[发明专利]一种抑制涡激振动皮肤衣

说明书

技术领域

本发明属于深海工程装备制造领域，涉及一种抑制涡激振动皮肤衣，该皮肤衣能够穿戴在对涡激振动敏感的立管、张力腿等深海工程柔性结构上面。

背景技术

随着全球能源需求量的不断增加，越来越多的深水以及超深水油气资源被勘探和开发，采用的钻采设备主要是不同类型的浮式平台，其中以张力腿平台、半潜式平台、浮式生产储油轮和柱式平台这四种最为常用，并已经被广泛应用于世界深海油气工程中。其中，作为关键组成结构的立管、张力腿均属于深海柔性结构，存在比较复杂的涡激振动问题。

传统的涡激振动抑制措施主要包括被动式的近场导流装置、包裹型或凸起型装置以及操作复杂、成本较高的主动控制装置(如喷气装置等)。而如何设计工艺简单、性能稳定、造价成本低、便于安装拆卸的抑制涡激振动结构及安装方法，一直是相关从业人员关注的焦点。

发明内容

本发明针对深海柔性结构的上述问题，提供了一种在不改变原有设计条件下，可直接应用于已建或在建结构，制造工艺简单、性能稳定、造价成本低、便于安装拆卸、可有效提高结构使用寿命的轻质皮肤衣结构。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种抑制涡激振动皮肤衣是一种表面具有均匀分布的凹点，底层设置磁性层的皮肤衣材料；所述的抑制涡激振动皮肤衣包括弱磁性内层13、中间过渡层12和外层11三层材料。

所述的弱磁性内层13为皮肤衣最底层，直接与深海柔性结构接触，由生胶、磁性填料与其他助配剂组合形成弱磁性橡胶层，磁感强度在100-600(GS)范围。所述的磁性填料包含铁氧体、稀土和纳米晶磁等材料；所述的弱磁性内层13的厚度为5-20mm。在皮肤衣内层掺加磁性填料和其他助配剂，使抑制涡激振动皮肤衣可以方便的吸附在立管、张力腿等深海柔性结构表面。

所述的中间过渡层12包裹弱磁性内层13并与外层11相连，为弱磁性内层及结构提供一定的缓冲保护，并为外层特种结构提供足够的弹性支撑，使外层特种结构在与流场作用过程中发挥足够的性能优势。所述的中间过渡层12的厚度为5-25mm。

所述的外层11包括在其表面均匀分布的圆形凹点101和至少一个隔离凹点的台脊区102；所述的每个圆形凹点101包括凹点沿材料表面的轮廓线和凹点内的凹坑基部区。所述的外层11厚度15-35mm。所述的每平方米材料外层11表面根据不同的使用对象，设置直径25-70mm，深度15-35mm，500-2500个均布圆形凹点101。

通过穿戴特种材料皮肤衣，改变深海柔性材料整体外部形状，进而使得结构在流场中的特性得到改善。具体来说，当流场作用在结构表面时，在凹点附近产生了一些小的漩涡，由于这些漩涡的吸力，结构表面附近的流体分子被吸附，边界层分离的转捩点就推后许多。这时，虽然新结构的摩擦阻力有所增大，但是，在结构后方形成的漩涡脱落区域比传统结构小很多，从而使得结构前后压差所形成的阻力大为减小(具体可参考高尔夫球效应)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明通过对深海柔性结构表层形状进行改良，制造工艺简单；2)可有效改善传统立管、张力腿等结构的抗流性能，抑制涡激振动；3)于皮肤衣材料具有一定的磁性，可以方便吸附在常规深海柔性结构表面，因此可在不改变原有设计条件下，方便安装在已建或在建结构当中；4)沿结构周向均布的凹点，具有对来流方向不敏感性，从而保证在与流场作用过程中发挥稳定的性能优势。

附图说明

图1是本发明的皮肤衣在深海柔性结构表面应用示意图；

图2是本发明的皮肤衣断面示意图；

图3是传统结构扰流示意图；

图4是本发明的穿戴皮肤衣后结构扰流示意图；

图中：10深海柔性结构；11外层；12中间过渡层；13弱磁性内层；101凹点；102台脊区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

一种抑制涡激振动皮肤衣，所述的抑制涡激振动皮肤衣是一种表面具有均匀分布的凹点，底层设置磁性层的皮肤衣材料，包括弱磁性内层13、中间过渡层12和外层11三层材料。弱磁性内层13为皮肤衣最底层，直接与深海柔性结构接触；中间过渡层12包裹弱磁性内层13并与外层11相连，为弱磁性内层及结构提供一定的缓冲保护，并为外层特种结构提供足够的弹性支撑；外层11包括在其表面均匀分布的圆形凹点101和至少一个隔离凹点的台脊区102。