一種帶尾槳可轉分離盤的渦激振動抑制裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶尾槳可轉分離盤的渦激振動抑制裝置及方法，其特征在于：裝置由多個基本單元組合而成，基本單元包括帶分離盤的套筒、固定環、尾槳三部分。帶分離盤的套筒套裝于隔水管外，兩端通過固定環連接限制其軸線運動，固定環內設置滾珠配合套筒的端部環槽實現套筒的自由旋轉。分離盤尾部安裝尾槳，尾槳可在水流作用下不斷旋轉。在分離盤和尾槳的共同作用下，隔水管后方的漩渦得不到充分發展，且渦旋結構很快被破壞，從而實現渦激振動的抑制。本發明主體結構由塑料制成，節約成本，不易腐蝕和損壞，可重復使用，能夠適應流向頻繁變化的深海環境。
【專利說明】一種帶尾槳可轉分離盤的渦激振動抑制裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于海洋隔水管設施鋪設【技術領域】，具體涉及一種帶尾槳可轉分離盤的渦激振動抑制裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著對石油的需求量越來越大，海洋油氣資源的開采已經逐步走向深海，大力開采深海油氣資源已成為一種必然的趨勢。海洋隔水管是連接海底井口和上部平臺的重要部件，為鉆井液提供循環通道。由于隔水管在深海作業時長細比很大，結構呈現明顯的柔性特征。在復雜交替變化的海洋環境中，隔水管服役時需要長期承受海流和海浪等多種載荷的綜合作用，尤其是當海流、波浪流經隔水管時，會在隔水管兩側產生交替脫落的漩渦，導致其受到橫流向和順流向的脈動流體力，使管道發生振動；同時，隔水管的振動反過來又會對流場產生影響，加劇水流對結構的危害。當漩渦的脫落頻率接近或等于隔水管某一階固有頻率時，就會形成共振，引起結構的強烈振動，加劇管道的疲勞破壞。深海細長柔性隔水管系統一旦發生破壞，維修難度極大，費用極高，不僅會使海洋油氣資源的開采經受巨大的經濟損失，同時還會造成嚴重的海洋環境污染。
[0003]為了減少和防止渦激振動造成的破壞作用，通常可以在海洋隔水管上安裝渦激振動抑制裝置，即通過直接改變海洋隔水管表面形狀或者安裝額外的裝置來改變流場，從而消減漩渦的形成和發展。目前已發明的海洋隔水管渦激振動抑制裝置主要有螺旋列板、分離盤、整流罩、浮力塊、附屬圓柱等。然而，這些渦激振動抑制裝置不能應對深海復雜情況，尤其是水流方向頻繁變化的現實環境。

【發明內容】

[0004]針對上述問題，本發明提供一種性能可靠，現場安裝方便，并能夠應對任意來流方向的一種帶尾槳可轉分離盤的渦激振動抑制裝置及方法。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種帶尾槳可轉分離盤的渦激振動抑制裝置由多個基本單元組合而成，所述的基本單元包括帶分離盤的套筒、固定環、尾槳三部分。帶分離盤的套筒包括套筒和分離盤兩部分，套筒和分離盤作為一個整體一次加塑成型。套筒的內徑大于隔水管的外徑，套筒與隔水管同軸，從外部套裝在隔水管上；套筒的上下兩端均設有端部環槽，端部環槽為1/4圓弧形環槽。固定環由對稱的兩半環鋼質構件組成，固定環的內徑等于隔水管的外徑，固定環沿周向等間距均勻開設8個滾珠槽，每個滾珠槽內放置I個滾珠。固定環從兩側套裝在隔水管上，通過螺栓連接固定，且上下兩個固定環與套筒兩端的端部環槽對接，并使滾珠接觸到端部環槽的弧面。懸桿兩端為公螺紋，一端螺紋末端有光桿，一端螺紋末端有凸環；分離盤的尾部端面上開設有螺孔，懸桿帶凸環的螺紋端與其連接，使懸桿安裝固定。尾槳為整體加塑成型，由4個葉片組成，兩兩成90°夾角，葉片的端面形狀是斜邊為弧形的直角三角形；尾槳中心開有圓孔，通過圓孔將尾槳套裝在懸桿的光桿段，且圓孔與懸桿同軸，圓孔內徑大于懸桿的光桿外徑，圓孔的高度等于光桿的長度。螺帽設有內螺紋，螺帽的直徑與懸桿的凸環直徑相等，與懸桿帶光桿的螺紋端咬合；在螺帽與懸桿的凸環配合下，限制尾槳在懸桿軸向移動。
