一种分隔板旋摆与螺杆旋转协作的隔水管抑振装置及方法与流程

1.本发明属于海洋隔水管设施铺设技术领域，具体涉及一种分隔板旋摆与螺杆旋转协作的隔水管抑振装置及方法。


背景技术：

2.海洋蕴藏着丰富的油气资源，随着陆上油气资源需求的增多和已探明储量的不断开发，向海洋要资源已然成为当下的主流趋势。在海洋油气资源开发中，涉及到很多管线，其中隔水管是连接海洋平台和水下井口的重要设备，当海流经过隔水管时存在周期性的旋涡脱落，当旋涡脱落频率与隔水管固有频率相当时就会引发共振，易引起隔水管的疲劳失效，对安全生产及生态环境都带来严重后果。
3.涡激振动抑制方法主要有主动和被动两种类型，主动抑制需要消耗外部能量来达到实时的抑制效果，在实际使用中存在一定的困难。被动抑制主要通过改变结构表面形状来避开频率锁定或破坏旋涡的形成与发展而达到抑制效果。由于真实海洋环境的海流方向不恒定，被动抑制装置对方向的敏感性较强，且多采用金属材质，造价高、易腐蚀，亟需一种无能耗、可自适应调整方向、造价低的隔水管涡激振动抑制装置。


