海洋管道流致振动控制与能量俘获关键技术及应用

发布日期：2023年12月07日作者：秦光源编辑：秦光源审核：杨兆中点击：[]

所获奖励：2023年度中国石油和化学工业联合会科技进步二等奖

主要完成人：朱红钧、徐万海、王军雷、高岳、闫术明、梁凯

主要完成单位：西南石油大学、天津大学、郑州大学、中国石油天然气管道工程股份有限公司

项目来源：国家自然科学基金面上项目：1）“严重段塞内流与非线性剪切外流夹击下的柔性立管多场多相耦合振动机理研究”（编号：51979238）；2）“基于VIVACE海流能发电技术的海洋立管涡激振动自利用-自控制理论与实验研究”（编号：51679167）；3）“海底多跨悬空输流管道流-固-土多场耦合机理及涡激振动特性研究”（编号：51479135）；4）“类高尔夫球表面结构增强风致振动压电能量俘获性能机理与方法”（编号：51977196）。国家自然科学基金青年科学基金：1）“段塞内流与剪切外流共同作用下柔性立管振动响应实验研究”（编号：11502220）；2）“脉动内流-立管-外流漩涡脱落流-固耦合系统的非线性动力学特性研究”（编号：51209161）；3）“涡激振动压电俘能的紧耦合机理研究”（编号：51606171）。

海洋管道是海上油气输送的纽带，其内部承载着高压油气多相流，外部承受海洋波流的冲击，服役环境异常恶劣。随着深水油气资源开发力度的加大，大长径比海洋管道的柔性凸显，在内外流耦合作用下的振动响应表现出高阶、多模态参与的特征。此外，受海底地形起伏和局部海床冲刷的影响，海底管道悬跨段普遍存在，且跨度较长，裸露的悬跨管在海流冲击下也存在不同程度的水动力响应。当海洋管道振动频率与管道自身固有频率接近时，振动进入锁定区，振幅明显增大，加速了海洋管道的疲劳损伤，降低了管道的使用寿命。一旦海洋管道因振动发生疲劳失效，不仅会造成巨大的经济损失，且对局部海洋环境产生不可逆转的破坏。西南石油大学等单位历经10多年联合攻关，突破多项关键技术，主要成果如下：

（1）构建了海洋管道多场多相耦合振动预测模型，提出了非介入同步采集海洋管道振动与管内多相流动的测试方法；

（2）提出了海洋管道涡激振动的“主动”与被动协同控制方法，发明了无能耗的“主动”与被动协同控制装置，延长了海洋管道的服役寿命；

（3）形成了流致旋转与流致振动能量同步俘获技术，发明了流致旋转与流致振动能量俘获一体化装置，提升了海流能量转化效率。

成果出版了4部学术专著，获授权发明专利51件（包括国际发明专利2件），发表学术论文161篇，其中SCI收录论文128篇、中文EI和CSCD收录论文33篇。研究成果攻克了复杂的技术难题，关键技术自主可控，创新性强，为海洋油气管道的安全输运提供了理论依据与技术支撑，已在国内外多个海洋管道项目推广应用，产生了显著的经济效益和社会效益。

海洋管道流致振动控制与能量俘获装置

上一条：致密油藏立体造缝全域支撑精准压裂技术与应用下一条：高烈度山区边坡地震风险防控及智能预警成套技术

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