[0006]一種帶尾槳可轉分離盤的渦激振動抑制方法，在隔水管外套裝帶分離盤的套筒，分離盤尾部安裝兩個尾槳。當波浪、海流流向與分離盤存在夾角時，水流流經隔水管會在分離盤上產生沖擊力，使得分離盤帶動套筒整體旋轉；同時，水流作用在分離盤尾部的尾槳葉片弧面上的作用力有切向的分力，能夠帶動尾槳旋轉。分離盤帶動套筒旋轉到與水流方向平行后達到平衡，但分離盤平衡后，分離盤尾部的尾槳仍會在水流的作用下不停地旋轉。隔水管后方的漩渦首先受到分離盤的分離作用，不能夠完全發展，然后受到了持續轉動尾槳的破壞作用，使漩渦迅速分散。在分離盤和尾槳的共同作用下，隔水管后方的漩渦得不到充分發展，且渦旋結構很快被破壞，從而實現了渦激振動的抑制。
[0007]本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點:
1、本發明分離盤能夠帶動套筒自由旋轉，尾槳也能夠自由旋轉，在分離盤和尾槳的共同作用下，有效減緩不同來流方向引發的渦激振動，適應流向頻繁變化的深海環境，大大延長了隔水管的使用壽命；
2、本發明的套筒、分離盤和尾槳由塑料制造而成，不易腐蝕和損壞，可以重復使用，也可為隔水管提供一定的浮力；
3、本發明可以根據現場實際情況，調整基本單元在立管上的覆蓋率及調節各基本單元之間的距離，以達到最佳的抑制效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發明立體結構示意圖 圖2為本發明固定環示意圖
圖3為本發明套筒端部環槽剖面示意圖 圖4為本發明安裝后滾珠位置局部剖面示意圖 圖5為本發明懸桿與螺帽示意圖 圖6為本發明尾槳示意圖
其中:1、套筒；2、分離盤；3、固定環；4、端部環槽；5、滾珠；6、尾槳；7、葉片；8、懸桿；9、
螺帽；10、滾珠槽。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖對本發明的具體實施作進一步描述。
[0010]本發明由多個基本單元組合而成，如圖1所示，所述的基本單元包括帶分離盤2的套筒1、固定環3 (如圖2所示)、尾槳6三部分。
[0011]帶分離盤2的套筒I包括套筒I和分離盤2兩部分，套筒I和分離盤2作為一個整體一次加塑成型。套筒I的內徑大于隔水管的外徑，套筒I與隔水管同軸，從外部套裝在隔水管上；套筒I的上下兩端均設有端部環槽4(如圖3所示)，端部環槽4為1/4圓弧形環槽。
[0012]固定環3由對稱的兩半環鋼質構件組成，固定環3的內徑等于隔水管的外徑，固定環3周向等間距均勻開設8個滾珠槽10，每個滾珠槽10內放置I個滾珠5 (如圖4所示)。固定環3從兩側套裝在隔水管上，通過螺栓連接固定，且上下兩個固定環3與套筒I兩端的端部環槽4對接，并使滾珠5接觸到端部環槽4的弧面。
[0013]如圖5所示，懸桿8兩端為公螺紋，一端螺紋末端有光桿，一端螺紋末端有凸環；分離盤2的尾部端面上開設有螺孔，懸桿8帶凸環的螺紋端與其連接，使懸桿8安裝固定。
[0014]如圖6所示，尾槳6為整體加塑成型，由4個葉片7組成，兩兩成90°夾角，葉片7的端面形狀是斜邊為弧形的直角三角形；尾槳6中心開有圓孔，通過圓孔將尾槳6套裝在懸桿8的光桿段，且圓孔與懸桿8同軸，圓孔內徑大于懸桿8的光桿外徑，圓孔的高度等于光桿的長度。
[0015]螺帽9設有內螺紋，螺帽9的直徑與懸桿8的凸環直徑相等，與懸桿8帶光桿的螺紋端咬合；在螺帽9與懸桿8的凸環配合下，限制尾槳6在懸桿8軸向移動。
[0016]一種帶尾槳可轉分離盤的渦激振動抑制方法，在隔水管外套裝帶分離盤2的套筒1，分離盤2尾部安裝兩個尾槳6。當波浪、海流流向與分離盤2存在夾角時，水流流經隔水管會在分離盤2上產生沖擊力，使得分離盤2帶動套筒I整體旋轉；同時，水流作用在分離盤2尾部的尾槳6葉片7弧面上的作用力有切向的分力，能夠帶動尾槳6旋轉。分離盤2帶動套筒I旋轉到與水流方向平行后達到平衡，但分離盤2平衡后，分離盤2尾部的尾槳6仍會在水流的作用下不停地旋轉。隔水管后方的漩渦首先受到分離盤2的分離作用，不能夠完全發展，然后受到了持續轉動尾槳6的破壞作用，使漩渦迅速分散。在分離盤2和尾槳6的共同作用下，隔水管后方的漩渦得不到充分發展，且渦旋結構很快被破壞，從而實現了渦激振動的抑制。
[0017]隔水管在水下通常為幾百米至上千米不等，為了確保抑制效果，可以根據實際情況，調整基本單元在隔水管上的覆蓋率及調節各基本單元之間的距離，以達到理想的抑制效果。
[0018]具體實施例:
根據實際隔水管的細長比和當地海洋波浪、海流的常年統計信息，設計合理的基本單元間距和基本單元在隔水管上的覆蓋率，計算出需要的基本單元個數n，即帶分離盤2套筒I的個數為η,固定環3的個數為2η,滾珠5的個數為16η,尾槳6的個數為2η,懸桿8的個數為2η,螺帽9的個數為2η。
[0019]在安裝單個基本單元時，首先，將所述帶分離盤2的套筒I套裝在隔水管上的合適位置；然后，將球形滾珠5放于固定環3的滾珠槽10內，并取兩個固定環3從兩側套裝在隔水管上，通過螺栓連接固定，且上下兩個固定環3與套筒I兩端的端部環槽4對接，并使滾珠5接觸到端部環槽4的弧面；接著，將懸桿8帶凸環的螺紋端與分離盤2尾部端面上開設的螺孔連接，使懸桿8安裝固定；其次，通過尾槳6中心的圓孔將尾槳6套裝在懸桿8的光桿段，并用螺帽9與懸桿8帶光桿的螺紋端咬合；在螺帽9與懸桿8的凸環配合下，可以限制尾槳6在懸桿8的軸向移動。至此，安裝完成了一個基本單元。隨后，按照同樣的順序安裝剩余的基本單元。
[0020]裝置安裝完畢后，將隔水管置于海水中。在不同深度的海水中，每個基本單元可根據對應的來流方向，在水流的沖擊下，由分離盤2帶動套筒I整體旋轉，直至分離盤2旋轉到與水流方向平行后達到平衡；同時，在水流的沖擊下，尾槳6會不停地旋轉。隔水管后方的漩渦首先受到分離盤2的分離作用，不能夠完全發展，然后受到了持續轉動尾槳6的破壞作用，使漩渦迅速分散。在分離盤2和尾槳6的共同作用下，隔水管后方的漩渦得不到充分發展，且渦旋結構很快被破壞，從而實現渦激振動的抑制。
【權利要求】
1.一種帶尾槳可轉分離盤的渦激振動抑制裝置，由多個基本單元組合而成，其特征在于:所述的基本單元包括帶分離盤(2)的套筒(I)、固定環(3)、尾槳(6)三部分；帶分離盤(2 )的套筒(I)包括套筒(I)和分離盤(2 )兩部分，套筒(I)和分離盤(2 )作為一個整體一次加塑成型；套筒(I)的內徑大于隔水管的外徑，套筒(I)與隔水管同軸，從外部套裝在隔水管上；套筒(I)的上下兩端均設有端部環槽(4)，端部環槽(4)為1/4圓弧形環槽；固定環(3)由對稱的兩半環鋼質構件組成，固定環(3)的內徑等于隔水管的外徑，固定環(3)周向等間距均勻開設8個滾珠槽(10 )，每個滾珠槽(10 )內放置I個滾珠(5 );固定環(3 )從兩側套裝在隔水管上，通過螺栓連接固定，且上下兩個固定環(3)與套筒(I)兩端的端部環槽(4)對接，并使滾珠(5)接觸到端部環槽(4)的弧面；懸桿(8)兩端為公螺紋，一端螺紋末端有光桿，一端螺紋末端有凸環；分離盤(2)的尾部端面上開設有螺孔，懸桿(8)帶凸環的螺紋端與其連接，使懸桿(8)安裝固定；尾槳(6)為整體加塑成型，由4個葉片(7)組成，兩兩成90°夾角，葉片(7)的端面形狀是斜邊為弧形的直角三角形；尾槳(6)中心開有圓孔，通過圓孔將尾槳(6)套裝在懸桿(8)的光桿段，且圓孔與懸桿(8)同軸，圓孔內徑大于懸桿(8)的光桿外徑，圓孔的高度等于光桿的長度；螺帽(9)設有內螺紋，螺帽(9)的直徑與懸桿(8)的凸環直徑相等，與懸桿(8)帶光桿的螺紋端咬合；在螺帽(9)與懸桿(8)的凸環配合下，限制尾槳(6)在懸桿(8)軸向移動。
2.一種帶尾槳可轉分離盤的渦激振動抑制方法，其特征在于:在隔水管外套裝帶分離盤(2)的套筒(1)，分離盤(2)尾部安裝兩個尾槳(6);當波浪、海流流向與分離盤(2)存在夾角時，水流流經隔水管會在分離盤(2)上產生沖擊力，使得分離盤(2)帶動套筒(I)整體旋轉；同時，水流作用在分離盤(2)尾部的尾槳(6)葉片(7)弧面上的作用力有切向的分力，能夠帶動尾槳(6)旋轉；分離盤(2)帶動套筒(I)旋轉到與水流方向平行后達到平衡，但分離盤(2)平衡后，分離盤(2)尾部的尾槳(6)仍會在水流的作用下不停地旋轉；隔水管后方的漩渦首先受到分離盤(2)的分離作用，不能夠完全發展，然后受到了持續轉動尾槳(6)的破壞作用，使漩渦迅速分散；在分離盤(2)和尾槳(6)的共同作用下，隔水管后方的漩渦得不到充分發展，且渦旋結構很快被破壞，從而實現了渦激振動的抑制。
【文檔編號】F16L55/045GK103453276SQ201310415063
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】朱紅鈞, 趙洪南, 林元華, 馮光, 劉清友, 馬粵, 韓青華, 潘倩 申請人:西南石油大學