技术实现要素：

4.本发明针对海洋隔水管涡激振动抑制装置目前的缺点，提供一种造价低、安装便利、无能耗且适应来流方向变化的分隔板旋摆与螺杆旋转协作的隔水管抑振装置及方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种分隔板旋摆与螺杆旋转协作的隔水管抑振装置，由两个滚针轴承、两块开槽引流导板、四个螺旋桨、三个附属螺杆和一块矩形分隔板组成。滚针轴承为内嵌圆柱体滚子的内外圈结构，滚针轴承的内径等于隔水管的外径，上、下两个滚针轴承按间隔一个附属螺柱的高度套装在隔水管的外壁面；开槽引流导板为外形呈梭型的平板，开槽引流导板中心开有直径与滚针轴承外径相同的圆孔，通过圆孔将上、下两块开槽引流导板分别套装在上、下两个滚针轴承的外壁，套装后的开槽引流导板长轴线与隔水管轴线垂直且上、下开槽引流导板平行，开槽引流导板的垂向侧壁开有三条凹槽，上部开槽引流导板的底面与下部开槽引流导板的顶面相向的部位开有一沿开槽引流导板的长轴方向的卡槽，卡槽一端连通开槽引流导板的中心圆孔，在开槽引流导板的圆孔周向除卡槽外按间隔90
°
均布三个小圆孔用于连接附属螺杆，开槽引流导板两端设有连接轴用于安装螺旋桨；矩形分隔板垂直安装在上部开槽引流导板底面与下部开槽引流导板顶面的平行卡槽之间，位于开槽引流导板的长轴线上；附属螺杆为圆柱体结构，沿附属螺杆外壁周向均匀分布有8块长方形列板，附属螺杆两端插入上、下两个开槽引流导板相对的小圆孔实现固定，共3根附属螺杆；螺旋桨共4个，每个螺旋桨周向均匀分布有8块s形叶片，螺旋桨的中心开有与开槽引流导板连接轴相连的孔洞，用于将螺旋桨固定在开槽引流导板的连接轴上，每块开槽引流导板的长轴两端均安有一个螺旋桨，且螺旋桨的旋转平面与开槽引流导板所在平面垂直。
7.利用所述的分隔板旋摆与螺杆旋转协作的隔水管抑振装置提供一种分隔板旋摆与螺杆旋转协作的隔水管抑振方法。当海流方向与矩形分隔板之间存在一定攻角时，矩形分隔板受到海流的冲击力后，会带动上、下开槽引流导板在滚针轴承的配合下发生旋转，直至矩形分隔板旋转到背流侧且与海流方向平行，同时矩形分隔板起到了分隔流体的作用，减弱了两侧的尾流干涉；梭型开槽引流导板两侧壁开有凹槽，对绕流边界层有一定的引导作用，减缓了旋涡的形成；此外，在海流冲击下，开槽引流导板两端的螺旋桨会自适应旋转，其中，前端螺旋桨尖端迎流，减少了流体的冲击力，同时螺旋桨的旋转扰乱了来流，而后端的螺旋桨干扰了尾流旋涡的迁移与发展。附属螺杆不需额外提供能量，在海流的冲击下也可以自转，使隔水管的绕流边界获得动量，延后边界层的分离点。绕流经螺旋桨的旋转破坏、开槽引流导板的引流、附属螺杆的动量注入、分隔板的分隔改变了边界层的分离点，抑制了大旋涡的形成与发展，实现了隔水管涡激振动的抑制。
8.本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：
9.1.本发明分隔板的旋转摆动能够带动开槽引流导板绕隔水管旋转，从而适应各个方向的来流。
10.2.本发明在附属螺杆的自转、分隔板的分隔、开槽引流导板的引流、附属螺杆的动量注入等协同作用下延迟了边界层分离、破坏了旋涡结构，减小了装置受到的冲击力，有效抑制了隔水管的涡激振动。
11.3.本发明的开槽引流导板、分隔板、螺旋桨均由塑料制成，成本低、耐腐蚀、可重复使用，也可为隔水管提供一定的浮力。
12.4.本发明作为一个基本单元，可根据现场实际情况，增加多个串列单元，还可调节各单元的垂向间距，以达到最佳的抑制效果。
附图说明
13.图1为本发明整体结构示意图；
14.图2为本发明滚针轴承示意图；
15.图3为本发明开槽引流导板示意图；
16.图4为本发明附属螺杆示意图；
17.图5为本发明装置的拆分示意图；
18.其中：1、隔水管；2、螺旋桨；3、滚针轴承；4、开槽引流导板；5、附属螺杆；6、矩形分隔板。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
20.本发明由多个基本单元沿隔水管轴向方向串列组合而成。
21.一种分隔板旋摆与螺杆旋转协作的隔水管抑振装置，由两个滚针轴承3、两块开槽引流导板4、四个螺旋桨2、三个附属螺杆5和一块矩形分隔板6组成。滚针轴承3为内嵌圆柱体滚子的内外圈结构，滚针轴承3的内径等于隔水管1的外径，上、下两个滚针轴承3按间隔一个附属螺柱5的高度套装在隔水管1的外壁面；开槽引流导板4为外形呈梭型的平板，开槽引流导板4中心开有直径与滚针轴承3外径相同的圆孔，通过圆孔将上、下两块开槽引流导
