[发明专利]一种利用波浪起伏压差排吸海水的抑振装置及方法

说明书

本发明涉及一种利用波浪起伏压差排吸海水的涡激振动抑制装置及方法，装置由支架和海水抽吸系统两部分构成。支架用于将海水抽吸系统固定在海洋立管上，海水抽吸系统由八根沿海洋立管周向均布的附属圆管组成，附属圆管上部设有交错分布的海水排吸孔，下部为气体腔室，腔室内充满可压缩气体，腔室上部依次为圆盘形活塞和限位圆环，活塞可以在限位圆环下部空间自由地做上、下运动。本装置利用波浪起伏压差诱使海水不断地从附属圆管吸入和排出，在绕流流量和动量不断调整以及附属圆管干扰流场的共同作用下，海洋立管的边界层分离和旋涡脱落受到了干扰，实现了无能耗的涡激振动抑制。

技术领域

本发明属于海洋立管设施铺设技术领域，具体涉及一种利用波浪起伏压差排吸海水的涡激振动抑制装置及方法。

背景技术

海洋立管是开发海洋石油与天然气的必要设备，是连接水下井口和海上平台的关键通道，一旦海洋立管受损出现失效，不仅会造成油气资源浪费，还会对环境引起极大的破坏。在引起海洋立管失效的形式中，涡激振动一直是个不可忽略的因素：一方面涡激振动会引发海洋立管疲劳损伤，缩短使用寿命；另一方面海洋油气深水开发所需要的海洋立管长径比越来越大，涡激振动致使海洋立管失效的几率也越来越大。

目前可将抑制涡激振动的方法分为两类：主动控制和被动控制。主动控制措施通过引入外部能量扰动流场，控制管体旋涡脱落，以达到抑制振动的目的。常见的主动控制措施有：抽吸或喷射流体，敲击管体表面、圆柱体的旋转等。被动控制措施指改变柱体截面形状或添加附属绕流物体，控制旋涡的形成和发展过程。然而，面对复杂的海洋环境，现有的控制措施仍存在着一定的局限性，如只针对特定流向、只能在特定流速范围内工作等。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对当前海洋立管涡激振动抑制装置存在的不足，提出一种结合主动与被动控制优点、无能耗的利用波浪起伏压差排吸海水的涡激振动抑制装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用波浪起伏压差排吸海水的涡激振动抑制装置由支架和海水抽吸系统两部分构成。支架由上、下两个固定模块组成，一个固定模块包括两个半圆环形内套环、两个半圆环形外套环和四根带螺纹的内外套环连接杆。内套环通过螺栓连接固定在海洋立管上；四根内外套环连接杆在内套环上周向均布排列，无螺纹一端焊接在内套环上；外套环表面在内外套环连接杆轴线方向开有四个供内外套环连接杆穿过的螺纹通孔，内外套环连接杆带螺纹一端穿过外套环上的螺纹通孔后由螺母连接固定；外套环周向均匀开设八个供附属圆管上、下两个端部插销穿过的插孔。

海水抽吸系统由八根沿海洋立管周向均布的附属圆管组成。每根附属圆管上、下两端都设有端部插销，端部插销可穿过外套环上的插孔将附属圆管固定；附属圆管上部布置有海水排吸孔，占整个附属圆管高度的3/4；沿附属圆管轴线方向布置有二十四组海水排吸孔，四个在同一水平面上沿附属圆管周向均布的海水排吸孔为一组，相邻两组的海水排吸孔交错分布；附属圆管下部为气体腔室，占整个附属圆管高度的1/4；腔室内充满可压缩气体，气体腔室上部依次为圆盘形的活塞和限位圆环，限位圆环固定在最下侧海水排吸孔的底部，限制活塞向上运动的空间，活塞可以在限位圆环下部空间自由地做上、下运动。