CN106014274A - 一种利用海流发电及涡激振动抑制一体化的装置及方法 - Google Patents

一种利用海流发电及涡激振动抑制一体化的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用海流发电及涡激振动抑制一体化的装置及方法，装置由线圈、套管、轴承、弧形翅片和弧形磁条组成。线圈呈螺旋状环绕在立管外壁，外部套装套管，套管上安装上、下两个轴承，轴承外圈开有六个凹槽，两个为大矩形凹槽，四个为小矩形凹槽。中空弧形翅片安插在大矩形凹槽中，实心弧形翅片安插在小矩形凹槽中。海水冲击弧形翅片推动其绕立管旋转，弧形磁条随中空弧形翅片旋转，造成线圈切割磁感应线，产生电流；同时，旋转的弧形翅片扰乱了立管周围流场，破坏了绕流旋涡的形成，进而抑制涡激振动。

Description

一种利用海流发电及涡激振动抑制一体化的装置及方法
技术领域
本发明属于新能源开发利用与涡激振动抑制技术领域，具体涉及一种利用海流发电及涡激振动抑制一体化的装置及方法。
背景技术
随着社会经济的高速发展和人们生活水平的大幅提高，能源需求量日益增长。化石能源支撑社会运转的同时，因自身总量有限，及在燃烧过程中对全球气候和环境产生的影响给人们带来了极大的困扰。从资源、环境和社会发展的需求来看，开发和利用新能源和可再生能源是必然的趋势。清洁的可再生能源替代传统能源已成为当今世界的热门话题，目前正处于能源变革的过渡时期。随着海洋开发的日益深入，海洋平台、构筑物、海岛设施的能源供应成为了亟待解决的问题，国家电网不可能完全覆盖这些特殊领域，而海洋本身蕴含巨大且廉价的能源，如何有效利用便成为了问题的焦点。
目前海流发电技术沿用陆上河流的水力发电技术，即依靠水流冲击力使水轮机旋转，带动发电机发电。但现有的水轮机发电对水流速度要求较高，对于低流速的海流区域适应性较差。而海洋中低速海流占有相当大的比重，因此充分利用海流发电成为了海流能开发的热点。
海洋油气开采规模逐渐加大，海洋立管所处环境条件恶劣，受力复杂，尤其波浪、海流流经海洋立管时，还在一定雷诺数范围产生周期性脱落的旋涡，诱发立管振动，严重缩短海洋立管的服役寿命，甚至造成重大安全环境事故。若能依附海洋立管，有效转化海流能为电能并同时抑制立管的涡激振动，将一举两得。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对现有海流发电技术的不足，提出一种依附海洋立管利用海流发电及涡激振动抑制一体化的装置及方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用海流发电及涡激振动抑制一体化的装置由线圈、套管、轴承、弧形翅片和弧形磁条组成。线圈为外覆绝缘层的金属线圈，沿立管轴向呈螺旋上升状环绕在立管外壁。套管为两端壁厚厚、中间壁厚薄的圆管，由对称的两半圆形圆管通过螺栓连接，套装在环绕线圈的立管外，且两端紧贴立管外壁。轴承为中间设圆柱滚子的内外圈结构，轴承内圈套装在套管外壁，轴承外圈外壁沿周向均匀开设有六个凹槽，凹槽高度低于轴承高度，其中有两个关于立管管轴对称的凹槽为大矩形凹槽，另外四个凹槽为小矩形凹槽。轴承有两个，按间隔一个弧形翅片的圆弧弦长套装在套管上，且上、下轴承的凹槽在垂线上一一对应，上部轴承的凹槽缺口向上，下部轴承的凹槽缺口向下。
弧形翅片为截面为矩形的圆弧片条，两端设有T形限位片。弧形翅片包括2个中空弧形翅片和4个实心弧形翅片，中空弧形翅片填充有与其内空尺寸相同的弧形磁条。在上、下轴承处于同一垂线上的凹槽中安设弧形翅片，其中中空弧形翅片的两端安插在上、下轴承的大矩形凹槽中，中空弧形翅片的两端T形限位片卡紧于上、下轴承的端面；实心弧形翅片的两端安插在上、下轴承的小矩形凹槽中，实心弧形翅片的两端T形限位片卡紧于上、下轴承的端面。
