CN113107741A - 一种套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振装置及方法，装置由套筒组件和旋转组件两部分组成。海洋立管外部套装葫芦形防护罩，葫芦形防护罩背流侧连接有按45°间隔布置的三个尾部支撑架。海流冲击尾部支撑架带动整个装置绕海洋立管旋转。在葫芦形防护罩轴向变径与旋转、水平弹簧与垂直弹簧的伸缩、质量球的运动、开圆孔尾板和开方孔尾板的摆动的共同作用下，破坏了海洋立管绕流旋涡的形成与发展，进而抑制了涡激振动。弹簧在海流冲击和绕流的作用下不断伸缩，带动磁棒产生运动位移，发电线圈和内嵌线圈切割磁棒构成的磁感线，产生感应电流，实现了海流能的转化。

Description

一种套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振装置及方法

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，具体涉及一种套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振装置及方法。

背景技术

当前我国能源消费结构仍以传统的化石能源为主，一方面，陆上已探明的化石能源随开采时间的延长而逐渐减少，且其燃烧引起的环境污染正深远地影响着人们的生存环境；另一方面，可再生能源的开发与利用技术还不成熟，在现有能源供给中的占比极低。因此，迫切需要加快清洁可再生能源的技术攻关与开发力度。

被称作“蓝色能源”的海洋能具有绿色环保、储量巨大的显著特点，是除了太阳能、风能以外的关键接替能源。加大和加快海洋能开发的步伐已成为人类共识，但海洋物理环境复杂多变，在开发海洋能的过程中，不可避免地会面临结构物在海洋波流的冲击下发生振动响应的问题。特别是在海洋能捕获、海洋油气或矿物等资源的开采过程中，立管、举升管等管件在波流的作用下会持续发生涡激振动而出现疲劳失效，影响海洋能的正常开发或海洋油气、矿物资源的安全输送等。因此，如何在捕获海洋能的同时保证海洋结构物的安全服役，是从事海洋能开发利用领域关注的热点问题。

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，提出一种高效、绿色环保的套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振装置由套筒组件和旋转组件两部分组成，套筒组件包括旋转轴承、防水电滑环、内嵌线圈、葫芦形防护罩，旋转组件包括防水集电线、尾部支撑架、垂直弹簧、垂直发电线圈、垂直磁棒、水平弹簧、水平发电线圈、水平磁棒、质量球、水平支撑杆、开圆孔尾板和开方孔尾板。

旋转轴承由固定件与转动件呈同心的内、外圈形式组装而成，固定件由对称的两个半环钢质构件围成，固定件的内径等于海洋立管的外径，在固定件的外侧壁加工有一圈圆弧形外凸圆环。固定件从两侧套装在海洋立管上，并使用螺栓连接固定。转动件也由两个半环钢质构件围成，转动件的内侧壁加工有与固定件外侧壁外凸圆环相匹配的下沉台阶状圆环滑槽，下沉台阶状圆环滑槽的横截面为正方形。转动件背流侧的半环钢质构件外壁沿周向均匀布置三根长方体支撑棒，每根长方体支撑棒的端部沿水平方向开有外大内小的锥形插孔，在长方体支撑棒对应锥形插孔尖端的位置沿垂向开有螺纹孔，螺纹孔贯穿锥形插孔尖端。转动件的高度是固定件的两倍，转动件的外径等于葫芦形防护罩的端部下沉台阶的内径，长方体支撑棒抵近转动件外壁的一端面且仅占据转动件外壁一半的高度，另一半高度的转动件插入葫芦形整流罩端部的下沉台阶内。上、下两个旋转轴承按间隔一个葫芦形防护罩的高度套装在海洋立管外，且两者外壁的长方体支撑棒平行布置。

在海洋立管外壁的上、下两个旋转轴承中间安设一个防水电滑环，防水电滑环内圈的内径等于海洋立管的外径，防水电滑环内圈从两侧套接在海洋立管上，并用螺栓连接固定。防水电滑环内圈外壁设有电刷轨道和电流外输通道，防水电滑环外圈内壁设有阴、阳两排电刷，电刷与内圈外壁的电刷轨道接触。防水电滑环内圈的上、下端面开有两个电路通道接口，用于收集套接海洋立管上的内嵌线圈所产生的电流。防水电滑环外圈由迎流半环和背流半环组成，背流半环沿周向均匀分布有三个电路通道接口，用于接入防水集电线。防水电滑环外圈内嵌在葫芦形防护罩内，使得防水电滑环圈可以跟随葫芦形防护罩一起转动。

