一種海洋立管渦激振動抑制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種海洋立管渦激振動抑制裝置，屬于海洋石油鉆采裝備技術領域。
【背景技術】
[0002]由于生產需要，海洋石油工業正在向著更深的海域建造生產系統。隨著水深的增加，傳統固定式的平臺已經不能適應這種深海工程要求，取而代之的是FPSO、半潛式平臺、張力腿平臺和 Spar 平臺等。其中，FPSO(Floating Product1n Storage and Offloading)即浮式生產儲油卸油裝置，可對原油進行初步加工并儲存，被稱為"海上石油工廠"；半潛式鉆井平臺，又稱立柱穩定式鉆井平臺，是大部分浮體沒于水面下的一種小水線面的移動式鉆井平臺，從坐底式鉆井平臺演變而來；spar平臺即為單柱式平臺。
[0003]不論何種平臺，海洋立管是不可避免的，它連接海底管道資源與海上作業平臺，進行鉆探、導液、導泥工作。當波浪和海流流經立管時，在一定的流速條件下，可在立管兩側交替地形成強烈的漩渦，漩渦脫落會對立管產生一個周期性的可變力，使得立管在與流向垂直方向上發生橫向振動，即渦激振動；結構的振動反過來又對流場產生影響，使漩渦增強，阻力增加，這種渦激振動是小尺度部件流固耦合現象的具體體現。
[0004]除了橫向振動外，流體阻力可使立管沿流動方向發生縱向振動，不過在一般情況下，縱向振動比橫向振動幅值小。當漩渦脫落頻率與立管固有頻率接近時，將引起立管的強烈振動，漩渦的脫落過程將被結構的振動所控制，從而使漩渦的脫落和管道的振動具有相同的頻率，發生“鎖定”(lock -1n)現象。
[0005]在今天的海洋石油開采中，出于經濟和靈活性的考慮，經常會一個平臺連接多個管線，例如緊密排列的頂張式立管，在海流的作用下，產生的渦激振動，以及旁邊立管的尾流干涉，將對立管的運動產生很大的影響。相對于單立管的渦激振動，多立管間的尾流干涉使得立管渦激振動變得更為復雜多變，這種復雜的尾流干涉下的渦激振動，易加劇立管的疲勞破壞。為減少渦激振動對立管的損害，對渦激振動進行研宄并找出有效的抑制措施是很有必要的。
[0006]抑制柱體渦激振動的方法分為兩類:主動控制和被動控制措施。根據被動控制措施的機理，將被動控制方法分為3類:
[0007](I)表面突起，影響分離線或分離剪切層，如螺紋、線條、翼片、螺栓和半球面等；
[0008](2)裹覆，影響卷吸層，如穿孔、絲網、控制桿和軸向板條等；
[0009](3)近尾流穩定器，阻止卷吸層的相互作用，如飄帶、整流罩、分隔板、導向翼、底排和狹縫等。
[0010]尤其是，目前國內外對海洋立管渦激振動的抑振裝置研宄主要是針對單個立管，而沒有考慮立管群之間的尾流干涉作用，實際上尾流的干涉使得渦激振動變得更為復雜。過去發明了很多渦激振動抑制裝置，但是這些抑制裝置不一定在尾流干涉的情況下適用，而且還有可能有害。
【發明內容】
[0011]本發明的目的是提供一種海洋立管渦激振動抑制裝置，不僅適用于單個立管，而且適用于立管群，尤其在尾流干涉的情況下能夠有效抑制立管渦激振動；進一步地，該抑制裝置制造簡單、安裝方便。
[0012]為達到上述目的，本發明通過以下技術方案來具體實現:
[0013]一種海洋立管渦激振動抑制裝置，安裝在海洋立管上，包括V形前端面板和尾鰭式整流罩，所述V形前端面板安裝在海洋立管上面對洋流流向的一面，所述尾鰭式整流罩安裝在海洋立管上背對洋流流向的一面；所述V形前端面板的橫截面呈V形，并且與所述海洋立管的表面相切；所述尾鰭式整流罩的橫截面結構為尾鰭形狀，包括位于兩側的內凹的側板和與兩個側板相接的后板。
[0014]優選地，所述V形前端面板的V形頂端的外表面包括至少一個弧形結構，弧形結構的圓心處安裝有橫向設置的轉軸，并在轉軸上安裝有V形翼板，所述V形翼板的內角與所述弧形結構配合，使所述V形翼板可以繞轉軸轉動。
[0015]優選地，V形翼板設置成在弧形結構的水平方向±15°的扇形區域以轉軸為軸心的回轉體，使所述V形翼板可以繞轉軸做小幅度轉動；優選地，在所述轉軸后側的方向上的V形翼板與所述V形前端面板的表面之間設置傾角，以利于V形翼板的轉動；更優選地，在所述轉軸后側的方向上的V形翼板與所述V形前端面板的表面之間呈3-5°傾角，使所述V形翼板在轉動的過程中，其尾部不會與V形前端面板碰撞。
