專利名稱:一種抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉(zhuǎn)葉輪裝置的制作方法
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,具體涉及一種抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉(zhuǎn)葉輪裝置。
背景技術(shù):
國民經(jīng)濟的高速發(fā)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(fā)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(chǎn)系統(tǒng)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(huán)境條件惡劣,受力復(fù)雜。尤其當(dāng)波浪、海流流經(jīng)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(fā)了立管的渦激振動。當(dāng)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(fā)生疲勞失效,不僅引起海上重大安全事故,造成巨大的經(jīng)濟損失,還將 對海洋環(huán)境造成災(zāi)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(xiàn)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(dá)到擾流的目的,進(jìn)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?,F(xiàn)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(shù)渦激振動抑制裝置采用的是直接固定的方式,不能應(yīng)對波浪、海流方向的隨機變化。如果這些裝置能夠旋轉(zhuǎn),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(zhuǎn)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(xiàn)繞立管的轉(zhuǎn)動,但仍受到來流角度的限制,不能夠完全應(yīng)對任意角度來流。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決問題是針對現(xiàn)有海洋立管渦激振動抑制裝置存在的不足,提供一種結(jié)構(gòu)簡單,性能可靠,現(xiàn)場安裝方便,并能夠應(yīng)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(zhuǎn)葉輪裝置。為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)模塊和葉輪模塊組成。旋轉(zhuǎn)模塊包括內(nèi)圈、圓柱滾子、外圈。內(nèi)圈是由對稱的兩半環(huán)鋼質(zhì)構(gòu)件組成,其外表面加工圓柱滾子槽,內(nèi)圈從兩側(cè)套在海洋立管上,兩半環(huán)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(nèi)圈的圓柱滾子槽內(nèi)。外圈也是由對稱的兩半環(huán)鋼質(zhì)構(gòu)件組成,在其內(nèi)表面上加工圓柱滾子環(huán)槽。外圈套在內(nèi)圈外面,使圓柱滾子置于圓柱滾子環(huán)槽內(nèi),兩半環(huán)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(zhuǎn)模塊的外圈上,每個葉輪模塊的上下兩端各配裝一個旋轉(zhuǎn)模塊。本發(fā)明還包括
I、旋轉(zhuǎn)模塊的內(nèi)圈內(nèi)徑等于海洋立管外徑D,厚度取O. 06D至O. 09D,內(nèi)圈高度為O. 12D至O. 16D ;旋轉(zhuǎn)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(fā)明由于采取以上技術(shù)方案,其具有以下優(yōu)點
1、本發(fā)明可實現(xiàn)自由旋轉(zhuǎn),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(fā)的渦激振動,適應(yīng)流向頻繁隨機變化的海洋現(xiàn)實環(huán)境,大大提高海洋立管?!趬勖?br>
2、本發(fā)明套筒和葉輪片為一個整體,套裝于旋轉(zhuǎn)模塊的外圈外表面,安裝簡單;套筒和葉輪片的材質(zhì)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(fù)使用;
3、本發(fā)明可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況,自由調(diào)整各基本單元之間的距離,以達(dá)到最佳抑制效果。
圖I為本發(fā)明裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為本發(fā)明裝置旋轉(zhuǎn)模塊的內(nèi)圈及單個圓柱滾子立體結(jié)構(gòu)示意圖 圖3為本發(fā)明裝置旋轉(zhuǎn)模塊的外圈立體結(jié)構(gòu)示意圖 圖4為本發(fā)明裝置旋轉(zhuǎn)模塊立體結(jié)構(gòu)示意圖 圖5為本發(fā)明裝置葉輪模塊立體結(jié)構(gòu)示意圖
其中1.海洋立管;2.內(nèi)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(huán)槽。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施作進(jìn)一步描述。本發(fā)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(fā)明的一個基本單元包括兩個旋轉(zhuǎn)模塊和一個葉輪模塊。其中旋轉(zhuǎn)模塊包括內(nèi)圈2、圓柱滾子9、外圈3。內(nèi)圈2是由對稱的兩半環(huán)鋼質(zhì)構(gòu)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(nèi)。內(nèi)圈2從兩側(cè)套在海洋立管I上,兩半環(huán)之間使用螺栓8連接固定。外圈3也是由對稱的兩半環(huán)鋼質(zhì)構(gòu)件組成,外圈3每個半環(huán)的上下兩個端面伸出兩個軸向止動片4,以限制旋轉(zhuǎn)模塊安裝好后外圈3的軸向滑移,且軸向止動片4與內(nèi)圈2的兩個軸向端面間留有一定縫隙,以減少旋轉(zhuǎn)時的摩擦。外圈3內(nèi)表面加工圓柱滾子環(huán)槽10,外圈3套在內(nèi)圈2外面,使圓柱滾子9置于圓柱滾子環(huán)槽10內(nèi),兩半環(huán)之間使用螺栓8連接,連接好后旋轉(zhuǎn)模塊可繞海洋立管I的軸線自由轉(zhuǎn)動。