内嵌线圈缠绕在葫芦形防护罩上部下沉台阶与防水电滑环顶部之间以及葫芦形防护罩下部下沉台阶与防水电滑环底部之间的海洋立管的外壁面。防水电滑环上、下两端的内嵌线圈分别接入防水电滑环内圈上、下端面的电路通道接口。

葫芦形防护罩外形呈两端小中间大的串列糖葫芦状，葫芦形防护罩上、下两端口处的内径大小与旋转轴承转动件外径相等。葫芦形防护罩由对称的迎流半环构件和尾流半环构件组成，从两侧套装在上、下两个旋转轴承外，并使用螺栓连接固定。葫芦形防护罩的尾流半环构件中部沿周向均匀开设三个通孔，三个尾部支撑架上的防水集电线通过该通孔穿过葫芦形防护罩连接至内部的防水电滑环。

三个尾部支撑架按间隔45°沿周向布置在葫芦形防护罩的背流侧。单个尾部支撑架是由两根垂直立杆、两根水平横杆围成的口字形框架，靠近葫芦形防护罩一侧的垂直立杆端面为圆弧形，且该垂直立杆的上部和下部端口处分别安设一个锥形插销，插销根部的外径小于旋转轴承外壁长方体支撑棒端部的锥形插孔内径。尾部支撑架上、下部的锥形插销分别插入上、下两个旋转轴承背流侧平行的长方体支撑棒端部的锥形插孔内，并用螺钉穿过长方体支撑棒对应的锥形插孔尖端的垂向螺纹孔，将锥形插销端部固定在锥形插孔内。在海流的作用下，尾部支撑架会发生水平摆动，增大尾部支撑架上的弹簧伸缩频次和伸缩量，提高发电量。

单个尾部支撑架靠近葫芦形防护罩一侧的口字形框架内侧沿垂向均布有三根水平支撑杆，中间水平支撑杆上、下两侧各布置有两组垂直发电线圈，上、下两根水平支撑杆的上、下两侧各布置有两组垂直弹簧，在尾部支撑架上、下两根横杆的内侧也各布置有两组垂直发电线圈，在每对布置的垂直弹簧和垂直发电线圈间设垂直磁棒，形成四行两列的垂直发电模块，且上、下两个相邻的垂直磁棒的端部磁极相反、水平相邻的垂直磁棒的端部磁极相同。

单个尾部支撑架远离葫芦形防护罩一侧的垂直立杆上等距焊接有三个水平发电线圈。三个水平发电线圈与三根水平支撑杆一一对应，位于同一水平线上。在水平发电线圈端部连接水平磁棒，在水平磁棒与水平支撑杆间以水平弹簧加质量球的顺序循环布置6组，且水平磁棒和水平支撑杆都与相邻的水平弹簧连接，形成三行水平发电模块，三个水平磁棒的端部磁极相同。在尾部支撑架远离葫芦形防护罩的垂直立杆内壁布置有四块开孔尾板，开孔尾板刚好把尾部支撑架水平横杆与水平支撑杆或水平支撑杆与水平支撑杆之间的空隙填充，但开孔尾板长度小于与水平磁棒相连的第一个质量球至相邻尾部支撑架垂直立杆的距离。在三个尾部支撑架中，中间的尾部支撑架上安置的开孔尾板为开圆孔尾板，而另外两个尾部支撑架上安置的开孔尾板为开方孔尾板。

