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一種安設壓電片的旋槳式同步發(fā)電與抑振裝置及方法與流程

文檔序號:12703343閱讀:236來源:國知局
一種安設壓電片的旋槳式同步發(fā)電與抑振裝置及方法與流程

本發(fā)明屬于海洋新能源利用及立管設施鋪設技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種安設壓電片的旋槳式同步發(fā)電與抑振裝置及方法。



背景技術(shù):

在經(jīng)濟社會高速發(fā)展的今天,能源需求量節(jié)節(jié)攀升,而已探明的石油、天然氣等不可再生能源儲量逐年下降,使能供需矛盾異常突出。因此,向海洋要能源,開發(fā)海洋油氣資源及利用海洋能便成為了各國解決能源危機的重要突破口。海洋儲藏著巨大的油氣資源,也蘊藏著巨大的能量,更為關(guān)鍵的是海洋能源不僅清潔環(huán)保,而且是一種取之不竭的可再生能源,包括海洋風能、波浪能、潮流能、海流能、溫差能和鹽差能等。

在海洋油氣開發(fā)時,立管是連接海床井口或海底管道與海面浮式設施的關(guān)鍵紐帶,其在海洋環(huán)境中服役的安全性十分重要,而造成立管疲勞失效的主要原因是波浪和海流作用形成的渦激振動。一旦立管失效,不僅會產(chǎn)生嚴重的油氣泄漏事故,造成巨大的經(jīng)濟損失,還會對海洋環(huán)境構(gòu)成災難性破壞。因此,各種振動抑制方法被提出,主要有兩種方式:一是對結(jié)構(gòu)進行剛性加固,或者改變尺度提高其剛度,從而改變構(gòu)件的自振頻率,避免它與旋渦泄放頻率相近;二是改變結(jié)構(gòu)截面形狀,破壞結(jié)構(gòu)尾流旋渦的規(guī)律性泄放,如在結(jié)構(gòu)上安裝螺旋列板、整流罩等。倘若借用立管,在其上安裝某種裝置,既能有效抑制渦激振動,又能將海流的能量轉(zhuǎn)化為電能,將起到一舉兩得的功效。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明所解決的問題是針對現(xiàn)有立管振動抑制裝置與海流發(fā)電裝置的相互孤立,提供一種安設壓電片的旋槳式同步發(fā)電與抑振裝置及方法。

為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:

一種安設壓電片的旋槳式同步發(fā)電與抑振裝置由旋轉(zhuǎn)模塊和導電模塊兩部分組成。導電模塊由螺旋線圈、導電圓環(huán)線圈、圓環(huán)線圈固定片、固定片上卡箍、固定片下卡箍、連接導線、輸出導線和線圈套筒組成。螺旋線圈是外覆絕緣層的金屬線圈,沿立管軸向呈螺旋上升狀環(huán)繞在立管外壁,其端部連接輸出導線,用于將電流引出。導電圓環(huán)線圈為圓環(huán)形線圈,其內(nèi)徑大于立管外徑,在立管的上、下兩端各套有一個導電圓環(huán)線圈。導電圓環(huán)線圈與螺旋線圈之間通過連接導線連接,使電流能夠在兩者之間流通。導電圓環(huán)線圈內(nèi)側(cè)周向每間隔120°的位置向立管外壁伸出一個撐桿,撐桿末端設圓弧形圓環(huán)線圈固定片,圓環(huán)線圈固定片與立管外壁貼合。固定片上卡箍和固定片下卡箍均為圓環(huán)形結(jié)構(gòu),內(nèi)徑等于立管外徑,每個導電圓環(huán)線圈的圓環(huán)線圈固定片均通過固定片上卡箍和固定片下卡箍卡裝固定其上、下兩側(cè),使導電圓環(huán)線圈固定。固定片上卡箍和固定片下卡箍在立管外壁與螺旋線圈重疊部分開設缺口,使螺旋線圈可安全自由通過。線圈套筒由關(guān)于軸向剖面對稱的兩個半圓管通過螺栓連接,套裝在螺旋線圈與導電圓環(huán)線圈外,線圈套筒與上、下兩個導電圓環(huán)線圈相同高度的位置開有兩條環(huán)形縫隙。

