本發明專利技術涉及一種可旋可拆裝S形列板渦激振動抑制裝置及方法，裝置由可拆裝的列板模塊以及上、下兩個旋轉軸承組成。旋轉軸承套裝在立管外壁，緊固圈套裝在旋轉軸承外，緊固圈兩側布置橫向列板，上、下平行的橫向列板間布置軸向列板，橫向列板和軸向列板的塊數由實際海洋環境決定。裝置受到海流沖擊后，會繞立管轉動，擾亂了立管周圍流場，將繞流旋渦破碎成小渦，使立管四周壓強分布更均勻，減小了旋渦的產生。同時，軸向列板旋轉對海流產生剪切和引流作用，使大部分海流在未抵進立管壁時即被分流至周邊，增強了渦激振動抑制效果。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于海洋立管設施鋪設
，具體涉及一種可旋可拆裝S形列板渦激振動抑制裝置及方法。
技術介紹
海洋立管是連接水下井口、海底管道與海面平臺、浮式設施的關鍵部件，是海洋油氣開采、輸送不可缺少的重要組成部分。海洋立管所處的環境十分惡劣，隨著海洋油氣開采向深海邁進，海洋立管面臨的威脅迅速凸顯。海洋立管外部受到波浪、海流的沖擊，承受著周期性變化的升力、阻力作用，內部則輸送著高壓油氣流，在內外流的共同作用下，其服役穩定性存在極大風險。當波浪、海流以一定流速流經海洋立管時，由于立管壁周向壓力分布的不均勻性，導致繞流邊界層脫離管壁，在立管后方形成周期性脫落的旋渦，旋渦的產生與泄放引發了周期性變化的升力和阻力，引發立管產生渦激振動；當海洋立管自振頻率與固有頻率接近時，振動會迫使其頻率固定在結構固有頻率附近，發生頻率鎖定現象，引起管道振動加強，加快立管的疲勞破壞。立管的破壞與失效不僅直接影響生產，造成巨大的經濟損失；更會污染海洋環境，造成重大的安全事故，對海洋環境構成災難性破壞。為了降低渦激振動對海洋立管的破壞，急迫需要研發渦激振動抑制裝置及方法。目前，渦激振動抑制方法主要分為兩類：一類是主動抑制法，另一類是被動抑制法。主動抑制法利用聲波、擊振等主動方式擾亂立管附近的流場，控制旋渦的產生。但是主動抑制法需要消耗額外能量，成本較高，故實際應用存在困難。被動抑制法通過改變立管外部形狀，擾亂旋渦，使旋渦分散或破壞。但被動抑制法對實際海洋環境的適應性不好，大多不能適應任意方向來流，且抑制裝置無法拆分和組合，不能適時調整以適應實際海洋環境。
技術實現思路
本專利技術所要解決的問題是針對現有海洋立管渦激振動抑制裝置存在的不足和缺陷，提供一種可拆裝、性能可靠、可以適時調整的可旋可拆裝S形列板渦激振動抑制裝置及方法。為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種可旋可拆裝S形列板渦激振動抑制裝置，由可拆裝的列板模塊以及上、下兩個旋轉軸承組成。旋轉軸承為中間嵌入圓柱滾子的內中外圈結構，圓柱滾子布置于保持架的矩形孔格中實現限位，保持架位于內圈、外圈之間，內圈、保持架和外圈均由對稱的兩個半環形構件對接組成。上、下兩個旋轉軸承間隔一塊軸向列板的高度固定套裝在立管外壁，外圈可相對內圈自由旋轉。列板模塊包括上、下兩個緊固圈、橫向列板和軸向列板。緊固圈由對稱的兩個半環形構件組成，從兩側套裝在旋轉軸承外圈上，使用螺栓連接固定。緊固圈每個半環的外側壁中部開設有固定橫向列板的T形凹槽，T形凹槽外壁開設三個螺栓孔。橫向列板為圓弧狀板條，單根橫向列板的圓弧邊對應的圓心角為45°，橫向列板一端為T形插銷，另一端為T形凹槽，且T形凹槽外壁開設有三個螺栓孔。緊固圈和橫向列板的T形插銷和T形凹槽均為相同尺寸規格，T形插銷可插入T形凹槽實現對接。橫向列板的T形插銷插入緊固圈的T形凹槽，通過螺栓穿過T形凹槽外壁的螺栓孔實現緊固，緊固圈兩側的橫向列板關于立管管軸反轉對稱。緊固圈一側的每兩塊橫向列板之間有同向和背向兩種連接方式，通過其中一塊橫向列板的T形插銷插入另一塊橫向列板的T形凹槽，并由螺栓穿過T形凹槽外壁的螺栓孔實現緊固。安裝于上、下兩個緊固圈的橫向列板相互平行布置。橫向列板上、下兩端表面均沿圓弧周向均勻開設五個六面體插槽，插槽上開有貫通列板的螺栓孔。軸向列板為直立長方體板條，其兩端各設有一個六面體插銷，六面體插銷上開有貫通的螺栓孔。