利用所述的套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振装置提供一种套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振方法。由于三个尾部支撑架呈45°间隔布置，海流流动方向始终会与其中的两个尾部支撑架存在攻角，因此海流冲击在尾部支撑架的开孔尾板时，会推动开孔尾板，从而带动整个装置绕海洋立管旋转。此时，尾部支撑架上的水平磁棒和垂直磁棒相当于转子，缠绕在海洋立管外壁的内嵌线圈相当于定子，内嵌线圈切割水平磁棒和垂直磁棒构成的磁感线，产生感应电流，并通过海洋立管中部的防水电滑环收集和外输。尾部支撑架上的水平弹簧和垂直弹簧在海流冲击和绕流的作用下不断伸缩，且不同尾部支撑架上的弹簧伸缩频次与幅度不同，伸缩的弹簧及其带动下运动的质量球对海洋立管的三维尾流构成深度破坏，扰乱了尾流旋涡的形成与发展。在水平弹簧的伸缩带动下，水平磁棒产生运动位移。与水平弹簧相连的质量球增加了水平弹簧的伸缩量和伸缩频次，增大了水平磁棒的运动位移，使得水平磁棒与水平发电线圈的相对位移更大、频次更高。水平发电线圈切割水平磁棒形成的磁感线，产生感应电流，电流通过防水集电线输至防水电滑环内部。同理，在垂直弹簧的伸缩带动下，垂直磁棒产生运动位移。垂直发电线圈切割垂直磁棒形成的磁感线，产生感应电流，电流也通过防水集电线输至防水电滑环内部。由于尾部支撑架插销根部的外径小于旋转轴承外壁长方体支撑棒端部的锥形插孔内径，在海流的作用下，尾部支撑架发生水平摆动，增大尾部支撑架上的水平弹簧与垂直弹簧的伸缩频次和伸缩量，进一步提高了装置的发电量。中间尾部支撑架上的开圆孔尾板与两侧尾部支撑架上的开方孔尾板的过流能力不同，受到的海流冲击力也不同，使得装置能够持续不断的摆动，确保始终保持转化海流动能的工作状态。同时，摆动的开圆孔尾板和开方孔尾板对海洋立管尾部流场进行了空间上的不断调整，进一步扰乱了尾部旋涡的发展，使大旋涡破碎成小旋涡。葫芦形防护罩轴向直径不断变化，使得不同深度的海洋立管绕流流场出现差异，对尾部三维同轴大旋涡的形成造成干扰。此外，葫芦形防护罩在尾部支撑架的带动下也发生旋转，改变了海洋立管壁面边界层分离点，进一步抑制了旋涡的形成。因此，在葫芦形防护罩轴向变径与旋转、水平弹簧与垂直弹簧的伸缩、质量球的运动、开圆孔尾板和开方孔尾板的摆动的共同作用下，破坏了海洋立管绕流旋涡的形成与发展，进而抑制了涡激振动。同时，内嵌线圈、水平发电线圈、垂直发电线圈不断切割磁感应线，产生电流，实现了海流能的转化。

本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：

1.本发明装置水平、垂直弹簧的往复伸缩、算盘状发电架的旋转都能产生电流，充分捕获与转换各个方向的海流能；

2.算盘状发电架在海流的冲击下可以发生旋转，有效带动葫芦形防护罩旋转，使整个装置适应流向频繁变化的实际海洋环境；

3.本发明装置利用海流流经海洋立管时的不均匀尾流场发电，发电方式绿色环保；

4.本发明装置开方孔尾板和开圆孔尾板有效地破坏了海洋立管的尾流旋涡，实现了涡激振动的抑制；

5.本发明装置作为一个基本单元，可以在海洋立管上串列布置，实现大规模

附图说明

图1为本发明装置整体结构示意图；

图2为本发明装置旋转轴承拆分示意图及长方体支撑棒的水平剖面图；

图3为本发明装置算盘状发电架正视图及端部插销的垂向剖面图；

图4为本发明装置弹簧、磁棒和发电线圈的连接示意图；

图5为本发明装置弹簧与质量球的连接示意图；

图6为本发明装置垂直弹簧、垂直磁棒、垂直发电线圈组装示意图；

图7为本发明装置开方孔尾板示意图；

图8为本发明装置开圆孔尾板示意图；

图9为本发明装置防水电滑环拆分示意图；

图10为本发明装置防水集电线安装示意图；

图11为本发明装置电路示意图；

图12为本发明装置工作示意图。

其中：1-海洋立管；2-旋转轴承；3-葫芦形防护罩；4-防水集电线；5-尾部支撑架；6-开方孔尾板；7-开圆孔尾板；8-质量球；9-水平弹簧；10-水平发电线圈；11-水平磁棒；12-水平支撑杆；13-内嵌线圈；14-防水电滑环；15-垂直弹簧；16-垂直发电线圈；17-垂直磁棒。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