旋轉(zhuǎn)模塊由葉片外套筒、旋轉(zhuǎn)軸承、內(nèi)嵌磁條葉片、壓電片、壓電片導線和旋轉(zhuǎn)卡口組成。旋轉(zhuǎn)軸承為中間設有圓柱滾子的內(nèi)外圈結(jié)構(gòu),軸承外圈外壁設有螺紋。在線圈套筒上、下兩端各套裝一個旋轉(zhuǎn)軸承,且上、下兩個旋轉(zhuǎn)軸承分別位于上環(huán)形縫隙上方和下環(huán)形縫隙下方。葉片外套筒套裝在上、下兩個旋轉(zhuǎn)軸承外,且葉片外套筒內(nèi)壁上、下端均設有螺紋,與上、下兩個旋轉(zhuǎn)軸承外圈螺紋嚙合。沿葉片外套筒外壁周向均勻布設有5片內(nèi)嵌磁條葉片,且每片內(nèi)嵌磁條葉片均與葉片外套筒外壁相切。在每片內(nèi)嵌磁條葉片尾端均連接有一塊柔性壓電片,每片內(nèi)嵌磁條葉片內(nèi)部鑲嵌一塊磁鐵,磁鐵上、下兩端各有一根從內(nèi)嵌磁條葉片尾端壓電片引出的壓電片導線。上、下兩根壓電片導線穿過葉片外套筒后,通過旋轉(zhuǎn)卡口與上、下兩個導電圓環(huán)線圈相連。旋轉(zhuǎn)卡口為角度大于180°的弧口形圓弧卡口,其內(nèi)徑等于導電圓環(huán)線圈外徑,可以繞導電圓環(huán)線圈旋轉(zhuǎn)且不脫落。

利用所述的安設壓電片的旋槳式同步發(fā)電與抑振裝置可以提供一種安設壓電片的旋槳式同步發(fā)電與抑振方法。海流沖擊內(nèi)嵌磁條葉片后,推動其繞立管旋轉(zhuǎn),使立管外壁的螺旋線圈切割內(nèi)嵌磁條葉片中的磁鐵構(gòu)成的磁感應線,從而產(chǎn)生源源不斷的電流。同時,內(nèi)嵌磁條葉片旋轉(zhuǎn)后,帶動尾端柔性壓電片旋轉(zhuǎn),引起壓電片的變形,產(chǎn)生電流,電流經(jīng)壓電片導線輸出至旋轉(zhuǎn)卡口,傳輸給導電圓環(huán)線圈,再經(jīng)連接導線傳至螺旋線圈。由切割磁感應線和壓電片變形產(chǎn)生的電流匯聚后,從輸出導線輸出。另外,內(nèi)嵌磁條葉片和壓電片旋轉(zhuǎn)的過程中,破壞了立管周圍的繞流流場,干擾了邊界層分離和旋渦的產(chǎn)生,同步實現(xiàn)了渦激振動的抑制。

本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案,其具有以下優(yōu)點:

1、本發(fā)明裝置適應流向隨機變化的海洋環(huán)境,在抑制立管渦激振動的同時,有效轉(zhuǎn)換海流能量,一舉兩得。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明裝置的俯視圖

