[发明专利]一种利用尾板开合与叶轮旋转抑振发电一体化装置及方法

说明书

本发明涉及一种利用尾板开合与叶轮旋转抑振发电一体化装置及方法，装置由套筒主体模块、侧翼旋转模块和尾部摆动模块三部分组成。套筒主体模块包括转动轴承、套筒、套尾连接轴；侧翼旋转模块包括发电叶轮、弧形磁铁、发电线圈、叶轮固定轴；尾部摆动模块包括前内嵌磁铁开孔尾板、后内嵌磁铁开孔尾板、导线缠绕板、啮合齿轮、转板轴、尾板连接件。在本装置侧翼发电叶轮旋转扰动绕流边界层、套筒泄流出口喷射出流、尾部摆动模块往复开合摆动破坏尾部涡街的共同作用下，实现了无能耗的涡激振动抑制；同时，感应导线切割磁感线产生电流并供给振动监测装置，在抑制涡激振动的同时实现了海流能的转化与利用。

技术领域

本发明属于海洋新能源开发利用与涡激振动抑制技术领域，具体涉及一种利用尾板开合与叶轮旋转抑振发电一体化装置及方法。

背景技术

随着陆上油气资源勘探开发难度的加大，海洋油气资源成为主要的接替能源，已受到越来越多的关注。据统计，2006年后全球油气新发现储量中海洋油气占比超过一半。大力开发海洋能源迫在眉睫，可有力保障国家的能源安全。海洋油气开采过程中，立管是连接海底井口与海上作业平台的纽带。当海流流经立管时，立管两侧产生交替脱落的旋涡，会引起立管振动，称为涡激振动，降低了立管的使用寿命。

涡激振动抑制方法主要有两种，即主动抑制与被动抑制。主动抑制方法通过注入外部能量扰乱流场结构，抑制旋涡的产生，但存在安装难度大、能量消耗大等缺点，未被现场广泛采用。被动抑制则通过增加整流罩、螺旋列板、分隔板等附属装置影响旋涡的脱落与发展，从而达到抑振的效果。目前，对立管振动特性的监测方式主要是在立管表面安装振动监测装置，实时监测涡激振动引起的动态载荷响应，其所需电能通过海底电缆输送，能量消耗较大，同时电缆损坏时会导致监测失败。鉴于海流蕴藏着巨大的动能，几乎常年不停的运动，是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源。

因此，亟待开发一种将涡激振动抑制、海流能利用和立管振动监测一体化融合的装置，将有效保障立管的安全服役。

发明内容

本发明的目的在于针对当前背景技术中提出的问题与不足，提出一种轻质、高效、绿色环保的利用尾板开合与叶轮旋转抑振发电一体化装置及方法。

为了实现上述目的，本发明装置采用如下技术方案：

一种利用尾板开合与叶轮旋转抑振发电一体化装置由套筒主体模块、侧翼旋转模块和尾部摆动模块三部分组成。套筒主体模块包括转动轴承、套筒、套尾连接轴；侧翼旋转模块包括发电叶轮、弧形磁铁、发电线圈、叶轮固定轴；尾部摆动模块包括前内嵌磁铁开孔尾板、后内嵌磁铁开孔尾板、导线缠绕板、啮合齿轮、转板轴、尾板连接件。

套筒为一圆筒，一侧开有一个引流入口，另一侧开有两个泄流出口，引流入口与泄流出口之间的筒壁内空，使引流入口与两个泄流出口连通。所述的引流入口对应的圆心角为90^o，所述的泄流出口对应的圆心角为10°，在引流入口正上方的套筒开有空腔，空腔所对应的圆心角为180°，空腔用水平隔板分隔为高度相等的上、下两层，空腔的上层放置有一个振动传感器与一个数字信号处理器；空腔的下层放置有一个整流装置与一个电能储存装置。转动轴承为内嵌圆柱滚子的内外圈结构，转动轴承内径与立管外径相等，上、下两个转动轴承按间隔一个套筒的高度套装在立管外壁。套筒的上、下两端的转动轴承外分别用圆环形端盖密封，端盖由前置端盖和后端盖拼接而成，前置端盖位于引流入口的上、下两侧，前置端盖周向弧长大于后端盖，前置端盖两侧对称伸出两个叶轮固定轴支撑薄板，支撑薄板厚度为端盖的四分之一，支撑薄板上各开有一个螺纹孔用于固定叶轮固定轴。所述的端盖高度为转动轴承一半，前置端盖所对应的圆心角为240°，后端盖所对应的圆心角为120°，前置端盖和后端盖内径与转动轴承外径相等。导线缠绕板为一矩形薄板，上、下端对称开有感应导线穿孔，感应导线呈“S”型从导线缠绕板的两侧穿过感应导线穿孔固定。在套筒引流入口的背侧中部固定连接导线缠绕板，且导线缠绕板位于垂直平面。