專利名稱：一種抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉葉輪裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于海洋立管設施鋪設技術領域，具體涉及一種抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉葉輪裝置。
背景技術：
國民經濟的高速發展，對石油的需求日趨顯著，隨著陸上油氣的逐漸衰竭，大力開采開發海洋油氣已成為必然需求，海洋立管是海洋油氣鉆采的重要組成部分，是連接浮式鉆井平臺與海底生產系統的重要部件，其服役的可靠性對于油氣鉆采的安全運行具有重要意義。海洋立管所處環境條件惡劣，受力復雜。尤其當波浪、海流流經立管時，將在立管后方形成漩渦，漩渦的形成和脫落改變了立管后方的流速分布，誘發了立管的渦激振動。當漩渦脫落頻率接近或等于海洋立管某一固有頻率時，振動幅度將急劇增大，加速了立管的疲勞破壞。一旦立管發生疲勞失效，不僅引起海上重大安全事故，造成巨大的經濟損失，還將 對海洋環境造成災難性的破壞。為了降低渦激振動對海洋立管造成的疲勞破壞程度，現有的方法通常是在立管上安裝渦激振動抑制裝置，改變立管表面的形狀，達到擾流的目的，進而改變立管附近的流場分布，消弱周期性漩渦對立管的作用力。現有的海洋立管渦激振動抑制裝置主要有固定整流罩、控制桿、螺旋列板、O型圈、整流片、插排浮塊、分離盤飄帶和突起等形式。然而，大多數渦激振動抑制裝置采用的是直接固定的方式，不能應對波浪、海流方向的隨機變化。如果這些裝置能夠旋轉，擾流效果將更加顯著，渦激振動抑制效果也會大大提升。目前僅有公示期專利CN 102071883 A (采用可旋轉整流罩的水下立管渦激振動抑制裝置)以及專利CN102134972 A (仿魚尾式整流罩的水下立管渦激振動裝置)中提到的裝置可以實現繞立管的轉動，但仍受到來流角度的限制，不能夠完全應對任意角度來流。
發明內容
本發明所要解決問題是針對現有海洋立管渦激振動抑制裝置存在的不足，提供一種結構簡單，性能可靠，現場安裝方便，并能夠應對任意來流方向的有效抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉葉輪裝置。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案
一種抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉葉輪裝置，由多個基本單元沿海洋立管軸線方向串列組合而成，所述的基本單元又由旋轉模塊和葉輪模塊組成。旋轉模塊包括內圈、圓柱滾子、外圈。內圈是由對稱的兩半環鋼質構件組成，其外表面加工圓柱滾子槽，內圈從兩側套在海洋立管上，兩半環之間使用螺栓連接。圓柱滾子槽為半圓柱狀的凹槽，圓柱滾子放置于內圈的圓柱滾子槽內。外圈也是由對稱的兩半環鋼質構件組成，在其內表面上加工圓柱滾子環槽。外圈套在內圈外面，使圓柱滾子置于圓柱滾子環槽內，兩半環之間使用螺栓連接，并通過軸向止動片限制外圈的軸向滑移。葉輪模塊包括套筒和葉輪片，套筒和葉輪片為整體加塑成型，套筒與海洋立管同軸。套筒外有3片葉輪片，成120°均勻分布在套筒上，葉輪片為弧形曲面。葉輪模塊直接套裝在旋轉模塊的外圈上，每個葉輪模塊的上下兩端各配裝一個旋轉模塊。本發明還包括
I、旋轉模塊的內圈內徑等于海洋立管外徑D，厚度取O. 06D至O. 09D，內圈高度為O. 12D至O. 16D ;旋轉模塊外圈厚度取O. 06D至O. 09D。2、葉輪模塊的套筒和葉輪片為一個整體，由塑料模具一次加工成型；套筒厚度為O. 02D至O. 04D，高度取2D至4D ;葉輪模塊的葉輪片曲面的曲率半徑取ID至I. ，葉輪片的弧長取O. 2D至O. 35D。本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點