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，提出一种高效、绿色环保的套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振装置由套筒组件和旋转组件两部分组成，套筒组件包括旋转轴承2、防水电滑环14、内嵌线圈13、葫芦形防护罩3，旋转组件包括防水集电线4、尾部支撑架5、垂直弹簧15、垂直发电线圈16、垂直磁棒17、水平弹簧9、水平发电线圈10、水平磁棒11、质量球8、水平支撑杆12、开圆孔尾板7和开方孔尾板6。

旋转轴承2由固定件与转动件呈同心的内、外圈形式组装而成，固定件由对称的两个半环钢质构件围成，固定件的内径等于海洋立管1的外径，在固定件的外侧壁加工有一圈圆弧形外凸圆环。固定件从两侧套装在海洋立管1上，并使用螺栓连接固定。转动件也由两个半环钢质构件围成，转动件的内侧壁加工有与固定件外侧壁外凸圆环相匹配的下沉台阶状圆环滑槽，下沉台阶状圆环滑槽的横截面为正方形。转动件背流侧的半环钢质构件外壁沿周向均匀布置三根长方体支撑棒，每根长方体支撑棒的端部沿水平方向开有外大内小的锥形插孔，在长方体支撑棒对应锥形插孔尖端的位置沿垂向开有螺纹孔，螺纹孔贯穿锥形插孔尖端。转动件的高度是固定件的两倍，转动件的外径等于葫芦形防护罩3的端部下沉台阶的内径，长方体支撑棒抵近转动件外壁的一端面且仅占据转动件外壁一半的高度，另一半高度的转动件插入葫芦形整流罩3端部的下沉台阶内。上、下两个旋转轴承2按间隔一个葫芦形防护罩3的高度套装在海洋立管1外，且两者外壁的长方体支撑棒平行布置。

在海洋立管1外壁的上、下两个旋转轴承2中间安设一个防水电滑环14，防水电滑环14内圈的内径等于海洋立管1的外径，防水电滑环14内圈从两侧套接在海洋立管1上，并用螺栓连接固定。防水电滑环14内圈外壁设有电刷轨道和电流外输通道，防水电滑环14外圈内壁设有阴、阳两排电刷，电刷与内圈外壁的电刷轨道接触。防水电滑环14内圈的上、下端面开有两个电路通道接口，用于收集套接海洋立管1上的内嵌线圈13所产生的电流。防水电滑环14外圈由迎流半环和背流半环组成，背流半环沿周向均匀分布有三个电路通道接口，用于接入防水集电线4。防水电滑环14外圈内嵌在葫芦形防护罩3内，使得防水电滑环14圈可以跟随葫芦形防护罩3一起转动。

内嵌线圈13缠绕在葫芦形防护罩3上部下沉台阶与防水电滑环14顶部之间以及葫芦形防护罩3下部下沉台阶与防水电滑环14底部之间的海洋立管1的外壁面。防水电滑环14上、下两端的内嵌线圈13分别接入防水电滑环14内圈上、下端面的电路通道接口。

葫芦形防护罩3外形呈两端小中间大的串列糖葫芦状，葫芦形防护罩3上、下两端口处的内径大小与旋转轴承2转动件外径相等。葫芦形防护罩3由对称的迎流半环构件和尾流半环构件组成，从两侧套装在上、下两个旋转轴承2外，并使用螺栓连接固定。葫芦形防护罩3的尾流半环构件中部沿周向均匀开设三个通孔，三个尾部支撑架5上的防水集电线4通过该通孔穿过葫芦形防护罩3连接至内部的防水电滑环14。

