一种抑制水下管线涡激振动的装置.pdf

一种抑制水下管线涡激振动的装置，属于水下管线冲刷防护技术领域。该实用新型装置是在管线外紧密包裹一层覆盖层，覆盖层上沿圆周均匀分布十二条沟槽，覆盖层厚度远小于管径，沟槽深度约为覆盖层一半。与其它防护技术相比，本实用新型拥有成本低廉、安装方便、体积小、对海洋环境破坏小的优点。其工作原理是沟槽对水流在管线外形成的边界层有一定的扰动，使得转捩点后移，从而减小了管线前后压差，进而减弱管线的振动程度，起到防护作用。另一方面，覆盖层与管线紧密接触，大大减小了水流与管线的接触面积，减缓了水流对管线的腐蚀，起到二层防护效果。

1.一种抑制水下管线涡激振动的装置，其特征是覆盖层与管线无间隙包裹，十二条沟槽均匀分布于覆盖层上，相邻沟槽间距角度30度，在管线后方有漩涡脱落时起到抑制防护作用。2.根据权利要求1所述的一种抑制水下管线涡激振动的装置，其特征是：覆盖层厚度应远小于管线半径，覆盖层厚度与管线半径的比值介于0.1至0.15之间，沟槽深度约为覆盖层厚度的0.5倍。

一种抑制水下管线涡激振动的装置

技术领域

该装置是在圆柱形管线外增加一层沿圆周均匀分布沟槽覆盖层的装置，属于海洋工程中水下管线冲刷防护技术领域。

背景技术

随着科技的快速发展，世界能源越来越紧缺，深海油气资源开发成为解决能源危机的重要途径之一。海洋油气开发过程中需要配套的工程设施，油气采集之后的运输管线更是不可或缺。面对复杂的海洋环境，水下管线面临着安全的严峻考验。涡激振动是管线破坏的主要方式之一，其本质是波、流经过管线时会在管线后方形成漩涡，管线前后形成压差，压差变化导致管线振动。因此，海洋油气开发过程中抑制振动问题显得非常重要。为了预防涡激振动，常常在一些海流对管线影响较大的区域安置抑振装置。在现有的装置中，有些装置只注重了抑振效果而忽略了装置本身对海洋环境的影响，如申请号为201010619503.9、201010571612.8、CN201510079398.7等专利，其本质思想都是在管线外加设护罩来改变管线周围的水流，从而达到导流抑振的目的。虽然这类装置起到了一定的防护效果，但是装置本身体积较大，促进了管线底部沙床的冲刷，对海洋环境影响较大。相对来说，申请号为200820123560.6、CN200810225715.1的专利只是在主管线外加设三根附属管，对管线周围流场改变较小。总的来说，管线防护装置除了防护效果外，还要注重防护装置本身对海洋环境的影响。

发明内容

为了实现管线防护而又尽可能减小防护装置对海洋环境的影响，本实用新型提出的防护设施不仅能够在一定程度上抑制涡激振动，还实现了装置本身对海洋环境影响足够小，并且能够减少海水与管线的接触面积，减缓海水对管线的腐蚀，起到双重防护效果。众所周知，当雷诺数较小时，流体流经管线时会在管线外部形成边界层，管线受到的阻力以摩擦阻力为主，而当雷诺数大于一定值时，流体绕过管线最高(低)点后会与管线分离，分离点被称为转捩点。这时管线后方会有漩涡脱落，在管线后方形成低压区，压差阻力较大。漩涡脱落不稳定时，管线受到的压差阻力变化较大，常会发生振动。本实用新型设计方案是在管线外部无间隙包裹一层带有均匀分布沟槽的覆盖层，十二条沟槽均匀分布于覆盖层上，相邻沟槽间距夹角30度，覆盖层厚度远小于管线半径，覆盖层厚度与管线半径比值介于0.1至0.15之间，沟槽深度约为覆盖层厚度一半左右。当流体流过管线时，沟槽对管线周围的边界层有一定的扰动，致使转捩点后移，管线所受的压差阻力明显减小，从而可以对管线起到防护效果。管线表面沟槽设计原理与高尔夫球飞行较远的原理是一样的。沟槽设计除了对管线涡激振动起到预防之外，覆盖层还能减小海水与管线的接触面积，从而减缓海水对管线的腐蚀。本实用新型设计简单，安装方便，成本低廉，能够在绝大多数海洋环境下实施。

附图说明

图1是本实用新型装置的立体结构示意图

图2是本实用新型装置侧视图

图中：1.水下管线；2.管线外包裹的覆盖层；3.覆盖层上的沟槽

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型包括管线(1)、覆盖层(2)以及覆盖层上的沟槽(3)。覆盖层(2)紧密接触管线(1)，十二条沟槽(3)均匀分布在覆盖层上，相邻沟槽间距角度30度。当水流垂直流经管线(1)时，沟槽(3)对水流在管线(1)外形成的边界层起到扰动作用，使得水流在管线(1)后侧的转捩点后移，降低管线后方漩涡强度，从而减小管线前后压差，实现防护作用。覆盖层(2)与管线(1)紧密接触，大大减小了管线(1)与水流的接触面积，减缓了水流对管线的腐蚀效果，实现第二层防护。