在海洋油气开发系统中,深海立管用于连接海上平台和海底井口,是海洋油气开发系统所有类型平台结构传输油气必需的管道,内部一般有高压的油或气流过,外部则需承受波浪、海流、冰及地震等各种海洋环境荷载的作用。立管在这些复杂的环境载荷作用下在顺流向发生强迫激励振动;同时由于海流的作用,可在立管两侧交替地形成漩涡,漩涡脱落产生一个周期性的可变力,使得立管在与顺流向垂直的升力方向发生“涡激振动”。涡激振动是引发其疲劳破坏的主要因素,立管一旦发生破坏,将造成巨大的经济损失和环境灾难,对原本脆弱的海洋生态体系造成不可恢复的破坏。由于波浪、来流方向的限制以及海洋浮游生物的附着,使已有的抑振装置使用带有局限性,对立管服役寿命要求造成影响,且随着海洋油气的开采向深水、超深水发展,主动抑振显示出其优越的特性,开展立管涡激振动主动抑振的研究,对降低立管在服役期间的破坏风险有重要的现实意义,同时对完善立管涡激振动主动抑振机理,具有重要的理论意义和工程应用价值。本文设计射水型与喷气型两种新型主动抑振装置,通过变化多级外流流速,以及改变主动抑振装置激发间距等参数,在波流联合水槽中进行立管涡激振动主动抑振前后对比试验。立管模型采用长2.0m,直径18.0mm,壁厚1.0mm的有机玻璃管,沿立管模型轴向布置6个测点,每个测点呈90°布置4个光纤光栅传感器,测量顺流向和横向两个方向的振动响应。对于射水型主动抑振试验,射水型主动抑振装置置于立管后方,射水孔与立管轴向平行且正对来流方向,设计了 2.5D,5.0D,7.5D,10.0D,12.5D,15.0D,共6种激发间距;对于喷气型主动抑振试验,喷气型主动抑振装置置于立管前方,喷气孔均朝向上方,设计了 10.0D,15.0D,30.0D,共3种激发间距。基于模态分解法和小波变换等方法,分析了抑振前后立管无量纲位移,主导频率,主导模态,斯特劳哈尔数,位移演化轨迹等参数,探究均匀流下主动抑振前后立管的动力响应规律,并对射水型与喷气型主动抑振装置在不同激发间距下的抑制效果、抑制性能的影响因素和抑制机理进行研究,为深海立管主动抑振装置的设计制造提供理论基础和数据参考依据。研究结果表明:射水型与喷气型主动抑振装置在不同的激发间距下对立管涡激振动均产生了明显的抑制效果,在不同激发间距范围内对立管位移振幅和振动频率均有不同程度的影响,激发间距与约化速度之间的耦合关系是两种主动抑振装置达到最优抑振效果的关键因素。对于射水型主动抑振装置,相较于抑振前立管,抑振后立管位移幅值明显降低,射水型主动抑振装置最佳抑振效率可达92%,同时发现并不是激发间距越小主动抑振装置抑振效果越好,而是存在敏感间距。随着约化速度增大,射水型主动抑振装置激发间距由7.5D到10.0D转变时,抑振效率两极化,并出现明显的“过渡区域”。由于射水型主动抑振装置有效地破坏立管横向与顺流向的强非线性耦合关系,使得立管位移轨迹由“8”字型转变为“O”型。对于喷气型主动抑振装置,水平上升的气幕流在进入强扰流区后,其形成的两方向环流在低约化速度时对立管主导频率影响显著,涡激振动能量发生数量级衰减。当气幕作用位置在弱扰流区时,立管恢复规律性涡激振动,气泡向剪切层和边界层注入动量,拉长了涡流的形成长度,主导频率出现小幅度降低。当气幕位于强扰流区时,其形成的反向环流阻碍了边界层的形成和发展。同时,上升的气幕中断立管尾流,有效降低了立管的振幅,使振幅持续稳定在同一幅值。此外,气幕位于强扰流区时的稳定幅值受约化速度影响微弱,高约化速度下喷气型主动抑振装置具有更多优势。喷气型主动抑振装置在不同的激发间距下产生的气幕以不同速度和倾斜角度进入强扰流区,区间内出现的抑振效率峰值也略有不同。