三个尾部支撑架5按间隔45°沿周向布置在葫芦形防护罩3的背流侧。单个尾部支撑架5是由两根垂直立杆、两根水平横杆围成的口字形框架，靠近葫芦形防护罩3一侧的垂直立杆端面为圆弧形，且该垂直立杆的上部和下部端口处分别安设一个锥形插销，插销根部的外径小于旋转轴承2外壁长方体支撑棒端部的锥形插孔内径。尾部支撑架5上、下部的锥形插销分别插入上、下两个旋转轴承2背流侧平行的长方体支撑棒端部的锥形插孔内，并用螺钉穿过长方体支撑棒对应的锥形插孔尖端的垂向螺纹孔，将锥形插销端部固定在锥形插孔内。在海流的作用下，尾部支撑架5会发生水平摆动，增大尾部支撑架5上的弹簧伸缩频次和伸缩量，提高发电量。

单个尾部支撑架5靠近葫芦形防护罩3一侧的口字形框架内侧沿垂向均布有三根水平支撑杆12，中间水平支撑杆12上、下两侧各布置有两组垂直发电线圈16，上、下两根水平支撑杆12的上、下两侧各布置有两组垂直弹簧15，在尾部支撑架5上、下两根横杆的内侧也各布置有两组垂直发电线圈16，在每对布置的垂直弹簧15和垂直发电线圈16间设垂直磁棒17，形成四行两列的垂直发电模块，且上、下两个相邻的垂直磁棒17的端部磁极相反、水平相邻的垂直磁棒17的端部磁极相同。

单个尾部支撑架5远离葫芦形防护罩3一侧的垂直立杆上等距焊接有三个水平发电线圈10。三个水平发电线圈10与三根水平支撑杆12一一对应，位于同一水平线上。在水平发电线圈10端部连接水平磁棒11，在水平磁棒11与水平支撑杆12间以水平弹簧9加质量球8的顺序循环布置6组，且水平磁棒11和水平支撑杆12都与相邻的水平弹簧9连接，形成三行水平发电模块，三个水平磁棒11的端部磁极相同。在尾部支撑架5远离葫芦形防护罩3的垂直立杆内壁布置有四块开孔尾板，开孔尾板刚好把尾部支撑架5水平横杆与水平支撑杆12或水平支撑杆12与水平支撑杆12之间的空隙填充，但开孔尾板长度小于与水平磁棒11相连的第一个质量球8至相邻尾部支撑架5垂直立杆的距离。在三个尾部支撑架5中，中间的尾部支撑架5上安置的开孔尾板为开圆孔尾板7，而另外两个尾部支撑架5上安置的开孔尾板为开方孔尾板6。

利用所述的套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振装置提供一种套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振方法。由于三个尾部支撑架5呈45°间隔布置，海流流动方向始终会与其中的两个尾部支撑架5存在攻角，因此海流冲击在尾部支撑架5的开孔尾板时，会推动开孔尾板，从而带动整个装置绕海洋立管1旋转。此时，尾部支撑架5上的水平磁棒11和垂直磁棒17相当于转子，缠绕在海洋立管1外壁的内嵌线圈13相当于定子，内嵌线圈13切割水平磁棒11和垂直磁棒17构成的磁感线，产生感应电流，并通过海洋立管1中部的防水电滑环14收集和外输。尾部支撑架5上的水平弹簧9和垂直弹簧15在海流冲击和绕流的作用下不断伸缩，且不同尾部支撑架5上的弹簧伸缩频次与幅度不同，伸缩的弹簧及其带动下运动的质量球8对海洋立管1的三维尾流构成深度破坏，扰乱了尾流旋涡的形成与发展。在水平弹簧9的伸缩带动下，水平磁棒11产生运动位移。与水平弹簧9相连的质量球8增加了水平弹簧9的伸缩量和伸缩频次，增大了水平磁棒11的运动位移，使得水平磁棒11与水平发电线圈10的相对位移更大、频次更高。水平发电线圈10切割水平磁棒11形成的磁感线，产生感应电流，电流通过防水集电线4输至防水电滑环14内部。同理，在垂直弹簧15的伸缩带动下，垂直磁棒17产生运动位移。垂直发电线圈16切割垂直磁棒17形成的磁感线，产生感应电流，电流也通过防水集电线4输至防水电滑环14内部。由于尾部支撑架5插销根部的外径小于旋转轴承2外壁长方体支撑棒端部的锥形插孔内径，在海流的作用下，尾部支撑架5发生水平摆动，增大尾部支撑架5上的水平弹簧9与垂直弹簧15的伸缩频次和伸缩量，进一步提高了装置的发电量。中间尾部支撑架5上的开圆孔尾板7与两侧尾部支撑架5上的开方孔尾板6的过流能力不同，受到的海流冲击力也不同，使得装置能够持续不断的摆动，确保始终保持转化海流动能的工作状态。同时，摆动的开圆孔尾板7和开方孔尾板6对海洋立管1尾部流场进行了空间上的不断调整，进一步扰乱了尾部旋涡的发展，使大旋涡破碎成小旋涡。葫芦形防护罩3轴向直径不断变化，使得不同深度的海洋立管1绕流流场出现差异，对尾部三维同轴大旋涡的形成造成干扰。此外，葫芦形防护罩3在尾部支撑架5的带动下也发生旋转，改变了海洋立管1壁面边界层分离点，进一步抑制了旋涡的形成。因此，在葫芦形防护罩3轴向变径与旋转、水平弹簧9与垂直弹簧15的伸缩、质量球8的运动、开圆孔尾板7和开方孔尾板6的摆动的共同作用下，破坏了海洋立管1绕流旋涡的形成与发展，进而抑制了涡激振动。同时，内嵌线圈13、水平发电线圈10、垂直发电线圈16不断切割磁感应线，产生电流，实现了海流能的转化。

