[發明專利]一種開窗引流與旋擺結合的立管渦激振動抑制裝置及方法有效
| 申請號: | 201711055221.9 | 申請日: | 2017-11-01 |
| 公開(公告)號: | CN107701122B | 公開(公告)日: | 2019-02-15 |
| 發明(設計)人: | 朱紅鈞;李國民;唐濤;胡昊 | 申請(專利權)人: | 西南石油大學 |
| 主分類號: | E21B17/01 | 分類號: | E21B17/01;F15D1/00 |
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| 地址: | 610500 四*** | 國省代碼: | 四川;51 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 一種 開窗 引流 結合 立管渦激 振動 抑制 裝置 方法 | ||
1.一種開窗引流與旋擺結合的立管渦激振動抑制裝置,由旋擺模塊和開窗引流網罩(4)組成;旋擺模塊包括兩個轉動軸承(2)、四個圓盤軸承(7)、兩個固定支架(3)、八個弧形開孔葉片(6)和一個魚尾式隔水板(5);轉動軸承(2)為內嵌圓柱滾子的內外圈結構,轉動軸承(2)內徑等于立管(1)的外徑,上、下兩個轉動軸承(2)按間隔一個開窗引流網罩(4)的高度套裝固定在立管(1)外壁;魚尾式隔水板(5)為表面開有均勻水平凹槽的魚尾形塑料板,魚尾式隔水板(5)的上、下兩端分別插入上、下兩個固定支架(3)的隔水板插槽(8)安裝固定,并使魚尾式隔水板(5)的尾端向外;圓盤軸承(7)內嵌圓柱滾子,一端為圓盤面;其特征在于:固定支架(3)為圓環一側連接有三根棍柄的三趾爪形結構,所述的三根棍柄的中間一根為長棍柄,其余兩根是關于中間長棍柄對稱布置的短棍柄,長棍柄軸向開有隔水板插槽(8),短棍柄端部伸出固定支撐柱,用于固定圓盤軸承(7);固定支架(3)的圓環內徑等于轉動軸承(2)的外徑,上、下兩個固定支架(3)通過各自的圓環分別套裝于上、下兩個轉動軸承(2)外,且上固定支架(3)長棍柄上的隔水板插槽(8)開口向下、下固定支架(3)長棍柄上的隔水板插槽(8)開口向上;在固定支架(3)的每個短棍柄端部伸出的固定支撐柱外套裝一個圓盤軸承(7),每個圓盤軸承(7)的圓盤面上沿周向均布四個通孔;弧形開孔葉片(6)為橫截面為翼形的長條形葉片,在弧形開孔葉片(6)上沿垂向等間距開有通孔,弧形開孔葉片(6)的兩端設支撐柱,弧形開孔葉片(6)的支撐柱伸入圓盤軸承(7)的通孔中固定;每對上、下對應的圓盤軸承(7)間固定四個弧形開孔葉片(6),且固定后的弧形開孔葉片(6)的翼形頭部向內、尾部向外,四個弧形開孔葉片(6)呈旋轉軸對稱布置;開窗引流網罩(4)為一圓筒,在其表面沿軸向等間隔開有引流窗口(9)和射流出口(10);在同一水平高度,開窗引流網罩(4)的一側開有一個引流窗口(9),另一側開有兩個射流出口(10),且該引流窗口(9)與兩個射流出口(10)間的開窗引流網罩(4)的筒壁內空,使引流窗口(9)與兩個射流出口(10)連通;在開窗引流網罩(4)上每兩個引流窗口(9)之間的區域沿周向均勻開設網狀通孔,使開窗引流網罩(4)的內、外側連通;開窗引流網罩(4)由塑料加工成型,開窗引流網罩(4)的內徑等于轉動軸承(2)的外徑,開窗引流網罩(4)套裝于轉動軸承(2)外,且開窗引流網罩(4)的上、下兩端分別緊挨上、下兩個固定支架(3),并使開有引流窗口(9)的一側背向魚尾式隔水板(5),引流窗口(9)的垂直中心線與魚尾式隔水板(5)在同一平面,射流出口(10)正對臨近魚尾式隔水板(5)的一個弧形開孔葉片(6)的弧面。
2.如權利要求1所述的開窗引流與旋擺結合的立管渦激振動抑制裝置,其特征在于:所述的引流窗口(9)對應的圓心角為90°,所述的射流出口(10)對應的圓心角為10°;所述的射流出口(10)中心和開窗引流網罩(4)圓心的連線與魚尾式隔水板(5)所在平面構成的銳角為60°。
3.一種開窗引流與旋擺結合的立管渦激振動抑制方法,采用如權利要求1所述的開窗引流與旋擺結合的立管渦激振動抑制裝置,其特征在于:海流與魚尾式隔水板(5)間存在攻角時,魚尾式隔水板(5)在海流的沖擊下發生旋轉,直至魚尾式隔水板(5)繞至立管(1)的背流側且與海流流向處于同一平面;一方面,海流從開窗引流網罩(4)的網狀通孔部分通過,受網狀通孔的節流和整流作用,海流的流向和流速得到調整,同時網狀通孔使立管(1)周圍的繞流邊界層受到破壞,加劇了繞流邊界層的湍動強度;另一方面,海流從開窗引流網罩(4)的引流窗口(9)通過,沿著開窗引流網罩(4)圓筒壁內的內空通道流至射流出口(10),從射流出口(10)噴射出的海流對立管(1)背流側的尾流區產生了強烈的擾動,使尾部旋渦受到擠壓破碎,此外,射流出口(10)噴射出的海流沖擊在弧形開孔葉片(6)的弧面上,推動弧形開孔葉片(6)旋轉;而被開窗引流網罩(4)的網狀通孔節流阻擋的水流部分轉移至從引流窗口(9)通過,增加了引流窗口(9)過流的流量,增大了射流出口(10)的流速,加速了弧形開孔葉片(6)的轉速;由于開窗引流網罩(4)圓筒表面的網狀通孔和引流窗口(9)交替布置,使得海流在垂直方向產生了流動的轉移,分散了繞流流體的總能量;在射流出口(10)水流的沖擊下,魚尾式隔水板(5)兩側的弧形開孔葉片(6)旋轉方向不同,但均由立管(1)外側向立管(1)內側旋轉,使得外部流體的動量注入到立管(1)壁面的繞流邊界層中,推遲旋渦的形成;同時,部分水流從弧形開孔葉片(6)上的通孔流過,使弧形開孔葉片(6)在旋轉的過程中對周圍流體產生深度的擾動作用,破壞立管(1)繞流旋渦的形成;水流流至立管(1)背流側后,魚尾式隔水板(5)將兩側水流分割,抑制了旋渦的發展,且部分水流沿魚尾式隔水板(5)的水平凹槽流動,對水流的流動方向又再次做了調整;因而,在開窗引流網罩(4)的網狀通孔節流、引流窗口(9)導流、射流出口(10)噴射出流、弧形開孔葉片(6)旋轉調配邊界層動量和擾亂空間流動、魚尾式隔水板(5)分割流動空間和調整流向的共同作用下,使立管(1)繞流邊界層受到深度破壞,改變了邊界層分離點和三維尾流旋渦結構,使繞流流場的湍動強度增大,抑制了大旋渦的形成,從而實現了無能耗的渦激振動抑制。
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