利用所述的利用海流发电及涡激振动抑制一体化的装置可以提供一种利用海流发电及涡激振动抑制一体化的方法，海水冲击弧形翅片推动其绕立管旋转，弧形磁条随中空弧形翅片旋转，造成立管壁外线圈切割磁感应线，产生电流。同时，旋转的弧形翅片扰乱了立管周围流场，破坏了绕流旋涡的形成，进而抑制涡激振动。
本发明由于采取以上方案，其具有以下优点：
1、本发明装置在海流冲击下可以自由旋转，同时实现了海流发电和涡激振动抑制，有效利用了海流能。
2、本发明装置弧形翅片的圆弧弦长可根据实际海流情况定制，以适应实际海流环境。
附图说明
图1为本发明装置的立体结构示意图
图2为本发明外覆绝缘层的金属线圈布置示意图
图3为本发明轴承内圈及单个圆柱滚子示意图
图4为本发明轴承外圈结构示意图
图5为本发明轴承结构示意图
图6为本发明实心弧形翅片示意图
图7为本发明中空弧形翅片示意图
图8为本发明一半中空弧形翅片及弧形磁条示意图
其中：1.立管；2.套管；3.轴承外圈；4.实心弧形翅片；5.中空弧形翅片；6.线圈；7.轴承内圈；8.圆柱滚子；9.大矩形凹槽；10.小矩形凹槽；11.T形限位片；12.弧形磁条。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步描述。
如图1所示，一种利用海流发电及涡激振动抑制一体化的装置由线圈6、套管2、轴承、弧形翅片和弧形磁条12组成。如图2所示，线圈6为外覆绝缘层的金属线圈6，沿立管1轴向呈螺旋上升状环绕在立管1外壁。套管2为两端壁厚厚、中间壁厚薄的圆管，由对称的两半圆形圆管通过螺栓连接，套装在环绕线圈6的立管1外，且两端紧贴立管1外壁。如图3、图4、图5所示，轴承为中间设圆柱滚子8的内外圈结构，轴承内圈7套装在套管2外壁，如图4所示，轴承外圈3外壁沿周向均匀开设有六个凹槽，凹槽高度低于轴承高度，其中有两个关于立管1管轴对称的凹槽为大矩形凹槽9，另外四个凹槽为小矩形凹槽10。如图1所示，轴承有两个，按间隔一个弧形翅片的圆弧弦长套装在套管2上，且上、下轴承的凹槽在垂线上一一对应，上部轴承的凹槽缺口向上，下部轴承的凹槽缺口向下。
如图6、图7所示，弧形翅片为截面为矩形的圆弧片条，两端设有T形限位片11。弧形翅片包括2个中空弧形翅片5和4个实心弧形翅片4，如图8所示，中空弧形翅片5填充有与其内空尺寸相同的弧形磁条12。在上、下轴承处于同一垂线上的凹槽中安设弧形翅片，其中中空弧形翅片5的两端安插在上、下轴承的大矩形凹槽9中，中空弧形翅片5的两端T形限位片11卡紧于上、下轴承的端面；实心弧形翅片4的两端安插在上、下轴承的小矩形凹槽10中，实心弧形翅片4的两端T形限位片11卡紧于上、下轴承的端面。
利用所述的利用海流发电及涡激振动抑制一体化的装置可以提供一种利用海流发电及涡激振动抑制一体化的方法，海水冲击弧形翅片推动其绕立管1旋转，弧形磁条12随中空弧形翅片5旋转，造成立管1壁外线圈6切割磁感应线，产生电流。同时，旋转的弧形翅片扰乱了立管1周围流场，破坏了绕流旋涡的形成，进而抑制涡激振动。
实施例：
实际使用时，可根据需要将本发明装置按一定间距串列布置于立管1壁外。安装时，首先将线圈6沿立管1轴向呈螺旋上升状环绕在立管1外壁，然后将套管2套装在环绕线圈6的立管1外，且两端紧贴立管1外壁，实现密封。接着，将上、下轴承套装在套管2外，且上、下轴承的凹槽在垂线上一一对应，上部轴承的凹槽缺口向上，下部轴承的凹槽缺口向下，但上、下轴承间的间距暂时小于弧形翅片的圆弧弦长。然后，在上、下轴承处于同一垂线上的凹槽中安设弧形翅片，其中中空弧形翅片5的两端安插在上、下轴承的大矩形凹槽9中，实心弧形翅片4的两端安插在上、下轴承的小矩形凹槽10中；调节上、下轴承间的间距，使得中空弧形翅片5和实心弧形翅片4的两端T形限位片11都卡紧于上、下轴承的端面。
装置安装好后，放置于海流中。海水冲击弧形翅片推动其绕立管1旋转，弧形磁条12随中空弧形翅片5旋转，造成立管1壁外线圈6切割磁感应线，产生电流；同时，旋转的弧形翅片扰乱了立管1周围流场，破坏了绕流旋涡的形成，进而抑制涡激振动。