圖3為本發(fā)明裝置主體結(jié)構(gòu)拆分示意圖

圖4為本發(fā)明裝置內(nèi)部電路示意圖

圖5為本發(fā)明裝置導電圓環(huán)線圈與旋轉(zhuǎn)卡口的銜接示意圖

圖6為本發(fā)明裝置導電圓環(huán)線圈在立管上的安裝固定示意圖

圖7為本發(fā)明裝置導電圓環(huán)線圈固定安裝的空間示意圖

圖8為本發(fā)明裝置軸承結(jié)構(gòu)示意圖

其中:1.立管;2.線圈套筒;3.內(nèi)嵌磁條葉片;4.壓電片;5.軸承外圈;6.葉片外套筒;7.螺旋線圈;8.磁鐵;9.壓電片導線;10.導電圓環(huán)線圈;11.連接導線;12.輸出導線;13.旋轉(zhuǎn)卡口;14.圓環(huán)線圈固定片;15.固定片上卡箍;16.固定片下卡箍;17.軸承內(nèi)圈;18.圓柱滾子。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例,對本發(fā)明的具體實施作進一步描述:

如圖1所示,一種安設壓電片的旋槳式同步發(fā)電與抑振裝置由旋轉(zhuǎn)模塊和導電模塊兩部分組成。如圖4、圖6所示,導電模塊由螺旋線圈7、導電圓環(huán)線圈10、圓環(huán)線圈固定片14、固定片上卡箍15、固定片下卡箍16、連接導線11、輸出導線12和線圈套筒2組成。螺旋線圈7是外覆絕緣層的金屬線圈,沿立管1軸向呈螺旋上升狀環(huán)繞在立管1外壁,其端部連接輸出導線12,用于將電流引出。導電圓環(huán)線圈10為圓環(huán)形線圈,其內(nèi)徑大于立管1外徑,在立管1的上、下兩端各套有一個導電圓環(huán)線圈10。導電圓環(huán)線圈10與螺旋線圈7之間通過連接導線11連接,使電流能夠在兩者之間流通。如圖7所示,導電圓環(huán)線圈10內(nèi)側(cè)周向每間隔120°的位置向立管1外壁伸出一個撐桿,撐桿末端設圓弧形圓環(huán)線圈固定片14,圓環(huán)線圈固定片14與立管1外壁貼合。固定片上卡箍15和固定片下卡箍16均為圓環(huán)形結(jié)構(gòu),內(nèi)徑等于立管1外徑,每個導電圓環(huán)線圈10的圓環(huán)線圈固定片14均通過固定片上卡箍15和固定片下卡箍16卡裝固定其上、下兩側(cè),使導電圓環(huán)線圈10固定。固定片上卡箍15和固定片下卡箍16在立管1外壁與螺旋線圈7重疊部分開設缺口,使螺旋線圈7可安全自由通過。如圖3所示,線圈套筒2由關(guān)于軸向剖面對稱的兩個半圓管通過螺栓連接,套裝在螺旋線圈7與導電圓環(huán)線圈10外,線圈套筒2與上、下兩個導電圓環(huán)線圈10相同高度的位置開有兩條環(huán)形縫隙。

如圖2、圖3、圖4所示,旋轉(zhuǎn)模塊由葉片外套筒6、旋轉(zhuǎn)軸承、內(nèi)嵌磁條葉片3、壓電片4、壓電片導線9和旋轉(zhuǎn)卡口13組成。如圖8所示,旋轉(zhuǎn)軸承為中間設有圓柱滾子18的內(nèi)外圈結(jié)構(gòu),軸承外圈5外壁設有螺紋。在線圈套筒2上、下兩端各套裝一個旋轉(zhuǎn)軸承,且上、下兩個旋轉(zhuǎn)軸承分別位于上環(huán)形縫隙上方和下環(huán)形縫隙下方。如圖3所示,葉片外套筒6套裝在上、下兩個旋轉(zhuǎn)軸承外,且葉片外套筒6內(nèi)壁上、下端均設有螺紋,與上、下兩個旋轉(zhuǎn)軸承外圈螺紋嚙合。如圖2、圖4所示,沿葉片外套筒6外壁周向均勻布設有5片內(nèi)嵌磁條葉片3,且每片內(nèi)嵌磁條葉片3均與葉片外套筒6外壁相切。在每片內(nèi)嵌磁條葉片3尾端均連接有一塊柔性壓電片4,每片內(nèi)嵌磁條葉片3內(nèi)部鑲嵌一塊磁鐵8,磁鐵8上、下兩端各有一根從內(nèi)嵌磁條葉片3尾端壓電片4引出的壓電片導線9。上、下兩根壓電片導線9穿過葉片外套筒6后,通過旋轉(zhuǎn)卡口13與上、下兩個導電圓環(huán)線圈10相連。如圖5所示,旋轉(zhuǎn)卡口13為角度大于180°的弧口形圓弧卡口,其內(nèi)徑等于導電圓環(huán)線圈10外徑,可以繞導電圓環(huán)線圈10旋轉(zhuǎn)且不脫落。