实施例：

安装本发明装置时，首先在海洋立管1上安装防水电滑环14、内嵌线圈13、葫芦形防护罩3和旋转轴承2。

上、下两个旋转轴承2按间隔一个葫芦形防护罩3的高度套装在海洋立管11外，且两者外壁的长方体支撑棒平行布置。在海洋立管11外壁的上、下两个旋转轴承2中间安设一个防水电滑环14内圈，然后将内嵌线圈13缠绕在葫芦形防护罩3上部下沉台阶与防水电滑环14顶部之间以及葫芦形防护罩3下部下沉台阶与防水电滑环14底部之间的海洋立管11的外壁面。葫芦形防护罩3的迎流半环构件和尾流半环构件从两侧套装在上、下两个旋转轴承2外，并使用螺栓连接固定。

之后，在单个尾部支撑架5靠近葫芦形防护罩3一侧的口字形框架内侧布置的中间水平支撑杆12上、下两侧各安装两组垂直发电线圈16，上、下两根水平支撑杆12的上、下两侧各安装两组垂直弹簧15，在尾部支撑架5上、下两根横杆的内侧也各安装两组垂直发电线圈16，在每对布置的垂直弹簧15和垂直发电线圈16间设垂直磁棒17，且上、下两个相邻的垂直磁棒17的端部磁极相反、水平相邻的垂直磁棒17的端部磁极相同。

在单个尾部支撑架5远离葫芦形防护罩3一侧的垂直立杆上等距布置三个水平发电线圈10。在水平发电线圈10端部连接水平磁棒11，在水平磁棒11与水平支撑杆12间以水平弹簧9加质量球8的顺序循环布置6组，且水平磁棒11和水平支撑杆12都与相邻的水平弹簧9连接，三个水平磁棒11的端部磁极相同。

在尾部支撑架5远离葫芦形防护罩3的垂直立杆内壁布置四块开孔尾板，开孔尾板刚好把尾部支撑架5水平横杆与水平支撑杆12或水平支撑杆12与水平支撑杆12之间的空隙填充，但开孔尾板长度小于与水平磁棒11相连的第一个质量球8至相邻尾部支撑架5垂直立杆的距离。在三个尾部支撑架5中，中间的尾部支撑架5上安置的开孔尾板为开圆孔尾板7，而另外两个尾部支撑架5上安置的开孔尾板为开方孔尾板6。

最后，将三个尾部支撑架5按间隔45°沿周向布置在葫芦形防护罩3的背流侧。尾部支撑架5上、下部的锥形插销分别插入上、下两个旋转轴承2背流侧平行的长方体支撑棒端部的锥形插孔内，并用螺钉穿过长方体支撑棒对应的锥形插孔尖端的垂向螺纹孔，将锥形插销端部固定在锥形插孔内。