軸向列板的兩端六面體插銷插入上、下兩塊平行的橫向列板對應的六面體插槽內，通過螺栓進行固定，且每塊軸向列板所在垂直平面均與兩端連接的橫向列板對應位置的圓弧切面垂直正交。所述的橫向列板圓弧邊半徑為立管外徑D的2～3倍，軸向列板長度為4D～6D，軸向列板和橫向列板的厚度為0.05D～0.09D。所述的緊固圈一側的橫向列板塊數為1～3塊，上、下兩塊平行的橫向列板間插裝的軸向列板塊數為1～5塊。橫向列板和軸向列板的塊數由實際海洋環境決定，通過同向、背向或混合向的橫向列板組合裝配以及軸向列板合理密度的布置，實現最佳的渦激振動抑制效果。利用所述的可旋可拆裝S形列板渦激振動抑制裝置可以實現一種可旋可拆裝S形列板渦激振動抑制方法。由于每塊軸向列板所在垂直平面均與兩端連接的橫向列板對應位置的圓弧切面垂直正交，上、下兩塊平行的橫向列板間的軸向列板之間存在一定的夾角，受到海流沖擊后，海水將推動軸向列板繞立管轉動。另外，由于緊固圈兩側的橫向列板關于立管管軸反轉對稱，海流沖擊在橫向列板上亦會推動其繞立管旋轉。旋轉的橫向列板和軸向列板對立管周圍流場產生了擾動，破壞了立管繞流邊界層的分離，并將繞流旋渦破碎成小渦，有效抑制了渦激振動。不停旋轉的橫向列板和軸向列板還改變了立管四周的壓力場，使立管四周壓強分布更均勻，減小了旋渦的產生，進而抑制渦激振動。同時，軸向列板的旋轉可以對海流產生剪切和引流作用，使大部分海流在未抵進立管壁面時即被有效分流至立管周邊，減少了立管近壁面海水繞流的比重，進一步增強了渦激振動抑制效果。實際使用時，可根據實際海洋環境決定橫向列板和軸向列板的塊數，實現最佳的渦激振動抑制效果。本專利技術由于采取以上技術方案，具有以下優點：1、根據具體海流流速、流向等實際情況，本專利技術裝置的橫向列板和軸向列板可以作適應性拆裝調整，包括橫向列板之間同向、背向或混合向的連接方式以及選用的橫向列板和軸向列板的數目，以達到最佳的抑制效果。2、本專利技術裝置在海流沖擊下可以自由旋轉，對立管繞流流場進行有效干擾，適應流向頻繁隨機變化的海洋現實環境；3、本專利技術裝置的橫向列板和軸向列板由塑料制成，成本低，耐腐蝕，可重復使用，還可為立管提供一定的浮力。附圖說明圖1為本專利技術裝置緊固圈一側安裝單塊橫向列板的結構示意圖；圖2為本專利技術裝置旋轉軸承示意圖；圖3為本專利技術裝置緊固圈與橫向列板裝配示意圖；圖4為本專利技術裝置兩塊橫向列板同向裝配示意圖；圖5為本專利技術裝置兩塊橫向列板背向裝配示意圖；圖6為本專利技術裝置橫向列板與軸向列板裝配示意圖；圖7為本專利技術裝置七種橫向列板安裝形式示意圖；其中：1、立管；2、內圈；3、保持架；4、圓柱滾子；5、外圈；6、緊固圈；7、橫向列板、8軸向列板。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式做進一步描述。如圖1所示，一種可旋可拆裝S形列板渦激振動抑制裝置，由可拆裝的列板模塊以及上、下兩個旋轉軸承組成。如圖2所示，旋轉軸承為中間嵌入圓柱滾子4的內中外圈結構，圓柱滾子4布置于保持架3的矩形孔格中實現限位，保持架3位于內圈2、外圈5之間，內圈2、保持架3和外圈5均由對稱的兩個半環形構件對接組成。上、下兩個旋轉軸承間隔一塊軸向列板8的高度固定套裝在立管1外壁，外圈5可相對內圈2自由旋轉。如圖1所示，列板模塊包括上、下兩個緊固圈6、橫向列板7和軸向列板8。緊固圈6由對稱的兩個半環形構件組成，從兩側套裝在旋轉軸承外圈5上，使用螺栓連接固定。緊固圈6每個半環的外側壁中部開設有固定橫向列板7的T形凹槽，T形凹槽外壁開設三個螺栓孔。如圖3、圖4、圖5所示，橫向列板7為圓弧狀板條，單根橫向列板7的圓弧邊對應的圓心角為45°，橫向列板7一端為T形插銷，另一端為T形凹槽，且T形凹槽外壁開設有三個螺栓孔。緊固圈6和橫向列板7的T形插銷和T形凹槽均為相同尺寸規格，T形插銷可插入T形凹槽實現對接。