旋轉(zhuǎn)模塊的內(nèi)圈2和外圈3均采用分開的兩半環(huán)設(shè)計結(jié)構(gòu),便于現(xiàn)場安裝和拆卸。旋轉(zhuǎn)模塊的內(nèi)圈2內(nèi)徑等于海洋立管I外徑D,厚度取O. 06D至O. 09D,內(nèi)圈2高度為O. 12D至O. 16D ;旋轉(zhuǎn)模塊的外圈3厚度取O. 06D至O. 09D。旋轉(zhuǎn)模塊采用圓柱滾子9的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)點在于,精度高、磨損小、壽命長,能在較長的時間內(nèi)保持軸向的安裝精度,保證葉輪模塊實現(xiàn)自由轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu),其內(nèi)徑等于旋轉(zhuǎn)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(yīng)安裝單個葉輪模塊的上下端位置處均安裝一個旋轉(zhuǎn)模塊,然后將套筒5套裝于上下兩個旋轉(zhuǎn)模塊的外圈3外表面。葉輪模塊通過旋轉(zhuǎn)模塊即可實現(xiàn)自由地繞海洋立管I轉(zhuǎn)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(jù)實際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)拈g距調(diào)整,使抑制效果達(dá)到 最佳。實施例
根據(jù)實際海洋立管I的長細(xì)比和當(dāng)?shù)睾Q蟛ɡ恕⒑A鞯某D杲y(tǒng)計信息,設(shè)計合理的基本單元間距,計算出需要的基本單元個數(shù)n,即旋轉(zhuǎn)模塊個數(shù)為2n,葉輪模塊個數(shù)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(zhuǎn)模塊,即將旋轉(zhuǎn)模塊的內(nèi)圈2從兩側(cè)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(nèi)圈2后,將圓柱形滾子9放置于內(nèi)圈2外表面的圓柱滾子槽7內(nèi);然后把旋轉(zhuǎn)模塊的外圈3從兩側(cè)套裝在內(nèi)圈2外面,并使得圓柱滾子9置于圓柱滾子環(huán)槽10內(nèi),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(zhuǎn)模塊,安裝步驟與前一個旋轉(zhuǎn)模塊的安裝步驟相同。待兩個旋轉(zhuǎn)模塊都安裝完畢后,將葉輪模塊直接套裝在兩旋轉(zhuǎn)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(jù)對應(yīng)的來流方向和流速大小,由圓柱滾子9和圓柱滾子環(huán)槽10的配合,實現(xiàn)葉輪模塊不同程度的旋轉(zhuǎn),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(quán)利要求
1.一種抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)模塊和葉輪模塊組成;旋轉(zhuǎn)模塊包括內(nèi)圈(2 )、圓柱滾子(9)、外圈(3);內(nèi)圈(2)是由對稱的兩半環(huán)鋼質(zhì)構(gòu)件組成,其外表面加工圓柱滾子槽(7),內(nèi)圈(2)從兩側(cè)套在海洋立管(I)上,兩半環(huán)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(nèi)圈(2)的圓柱滾子槽(7)內(nèi);外圈(3)也是由對稱的兩半環(huán)鋼質(zhì)構(gòu)件組成,在其內(nèi)表面上加工圓柱滾子環(huán)槽(10);夕卜圈(3 )套在內(nèi)圈(2 )外面,使圓柱滾子(9 )置于圓柱滾子環(huán)槽(10 )內(nèi),兩半環(huán)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(zhuǎn)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(zhuǎn)模塊。
2.如權(quán)利要求I所述一種抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉(zhuǎn)的葉輪裝置,其特征在于,所述的旋轉(zhuǎn)模塊的內(nèi)圈(2)內(nèi)徑等于海洋立管(I)外徑D,厚度取O. 06D至O. 09D,內(nèi)圈(2)高度為O. 12D至O. 16D ;旋轉(zhuǎn)模塊外圈厚度取O. 06D至O. 09D。
3.如權(quán)利要求I所述一種抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉(zhuǎn)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(fā)明涉及一種抑制海洋立管渦激振動的可自由旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)模塊和一個葉輪模塊。旋轉(zhuǎn)模塊由內(nèi)圈、圓柱滾子和外圈組成,葉輪模塊是由套筒和葉輪片構(gòu)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(zhuǎn)模塊,葉輪模塊套裝在旋轉(zhuǎn)模塊的外圈上,旋轉(zhuǎn)模塊的內(nèi)圈和海洋立管之間采用螺栓緊固連接。葉輪模塊通過旋轉(zhuǎn)模塊實現(xiàn)繞海洋立管的自由轉(zhuǎn)動。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單,性能可靠,現(xiàn)場安裝方便,能夠自由旋轉(zhuǎn),可對任意方向來流引發(fā)的渦激振動實現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)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(xué)