本發(fā)明涉及開窗引流與旋擺結(jié)合的立管渦激振動抑制裝置及方法，裝置由旋擺模塊和開窗引流網(wǎng)罩組成，旋擺模塊包括轉(zhuǎn)動軸承、圓盤軸承、固定支架、弧形開孔葉片和魚尾式隔水板，開窗引流網(wǎng)罩為一圓筒，在其表面開有引流窗口和射流出口，且引流窗口與射流出口間的筒壁內(nèi)空，在每兩個引流窗口之間的區(qū)域均勻開設(shè)網(wǎng)狀通孔。在本裝置開窗引流網(wǎng)罩的網(wǎng)狀通孔節(jié)流、引流窗口導(dǎo)流、射流出口噴射出流、弧形開孔葉片旋轉(zhuǎn)調(diào)配邊界層動量和擾亂空間流動、魚尾式隔水板分割流動空間和調(diào)整流向的共同作用下，實現(xiàn)了無能耗的渦激振動抑制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋立管設(shè)施鋪設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種開窗引流與旋擺結(jié)合的立管渦激振動抑制裝置及方法。

背景技術(shù)

大力開發(fā)海洋油氣資源是降低目前居高不下的油氣對外依存度的關(guān)鍵方法之一。我國深水油氣開發(fā)技術(shù)已邁入國際先進行列，海洋立管作為連接海床至平臺的關(guān)鍵紐帶，承載著安全高效輸送采出流體的重要使命。然而，隨著開采水深的增加，海洋風(fēng)、浪、流等物理環(huán)境對立管的影響徒增。尤其是在海洋波、流的作用下，立管后方會形成旋渦，從而誘發(fā)渦激振動。當旋渦脫落頻率與立管固有頻率相近時，會引起共振，加速立管的疲勞損傷，從而耽誤作業(yè)周期，造成巨大的經(jīng)濟損失和生態(tài)環(huán)境破壞。因此，渦激振動的抑制一直是海洋工程技術(shù)人員關(guān)注的熱點。

目前，渦激振動的被動抑制裝置主要通過改變立管表面形狀，造成邊界層分離點的遷移，從而抑制尾流旋渦的形成或發(fā)展，如分離盤、整流罩、整流飄帶、螺旋列板等。這些裝置大多采用金屬材質(zhì)，增加了立管的負擔，需要配備更大的浮力塊，且金屬材質(zhì)的抑制裝置浸泡在海水中易產(chǎn)生腐蝕，從而失去抑制效果。另外，海流方向不斷變化，隨流轉(zhuǎn)動的抑制裝置才能真正適應(yīng)流向連續(xù)變化的海洋環(huán)境。渦激振動的主動抑制裝置需要注入外部能量來驅(qū)動附屬裝置轉(zhuǎn)動，能耗較大，不便于現(xiàn)場采用。因此，急需輕質(zhì)、可旋轉(zhuǎn)、非金屬材料、無能耗的渦激振動抑制裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有渦激振動抑制裝置的不足，提供一種輕質(zhì)、經(jīng)濟、無能耗的隨流旋轉(zhuǎn)的開窗引流與旋擺結(jié)合的立管渦激振動抑制裝置及方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明裝置采用如下技術(shù)方案：

一種開窗引流與旋擺結(jié)合的立管渦激振動抑制裝置，由旋擺模塊和開窗引流網(wǎng)罩組成；旋擺模塊包括兩個轉(zhuǎn)動軸承、四個圓盤軸承、兩個固定支架、八個弧形開孔葉片和一個魚尾式隔水板。轉(zhuǎn)動軸承為內(nèi)嵌圓柱滾子的內(nèi)外圈結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動軸承內(nèi)徑等于立管的外徑，上、下兩個轉(zhuǎn)動軸承按間隔一個開窗引流網(wǎng)罩的高度套裝固定在立管外壁。所述的轉(zhuǎn)動軸承高度為固定支架高度的2倍。

固定支架為圓環(huán)一側(cè)連接有三根棍柄的三趾爪形結(jié)構(gòu)，所述的三根棍柄的中間一根為長棍柄，其余兩根是關(guān)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，短棍柄端部伸出固定支撐柱，用于固定圓盤軸承；固定支架的圓環(huán)內(nèi)徑等于轉(zhuǎn)動軸承的外徑，上、下兩個固定支架通過各自的圓環(huán)分別套裝于上、下兩個轉(zhuǎn)動軸承外，且上固定支架長棍柄上的隔水板插槽開口向下、下固定支架長棍柄上的隔水板插槽開口向上。

魚尾式隔水板為表面開有均勻水平凹槽的魚尾形塑料板，魚尾式隔水板的上、下兩端分別插入上、下兩個固定支架的隔水板插槽安裝固定，并使魚尾式隔水板的尾端向外；在固定支架的每個短棍柄端部伸出的固定支撐柱外套裝一個內(nèi)嵌圓柱滾子的圓盤軸承，每個圓盤軸承的圓盤面上沿周向均布四個通孔；弧形開孔葉片為橫截面為翼形的長條形葉片，在弧形開孔葉片上沿垂向等間距開有通孔，弧形開孔葉片的兩端設(shè)支撐柱，弧形開孔葉片的支撐柱伸入圓盤軸承的通孔中固定；每對上、下對應(yīng)的圓盤軸承間固定四個弧形開孔葉片，且固定后的弧形開孔葉片的翼形頭部向內(nèi)、尾部向外，四個弧形開孔葉片呈旋轉(zhuǎn)軸對稱布置。