板4分别套装在上、下两个滚针轴承3的外壁，套装后的开槽引流导板4长轴线与隔水管1轴线垂直且上、下开槽引流导板4平行，开槽引流导板4的垂向侧壁开有三条凹槽，上部开槽引流导板4的底面与下部开槽引流导板4的顶面相向的部位开有一沿开槽引流导板4的长轴方向的卡槽，卡槽一端连通开槽引流导板4的中心圆孔，在开槽引流导板4的圆孔周向除卡槽外按间隔90
°
均布三个小圆孔用于连接附属螺杆5，开槽引流导板4两端设有连接轴用于安装螺旋桨2；矩形分隔板6垂直安装在上部开槽引流导板4底面与下部开槽引流导板4顶面的平行卡槽之间，位于开槽引流导板4的长轴线上；附属螺杆5为圆柱体结构，沿附属螺杆5外壁周向均匀分布有8块长方形列板，附属螺杆5两端插入上、下两个开槽引流导板4相对的小圆孔实现固定，共3根附属螺杆5；螺旋桨2共4个，每个螺旋桨2周向均匀分布有8块s形叶片，螺旋桨2的中心开有与开槽引流导板4连接轴相连的孔洞，用于将螺旋桨2固定在开槽引流导板4的连接轴上，每块开槽引流导板4的长轴两端均安有一个螺旋桨2，且螺旋桨2的旋转平面与开槽引流导板4所在平面垂直。
22.利用所述的分隔板旋摆与螺杆旋转协作的隔水管抑振装置提供一种分隔板旋摆与螺杆旋转协作的隔水管抑振方法。当海流方向与矩形分隔板6之间存在一定攻角时，矩形分隔板6受到海流的冲击力后，会带动上、下开槽引流导板4在滚针轴承3的配合下发生旋转，直至矩形分隔板6旋转到背流侧且与海流方向平行，同时矩形分隔板6起到了分隔流体的作用，减弱了两侧的尾流干涉；梭型开槽引流导板4两侧壁开有凹槽，对绕流边界层有一定的引导作用，减缓了旋涡的形成；此外，在海流冲击下，开槽引流导板4两端的螺旋桨2会自适应旋转，其中，前端螺旋桨2尖端迎流，减少了流体的冲击力，同时螺旋桨2的旋转扰乱了来流，而后端的螺旋桨2干扰了尾流旋涡的迁移与发展。附属螺杆5不需额外提供能量，在海流的冲击下也可以自转，使隔水管1的绕流边界获得动量，延后边界层的分离点。绕流经螺旋桨2的旋转破坏、开槽引流导板4的引流、附属螺杆5的动量注入、分隔板6的分隔改变了边界层的分离点，抑制了大旋涡的形成与发展，实现了隔水管1涡激振动的抑制。
23.实施例：
24.单元个数：根据实际隔水管1的长细比和当地海洋波浪、海流的常年统计信息，设计合理的基本单元间距，计算出需要的基本单元个数n，即开槽引流导板4的个数为2n，附属螺杆5的个数为3n，螺旋桨2的个数为4n，滚针轴承3个数为2n，矩形分隔板6个数为n。
25.在安装单个基本单元时，首先，将滚针轴承3从下往上套装在隔水管1的合适位置；然后，通过圆孔将下方开槽引流导板4从下至上套装在滚针轴承3外壁面上，再分别将3根附属螺杆5和矩形分隔板6垂直安装在下方开槽引流导板4顶面的三个小圆孔和卡槽中，接下来间隔一个附属螺杆5高度从上往下套装滚针轴承3，再通过圆孔将上开槽引流导板4从上往下套装在滚针轴承3外壁面上，同时使得上方开槽引流导板4底面的三个小圆孔和卡槽与3根附属螺杆5和矩形分隔板6连接固定；最后，通过螺旋桨2背面孔洞将4个螺旋桨2固定到开槽引流导板4两端连接轴上；至此，安装完成了一个基本单元。随后，按照同样的安装顺序串列安装剩余的基本单元。
26.装置安装完毕后，将隔水管1置于海水中。在不同深度的海水中，每个基本单元可根据对应的来流方向和流速大小发生自适应响应。当海流方向与矩形分隔板6之间存在一定攻角时，矩形分隔板6受到海流的冲击力后，会带动上、下开槽引流导板4在滚针轴承3的配合下发生旋转，直至矩形分隔板6旋转到背流侧且与海流方向平行，同时矩形分隔板6起
到了分隔流体的作用，减弱了两侧的尾流干涉；梭型开槽引流导板4两侧壁开有凹槽，对绕流边界层有一定的引导作用，减缓了旋涡的形成；此外，在海流冲击下，开槽引流导板4两端的螺旋桨2会自适应旋转，其中，前端螺旋桨2尖端迎流，减少了流体的冲击力，同时螺旋桨2的旋转扰乱了来流，而后端的螺旋桨2干扰了尾流旋涡的迁移与发展。附属螺杆5不需额外提供能量，在海流的冲击下也可以自转，使隔水管1的绕流边界获得动量，延后边界层的分离点。绕流经螺旋桨2的旋转破坏、开槽引流导板4的引流、附属螺杆5的动量注入、分隔板6的分隔改变了边界层的分离点，抑制了大旋涡的形成与发展，实现了隔水管1涡激振动的抑制。