1、本發明可實現自由旋轉，能夠避免在海洋立管后方形成周期性漩渦，有效減緩不同來流方向引發的渦激振動，適應流向頻繁隨機變化的海洋現實環境，大大提高海洋立管疲·勞壽命；
2、本發明套筒和葉輪片為一個整體，套裝于旋轉模塊的外圈外表面，安裝簡單；套筒和葉輪片的材質為塑料，能大幅降低成本，簡化制造工藝，且不易腐蝕和損壞，可以重復使用；
3、本發明可以根據現場實際情況，自由調整各基本單元之間的距離，以達到最佳抑制效果。
圖I為本發明裝置立體結構示意圖
圖2為本發明裝置旋轉模塊的內圈及單個圓柱滾子立體結構示意圖 圖3為本發明裝置旋轉模塊的外圈立體結構示意圖 圖4為本發明裝置旋轉模塊立體結構示意圖 圖5為本發明裝置葉輪模塊立體結構示意圖
其中1.海洋立管；2.內圈；3.外圈；4.軸向止動片；5.套筒；6.葉輪片；7.圓柱滾子槽；8螺栓；9.圓柱滾子；10.圓柱滾子環槽。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施作進一步描述。本發明是多個基本單元沿海洋立管軸線方向串列組合而成，如圖I、圖2、圖3、圖
4、圖5所示，本發明的一個基本單元包括兩個旋轉模塊和一個葉輪模塊。其中旋轉模塊包括內圈2、圓柱滾子9、外圈3。內圈2是由對稱的兩半環鋼質構件組成，其外表面加工圓柱滾子槽7。圓柱滾子槽7為半圓柱狀的凹槽。圓柱滾子9放置于圓柱滾子槽7內。內圈2從兩側套在海洋立管I上，兩半環之間使用螺栓8連接固定。外圈3也是由對稱的兩半環鋼質構件組成，外圈3每個半環的上下兩個端面伸出兩個軸向止動片4，以限制旋轉模塊安裝好后外圈3的軸向滑移，且軸向止動片4與內圈2的兩個軸向端面間留有一定縫隙，以減少旋轉時的摩擦。外圈3內表面加工圓柱滾子環槽10，外圈3套在內圈2外面，使圓柱滾子9置于圓柱滾子環槽10內，兩半環之間使用螺栓8連接，連接好后旋轉模塊可繞海洋立管I的軸線自由轉動。
旋轉模塊的內圈2和外圈3均采用分開的兩半環設計結構，便于現場安裝和拆卸。旋轉模塊的內圈2內徑等于海洋立管I外徑D，厚度取O. 06D至O. 09D,內圈2高度為O. 12D至O. 16D ;旋轉模塊的外圈3厚度取O. 06D至O. 09D。旋轉模塊采用圓柱滾子9的結構設計優點在于，精度高、磨損小、壽命長，能在較長的時間內保持軸向的安裝精度，保證葉輪模塊實現自由轉動。葉輪模塊由套筒5和葉輪片6組成，套筒5和葉輪片6為一個整體，由塑料模具一次加工成型；套筒5為圓筒結構，其內徑等于旋轉模塊的外圈3外徑，套筒5厚度取O. 02D至O. 04D，高度取2D至4D，并且套筒5與海洋立管I同軸。在套筒5外有3片葉輪片6，成120°均勻分布在套筒5上，葉輪片6為弧形曲面，葉輪片6的弧形長度取O. 25D至O. 4D，葉輪片6曲面的曲率半徑取ID至I. 5D，葉輪片6的厚度與套筒5的厚度相同。在海洋立管I對應安裝單個葉輪模塊的上下端位置處均安裝一個旋轉模塊，然后將套筒5套裝于上下兩個旋轉模塊的外圈3外表面。葉輪模塊通過旋轉模塊即可實現自由地繞海洋立管I轉動。海洋立管在水下通常幾百至上千米不等，為了確保抑制效果，可在海洋立管I上每隔2D至4D安裝一個基本單元，也可根據實際情況進行適當的間距調整，使抑制效果達到 最佳。實施例