利用所述的安設壓電片的旋槳式同步發(fā)電與抑振裝置可以提供一種安設壓電片的旋槳式同步發(fā)電與抑振方法。海流沖擊內(nèi)嵌磁條葉片3后,推動其繞立管1旋轉(zhuǎn),使立管1外壁的螺旋線圈7切割內(nèi)嵌磁條葉片3中的磁鐵8構(gòu)成的磁感應線,從而產(chǎn)生源源不斷的電流。同時,內(nèi)嵌磁條葉片3旋轉(zhuǎn)后,帶動尾端柔性壓電片4旋轉(zhuǎn),引起壓電片4的變形,產(chǎn)生電流,電流經(jīng)壓電片導線9輸出至旋轉(zhuǎn)卡口13,傳輸給導電圓環(huán)線圈10,再經(jīng)連接導線11傳至螺旋線圈7。由切割磁感應線和壓電片4變形產(chǎn)生的電流匯聚后,從輸出導線12輸出。另外,內(nèi)嵌磁條葉片3和壓電片4旋轉(zhuǎn)的過程中,破壞了立管1周圍的繞流流場,干擾了邊界層分離和旋渦的產(chǎn)生,同步實現(xiàn)了渦激振動的抑制。

實施例:

現(xiàn)場布置時,可根據(jù)需要將本發(fā)明裝置按一定間距串列布置于立管1外壁。安裝時,首先將螺旋線圈7沿立管1軸向呈螺旋上升狀環(huán)繞在立管1外壁,同時在立管1的上、下兩端各套一個導電圓環(huán)線圈10。導電圓環(huán)線圈10與螺旋線圈7之間通過連接導線11連接,每個導電圓環(huán)線圈10的圓環(huán)線圈固定片14均通過固定片上卡箍15和固定片下卡箍16卡裝固定在立管1壁外。接著,將線圈套筒2套裝在螺旋線圈7與導電圓環(huán)線圈10外。在線圈套筒2上、下兩端各套裝一個旋轉(zhuǎn)軸承,同時將葉片外套筒6套裝在上、下兩個旋轉(zhuǎn)軸承外,且使葉片外套筒6內(nèi)壁上、下端螺紋分別與上、下兩個旋轉(zhuǎn)軸承外圈的螺紋嚙合。

裝置安裝完畢后,將立管1放置于海流中。任意方向來流的海流沖擊內(nèi)嵌磁條葉片3后,推動其繞立管1旋轉(zhuǎn),使立管1外壁的螺旋線圈7切割內(nèi)嵌磁條葉片3中的磁鐵8構(gòu)成的磁感應線,從而產(chǎn)生源源不斷的電流。同時,內(nèi)嵌磁條葉片3旋轉(zhuǎn)后,帶動尾端柔性壓電片4旋轉(zhuǎn),引起壓電片4的變形,產(chǎn)生電流,電流經(jīng)壓電片導線9輸出旋轉(zhuǎn)卡口13,傳輸給導電圓環(huán)線圈10,再經(jīng)連接導線11傳至螺旋線圈7。由切割磁感應線和壓電片4變形產(chǎn)生的電流匯聚后,從輸出導線12輸出。另外,內(nèi)嵌磁條葉片3和壓電片4旋轉(zhuǎn)的過程中,破壞了立管1周圍的繞流流場,干擾了邊界層分離和旋渦的產(chǎn)生,同步實現(xiàn)了渦激振動的抑制。

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