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種可旋可拆裝S形列板渦激振動抑制裝置，其特征在于：由可拆裝的列板模塊以及上、下兩個旋轉軸承組成；旋轉軸承為中間嵌入圓柱滾子(4)的內中外圈結構，圓柱滾子(4)布置于保持架(3)的矩形孔格中實現限位，保持架(3)位于內圈(2)、外圈(5)之間，內圈(2)、保持架(3)和外圈(5)均由對稱的兩個半環形構件對接組成；上、下兩個旋轉軸承間隔一塊軸向列板(8)的高度固定套裝在立管(1)外壁，外圈(5)可相對內圈(2)自由旋轉；列板模塊包括上、下兩個緊固圈(6)、橫向列板(7)和軸向列板(8)；緊固圈(6)由對稱的兩個半環形構件組成，從兩側套裝在旋轉軸承外圈(5)上，使用螺栓連接固定；緊固圈(6)每個半環的外側壁中部開設有固定橫向列板(7)的T形凹槽，T形凹槽外壁開設三個螺栓孔；橫向列板(7)為圓弧狀板條，單根橫向列板(7)的圓弧邊對應的圓心角為45°，橫向列板(7)一端為T形插銷，另一端為T形凹槽，且T形凹槽外壁開設有三個螺栓孔；緊固圈(6)和橫向列板(7)的T形插銷和T形凹槽均為相同尺寸規格，T形插銷可插入T形凹槽實現對接；橫向列板(7)的T形插銷插入緊固圈(6)的T形凹槽，通過螺栓穿過T形凹槽外壁的螺栓孔實現緊固，緊固圈(6)兩側的橫向列板(7)關于立管(1)管軸反轉對稱；緊固圈(6)一側的每兩塊橫向列板(7)之間有同向和背向兩種連接方式，通過其中一塊橫向列板(7)的T形插銷插入另一塊橫向列板(7)的T形凹槽，并由螺栓穿過T形凹槽外壁的螺栓孔實現緊固；安裝于上、下兩個緊固圈(6)的橫向列板(7)相互平行布置；橫向列板(7)上、下兩端表面均沿圓弧周向均勻開設五個六面體插槽，插槽上開有貫通列板的螺栓孔；軸向列板(8)為直立長方體板條，其兩端各設有一個六面體插銷，六面體插銷上開有貫通的螺栓孔；軸向列板(8)的兩端六面體插銷插入上、下兩塊平行的橫向列板(7)對應的六面體插槽內，通過螺栓進行固定，且每塊軸向列板(8)所在垂直平面均與兩端連接的橫向列板(7)對應位置的圓弧切面垂直正交。...
【技術特征摘要】
1.一種可旋可拆裝S形列板渦激振動抑制裝置，其特征在于：由可拆裝的列板模塊以及上、下兩個旋轉軸承組成；旋轉軸承為中間嵌入圓柱滾子(4)的內中外圈結構，圓柱滾子(4)布置于保持架(3)的矩形孔格中實現限位，保持架(3)位于內圈(2)、外圈(5)之間，內圈(2)、保持架(3)和外圈(5)均由對稱的兩個半環形構件對接組成；上、下兩個旋轉軸承間隔一塊軸向列板(8)的高度固定套裝在立管(1)外壁，外圈(5)可相對內圈(2)自由旋轉；列板模塊包括上、下兩個緊固圈(6)、橫向列板(7)和軸向列板(8)；緊固圈(6)由對稱的兩個半環形構件組成，從兩側套裝在旋轉軸承外圈(5)上，使用螺栓連接固定；緊固圈(6)每個半環的外側壁中部開設有固定橫向列板(7)的T形凹槽，T形凹槽外壁開設三個螺栓孔；橫向列板(7)為圓弧狀板條，單根橫向列板(7)的圓弧邊對應的圓心角為45°，橫向列板(7)一端為T形插銷，另一端為T形凹槽，且T形凹槽外壁開設有三個螺栓孔；緊固圈(6)和橫向列板(7)的T形插銷和T形凹槽均為相同尺寸規格，T形插銷可插入T形凹槽實現對接；橫向列板(7)的T形插銷插入緊固圈(6)的T形凹槽，通過螺栓穿過T形凹槽外壁的螺栓孔實現緊固，緊固圈(6)兩側的橫向列板(7)關于立管(1)管軸反轉對稱；緊固圈(6)一側的每兩塊橫向列板(7)之間有同向和背向兩種連接方式，通過其中一塊橫向列板(7)的T形插銷插入另一塊橫向列板(7)的T形凹槽，并由螺栓穿過T形凹槽外壁的螺栓孔實現緊固；安裝于上、下兩個緊固圈(6)的橫向列板(7)相互平行布置；橫向列板(7)上、下兩端表面均沿圓弧周向均勻開設五個六面體插槽，插槽上開有貫通列板的螺栓孔；軸向列板(8)為直立長方體板條，其兩端各設有一個六面體插銷，六面體插銷上開有貫通的螺栓孔；軸向列板(8)的兩端六面體插銷插入上、下兩塊平行的橫向列板...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱紅鈞，趙宏磊，
申請(專利權)人：西南石油大學，
類型：發明
國別省市：四川;51
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