增稳装置主体1和锯齿形底座8由混凝土或钢筋混凝土制成。

4、进一步的，海底管道保护垫块7设置有用于u型槽穿过的保护垫块开孔13和用于薄壁窄钢板穿过的保护垫块开孔14，海底管道保护垫块7通过薄壁窄钢板11和u型槽12固定在海底管道辅助增稳装置主体1的横向开孔6的内表面。

5、进一步的，所述的海底管道辅助增稳装置主体1长不小于1.5米，宽不小于1.5米，最大高度根据海底管道2直径进行调整。

6、本发明装置具有以下特点：海底管道辅助增稳装置主体表面设置成流线型，可以降低海流经过海底管道时形成涡旋的可能性，从而避免海底管道发生涡激振动；海底管道辅助增稳装置主体垂直于海底管道方向的中部位置设置成贯穿型式，预制该模型时可以减少原材料的消耗，降低成本，提高经济性，同时可以减小海底管道辅助增稳装置主体与海流的作用面积，降低波流载荷的作用；海底管道辅助增稳装置主体横向开孔部分粘接有海底管道保护垫块，可以降低安装海底管道辅助增稳装置主体时与海管道发生的碰撞损伤，保障海底管道安全稳定运行；海底管道保护垫块通过固定在辅助增稳装置主体上的薄壁窄钢板和u型槽快速固定；海底管道辅助增稳装置主体底部设置有锯齿形底座，能够穿透海床表面，提供更大的支撑面积以及摩擦阻力，从而增强其辅助增稳的效果。

技术特征：

1.一种提高海底管道稳定性及抑制涡激振动的装置，设置在海底管道(1)上，包括海底管道辅助增稳装置主体(1)，海底管道保护垫块(7)和锯齿形底座(8)，其特征在于，海底管道辅助增稳装置主体(1)的横向设置有用于容纳海底管道(1)的横向开孔(1)；海底管道辅助增稳装置主体(1)分为两侧和中部三部分，两侧部分对置于其内的海底管道(1)的两侧及上部全包围，中部的高度低于海底管道(1)，使得海底管道(1)靠上部分外露；海底管道辅助增稳装置主体(1)的三个部分均为表面流线型(1)；所述的锯齿形底座(8)的上表面与海底管道辅助增稳装置主体(1)的底面固定，锯齿形底座(8)的底部锯齿(9)用于在海床表面(10)直接接触；海底管道保护垫块(7)固定于横向开孔(6)的内表面。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，海底管道辅助增稳装置主体(1)和锯齿形底座(8)由混凝土或钢筋混凝土制成。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，海底管道保护垫块(7)设置有用于u型槽穿过的保护垫块开孔(13)和用于薄壁窄钢板穿过的保护垫块开孔(14)，海底管道保护垫块(7)通过薄壁窄钢板(11)和u型槽(12)固定在海底管道辅助增稳装置主体(1)的横向开孔(6)的内表面。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的海底管道辅助增稳装置主体(1)长不小于1.5米，宽不小于1.5米，最大高度根据海底管道(2)直径进行调整。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在两侧部分的表面流线型(3)上设置有吊耳(5)。

技术总结
本发明涉及一种提高海底管道稳定性及抑制涡激振动的装置，设置在海底管道(1)上，包括海底管道辅助增稳装置主体(1)，海底管道保护垫块(7)和锯齿形底座(8)，海底管道辅助增稳装置主体(1)的横向设置有用于容纳海底管道(1)的横向开孔(1)；海底管道辅助增稳装置主体(1)分为两侧和中部三部分，两侧部分对置于其内的海底管道(1)的两侧及上部全包围，中部的高度低于海底管道(1)，使得海底管道(1)靠上部分外露；海底管道辅助增稳装置主体(1)的三个部分均为表面流线型(1)；所述的锯齿形底座(8)的上表面与海底管道辅助增稳装置主体(1)的底面固定。

技术研发人员：夏日长,周清基,崔少敏,王林,张颀枫
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6