Claims (2)

1.一种利用海流发电及涡激振动抑制一体化的装置，其特征在于：由线圈(6)、套管(2)、轴承、弧形翅片和弧形磁条(12)组成；线圈(6)为外覆绝缘层的金属线圈(6)，沿立管(1)轴向呈螺旋上升状环绕在立管(1)外壁；套管(2)为两端壁厚厚、中间壁厚薄的圆管，由对称的两半圆形圆管通过螺栓连接，套装在环绕线圈(6)的立管(1)外，且两端紧贴立管(1)外壁；轴承为中间设圆柱滚子(8)的内外圈结构，轴承内圈(7)套装在套管(2)外壁，轴承外圈(3)外壁沿周向均匀开设有六个凹槽，凹槽高度低于轴承高度，其中有两个关于立管(1)管轴对称的凹槽为大矩形凹槽(9)，另外四个凹槽为小矩形凹槽(10)；轴承有两个，按间隔一个弧形翅片的圆弧弦长套装在套管(2)上，且上、下轴承的凹槽在垂线上一一对应，上部轴承的凹槽缺口向上，下部轴承的凹槽缺口向下；弧形翅片为截面为矩形的圆弧片条，两端设有T形限位片(11)，弧形翅片包括2个中空弧形翅片(5)和4个实心弧形翅片(4)，中空弧形翅片(5)填充有与其内空尺寸相同的弧形磁条(12)；在上、下轴承处于同一垂线上的凹槽中安设弧形翅片，其中中空弧形翅片(5)的两端安插在上、下轴承的大矩形凹槽(9)中，中空弧形翅片(5)的两端T形限位片(11)卡紧于上、下轴承的端面；实心弧形翅片(4)的两端安插在上、下轴承的小矩形凹槽(10)中，实心弧形翅片(4)的两端T形限位片(11)卡紧于上、下轴承的端面。
2.一种利用海流发电及涡激振动抑制一体化的方法，采用如权利要求1所述的利用海流发电及涡激振动抑制一体化的装置，其特征在于：海水冲击弧形翅片推动其绕立管(1)旋转，弧形磁条(12)随中空弧形翅片(5)旋转，造成立管(1)壁外线圈(6)切割磁感应线，产生电流；同时，旋转的弧形翅片扰乱了立管(1)周围流场，破坏了绕流旋涡的形成，进而抑制涡激振动。
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