[0016]優選地，尾鰭式整流罩的側板內凹呈弧形，后板與兩個側板相接且內凹呈弧形。
[0017]優選地，所述V形翼板的前端為圓弧形，后端邊緣為直線形，所述V形翼板的厚度沿著邊緣向內側逐漸增大。
[0018]優選地，所述V形翼板為對稱結構，即所述V形翼板對稱分布在所述V形前端面板的兩側。
[0019]優選地，所述V形翼板在所述V形前端面板的投影為中間鼓兩端尖的機翼形。
[0020]優選地，所述轉軸后側的V形翼板的長度大于所述轉軸前側的V形翼板的長度；優選地，所述轉軸后側的V形翼板的長度是所述轉軸前側的V形翼板的長度的2倍以上。
[0021]優選地，兩個所述側板分別與海洋立管相切，所述后板與兩個所述側板相切，并且側板和后板的外表面均為光滑表面。
[0022]優選地，所述尾鰭式整流罩為對稱結構，并且與所述V形前端面板、海洋立管一起形成魚形對稱結構。
[0023]本發明的有益效果是:
[0024]1、在V形前端面板上安裝的V形翼板，可以隨著水流做小幅度的擺動，引導來流分散的同時，可以降低來流對海洋立管的阻力；上下起伏呈波形的翼板，可以形成不同流體通道，擾亂軸向的海洋立管表面流場；
[0025]2、利用V形前端面板和尾鰭式整流罩，結合V形翼板的設置，尤其可以減小上游立管尾流的影響；
[0026]3、使固體面不發生流固界面分離和倒流，有效抑制渦激振動，使升力大大減小，大大提高了立管的疲勞壽命；
[0027]4、魚尾鰭等外形特征改變了在尾流干涉下鈍體立管來流狀態、表面流動狀態以及鈍體立管的尾流流態，避免在立管表面回流的產生和剪切層的分離，故可以抑制橫向力和立管的橫向振動；
[0028]5、該渦激振動抑制裝置結構簡單，可分塊化便于加工和安裝。
【附圖說明】
[0029]下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0030]圖1為本發明的主視示意圖；
[0031]圖2為本發明的左視示意圖；
[0032]圖3為本發明的俯視示意圖；
[0033]圖4為安裝抑制裝置前升力系數圖譜；
[0034]圖5為安裝抑制裝置后升力系數圖譜；
[0035]圖6為安裝渦激振動抑制裝置的下游立管周圍流場速度矢量圖。
[0036]圖中:1、海洋立管；2、V形前端面板；21、弧形結構；22、轉軸；23、V形翼板；29、傾角；3、尾鰭式整流罩；31、側板；32、后板。
【具體實施方式】
[0037]以下對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0038]以下結合【附圖說明】本發明的一個優選實施例。
[0039]如圖1-圖3所示，本實施例中，一種海洋立管渦激振動抑制裝置，安裝在海洋立管I上，包括V形前端面板2和尾鰭式整流罩3，V形前端面板2相當于魚首，所述V形前端面板2安裝在海洋立管I上面對洋流流向的一面，所述尾鰭式整流罩3安裝在海洋立管I上背對洋流流向的一面；所述V形前端面板2的橫截面呈V形，并且與所述海洋立管I的表面相切。
[0040]優選地，V形前端面板2由兩個板組成；兩個板左右對稱，與立管相切連接。
[0041]尾鰭式整流罩3的橫截面結構為尾鰭形狀，由位于兩側的側板31即鰭身板和與兩個側板31相接的后板32即鰭尾板組成；尾鰭式整流罩外形為兩端大中間稍細。
[0042]優選地，尾鰭式整流罩3的側板內凹呈弧形，與兩個側板31相接的后板32內凹呈弧形。采用尾鰭形狀的尾鰭式整流罩3，可以有效的抑制渦激振動。
[0043]優選地，所述V形前端面板2的V形頂端的外表面有至少一個弧形結構21，優選為多個連續的弧形結構21。弧形結構21的圓心處安裝有橫向設置的轉軸22，并在轉軸22上安裝有V形翼板23，所述V形翼板23的內角與所述弧形結構21配合，使得V形翼板23可以轉軸為軸心轉動。
[0044]優選地，V形翼板23可以繞轉軸22做小幅度旋轉；更優選地，V形翼板23設置成在弧形結構21的水平方向±15°的扇形區域以轉軸為軸心的回轉體。
[0045]進一步優選地，在所述轉軸22后側的方向上的V形翼板23與所述V形前端面板2的表面之間設置3-5°傾角29，使所述V形翼