根據實際海洋立管I的長細比和當地海洋波浪、海流的常年統計信息，設計合理的基本單元間距，計算出需要的基本單元個數n，即旋轉模塊個數為2n，葉輪模塊個數為η。在安裝單個基本單元時，首先，在海洋立管I的合適位置安裝一個旋轉模塊，即將旋轉模塊的內圈2從兩側套裝在海洋立管I的外表面，通過螺栓8連接固定；固定好內圈2后，將圓柱形滾子9放置于內圈2外表面的圓柱滾子槽7內；然后把旋轉模塊的外圈3從兩側套裝在內圈2外面，并使得圓柱滾子9置于圓柱滾子環槽10內，再使用螺栓8連接固定。然后，在海洋立管I上間距一個套管5高度的位置安裝另一個旋轉模塊，安裝步驟與前一個旋轉模塊的安裝步驟相同。待兩個旋轉模塊都安裝完畢后，將葉輪模塊直接套裝在兩旋轉模塊的外圈3外表面。至此，安裝完成了一個基本單元。隨后，按照同樣的安裝順序串列安裝剩余的基本單元。裝置安裝完畢后，將海洋立管I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和流速大小，由圓柱滾子9和圓柱滾子環槽10的配合，實現葉輪模塊不同程度的旋轉，從而破壞海洋立管I后方的漩渦形成，最大程度地抑制渦激振動。
權利要求
1.一種抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉葉輪裝置，由多個基本單元沿海洋立管軸線方向串列組合而成，其特征在于，所述的基本單元又由旋轉模塊和葉輪模塊組成；旋轉模塊包括內圈(2 )、圓柱滾子(9)、外圈(3);內圈(2)是由對稱的兩半環鋼質構件組成，其外表面加工圓柱滾子槽(7)，內圈(2)從兩側套在海洋立管(I)上，兩半環之間使用螺栓(8)連接；圓柱滾子槽(7)為半圓柱狀的凹槽，圓柱滾子(9)放置于內圈(2)的圓柱滾子槽(7)內；外圈(3)也是由對稱的兩半環鋼質構件組成，在其內表面上加工圓柱滾子環槽(10);夕卜圈(3 )套在內圈(2 )外面，使圓柱滾子(9 )置于圓柱滾子環槽(10 )內，兩半環之間使用螺栓(8)連接，并通過軸向止動片(4)限制外圈(3)的軸向滑移；葉輪模塊包括套筒(5)和葉輪片(6)，套筒(5)和葉輪片(6)為整體加塑成型，套筒(5)與海洋立管(I)同軸；套筒(5)外有3片葉輪片(6)，成120°均勻分布在套筒(5)上，葉輪片(6)為弧形曲面；葉輪模塊直接套裝在旋轉模塊的外圈(3)上，每個葉輪模塊的上下兩端各配裝一個旋轉模塊。
2.如權利要求I所述一種抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉的葉輪裝置，其特征在于，所述的旋轉模塊的內圈(2)內徑等于海洋立管(I)外徑D，厚度取O. 06D至O. 09D,內圈(2)高度為O. 12D至O. 16D ;旋轉模塊外圈厚度取O. 06D至O. 09D。
3.如權利要求I所述一種抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉的葉輪裝置，其特征在于，所述的葉輪模塊的套筒(5)和葉輪片(6)為一個整體，由塑料模具一次加工成型；套筒厚度為O. 02D至O. 04D,高度取2D至4D ;葉輪模塊的葉輪片(6)曲面的曲率半徑取ID至I.5D，葉輪片(6)的弧長取O. 2D至O. 35D。
全文摘要
本發明涉及一種抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉葉輪裝置，由多個基本單元沿海洋立管軸線方向串列組合而成，基本單元包括兩個旋轉模塊和一個葉輪模塊。旋轉模塊由內圈、圓柱滾子和外圈組成，葉輪模塊是由套筒和葉輪片構成的整體，由塑料模具加工而成。葉輪模塊的上下端分別配裝一個旋轉模塊，葉輪模塊套裝在旋轉模塊的外圈上，旋轉模塊的內圈和海洋立管之間采用螺栓緊固連接。葉輪模塊通過旋轉模塊實現繞海洋立管的自由轉動。本發明結構簡單，性能可靠，現場安裝方便，能夠自由旋轉，可對任意方向來流引發的渦激振動實現有效抑制，降低其對海洋立管疲勞壽命的影響。
文檔編號F15D1/12GK102943634SQ201210460520
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者朱紅鈞, 林元華, 戚興, 馮光, 曾德智, 武元鵬, 張文麗, 周瑩, 謝娟 申請人:西南石油大學