[发明专利]一种抑制海洋立管涡激振动的可自由旋转叶轮装置

说明书

技术领域

本发明属于海洋立管设施铺设技术领域，具体涉及一种抑制海洋立管涡激振动的可自由旋转叶轮装置。

背景技术

国民经济的高速发展，对石油的需求日趋显著，随着陆上油气的逐渐衰竭，大力开采开发海洋油气已成为必然需求，海洋立管是海洋油气钻采的重要组成部分，是连接浮式钻井平台与海底生产系统的重要部件，其服役的可靠性对于油气钻采的安全运行具有重要意义。海洋立管所处环境条件恶劣，受力复杂。尤其当波浪、海流流经立管时，将在立管后方形成漩涡，漩涡的形成和脱落改变了立管后方的流速分布，诱发了立管的涡激振动。当漩涡脱落频率接近或等于海洋立管某一固有频率时，振动幅度将急剧增大，加速了立管的疲劳破坏。一旦立管发生疲劳失效，不仅引起海上重大安全事故，造成巨大的经济损失，还将对海洋环境造成灾难性的破坏。

为了降低涡激振动对海洋立管造成的疲劳破坏程度，现有的方法通常是在立管上安装涡激振动抑制装置，改变立管表面的形状，达到扰流的目的，进而改变立管附近的流场分布，消弱周期性漩涡对立管的作用力。现有的海洋立管涡激振动抑制装置主要有固定整流罩、控制杆、螺旋列板、O型圈、整流片、插排浮块、分离盘飘带和突起等形式。然而，大多数涡激振动抑制装置采用的是直接固定的方式，不能应对波浪、海流方向的随机变化。如果这些装置能够旋转，扰流效果将更加显著，涡激振动抑制效果也会大大提升。目前仅有公示期专利CN 102071883 A（采用可旋转整流罩的水下立管涡激振动抑制装置）以及专利CN 102134972 A（仿鱼尾式整流罩的水下立管涡激振动装置）中提到的装置可以实现绕立管的转动，但仍受到来流角度的限制，不能够完全应对任意角度来流。

发明内容

本发明所要解决问题是针对现有海洋立管涡激振动抑制装置存在的不足，提供一种结构简单，性能可靠，现场安装方便，并能够应对任意来流方向的有效抑制海洋立管涡激振动的可自由旋转叶轮装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抑制海洋立管涡激振动的可自由旋转叶轮装置，由多个基本单元沿海洋立管轴线方向串列组合而成，所述的基本单元又由旋转模块和叶轮模块组成。旋转模块包括内圈、圆柱滚子、外圈。内圈是由对称的两半环钢质构件组成，其外表面加工圆柱滚子槽，内圈从两侧套在海洋立管上，两半环之间使用螺栓连接。圆柱滚子槽为半圆柱状的凹槽，圆柱滚子放置于内圈的圆柱滚子槽内。外圈也是由对称的两半环钢质构件组成，在其内表面上加工圆柱滚子环槽。外圈套在内圈外面，使圆柱滚子置于圆柱滚子环槽内，两半环之间使用螺栓连接，并通过轴向止动片限制外圈的轴向滑移。叶轮模块包括套筒和叶轮片，套筒和叶轮片为整体加塑成型，套筒与海洋立管同轴。套筒外有3片叶轮片，成120°均匀分布在套筒上，叶轮片为弧形曲面。叶轮模块直接套装在旋转模块的外圈上，每个叶轮模块的上下两端各配装一个旋转模块。

本发明还包括：

1、旋转模块的内圈内径等于海洋立管外径D，厚度取0.06D至0.09D，内圈高度为0.12D至0.16D；旋转模块外圈厚度取0.06D至0.09D。

2、叶轮模块的套筒和叶轮片为一个整体，由塑料模具一次加工成型；套筒厚度为0.02D至0.04D，高度取2D至4D；叶轮模块的叶轮片曲面的曲率半径取1D至1.5D，叶轮片的弧长取0.2D至0.35D。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明可实现自由旋转，能够避免在海洋立管后方形成周期性漩涡，有效减缓不同来流方向引发的涡激振动，适应流向频繁随机变化的海洋现实环境，大大提高海洋立管疲劳寿命；

2、本发明套筒和叶轮片为一个整体，套装于旋转模块的外圈外表面，安装简单；套筒和叶轮片的材质为塑料，能大幅降低成本，简化制造工艺，且不易腐蚀和损坏，可以重复使用；

3、本发明可以根据现场实际情况，自由调整各基本单元之间的距离，以达到最佳抑制效果。

附图说明

图1为本发明装置立体结构示意图

图2为本发明装置旋转模块的内圈及单个圆柱滚子立体结构示意图

图3为本发明装置旋转模块的外圈立体结构示意图

图4为本发明装置旋转模块立体结构示意图

图5为本发明装置叶轮模块立体结构示意图

其中：1.海洋立管；2.内圈；3.外圈；4.轴向止动片；5.套筒；6.叶轮片；7.圆柱滚子槽；8螺栓；9.圆柱滚子；10.圆柱滚子环槽。

具体实施方式