将该装置在海洋立管上安装完毕后，置于海流中工作。由于三个尾部支撑架5呈45°间隔布置，海流流动方向始终会与其中的两个尾部支撑架5存在攻角，因此海流冲击在尾部支撑架5的开孔尾板时，会推动开孔尾板，从而带动整个装置绕海洋立管1旋转。此时，尾部支撑架5上的水平磁棒11和垂直磁棒17相当于转子，缠绕在海洋立管1外壁的内嵌线圈13相当于定子，内嵌线圈13切割水平磁棒11和垂直磁棒17构成的磁感线，产生感应电流，并通过海洋立管1中部的防水电滑环14收集和外输。尾部支撑架5上的水平弹簧9和垂直弹簧15在海流冲击和绕流的作用下不断伸缩，且不同尾部支撑架5上的弹簧伸缩频次与幅度不同，伸缩的弹簧及其带动下运动的质量球8对海洋立管1的三维尾流构成深度破坏，扰乱了尾流旋涡的形成与发展。在水平弹簧9的伸缩带动下，水平磁棒11产生运动位移。与水平弹簧9相连的质量球8增加了水平弹簧9的伸缩量和伸缩频次，增大了水平磁棒11的运动位移，使得水平磁棒11与水平发电线圈10的相对位移更大、频次更高。水平发电线圈10切割水平磁棒11形成的磁感线，产生感应电流，电流通过防水集电线4输至防水电滑环14内部。同理，在垂直弹簧15的伸缩带动下，垂直磁棒17产生运动位移。垂直发电线圈16切割垂直磁棒17形成的磁感线，产生感应电流，电流也通过防水集电线4输至防水电滑环14内部。由于尾部支撑架5插销根部的外径小于旋转轴承2外壁长方体支撑棒端部的锥形插孔内径，在海流的作用下，尾部支撑架5发生水平摆动，增大尾部支撑架5上的水平弹簧9与垂直弹簧15的伸缩频次和伸缩量，进一步提高了装置的发电量。中间尾部支撑架5上的开圆孔尾板7与两侧尾部支撑架5上的开方孔尾板6的过流能力不同，受到的海流冲击力也不同，使得装置能够持续不断的摆动，确保始终保持转化海流动能的工作状态。同时，摆动的开圆孔尾板7和开方孔尾板6对海洋立管1尾部流场进行了空间上的不断调整，进一步扰乱了尾部旋涡的发展，使大旋涡破碎成小旋涡。葫芦形防护罩3轴向直径不断变化，使得不同深度的海洋立管1绕流流场出现差异，对尾部三维同轴大旋涡的形成造成干扰。此外，葫芦形防护罩3在尾部支撑架5的带动下也发生旋转，改变了海洋立管1壁面边界层分离点，进一步抑制了旋涡的形成。因此，在葫芦形防护罩3轴向变径与旋转、水平弹簧9与垂直弹簧15的伸缩、质量球8的运动、开圆孔尾板7和开方孔尾板6的摆动的共同作用下，破坏了海洋立管1绕流旋涡的形成与发展，进而抑制了涡激振动。同时，内嵌线圈13、水平发电线圈10、垂直发电线圈16不断切割磁感应线，产生电流，实现了海流能的转化。

Claims (2)

1.一种套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振装置由套筒组件和旋转组件两部分组成，套筒组件包括旋转轴承(2)、防水电滑环(14)、内嵌线圈(13)、葫芦形防护罩(3)，旋转组件包括防水集电线(4)、尾部支撑架(5)、垂直弹簧(15)、垂直发电线圈(16)、垂直磁棒(17)、水平弹簧(9)、水平发电线圈(10)、水平磁棒(11)、质量球(8)、水平支撑杆(12)、开圆孔尾板(7)和开方孔尾板(6)；旋转轴承(2)由固定件与转动件呈同心的内、外圈形式组装而成，固定件由对称的两个半环钢质构件围成，固定件的内径等于海洋立管(1)的外径，在固定件的外侧壁加工有一圈圆弧形外凸圆环；固定件从两侧套装在海洋立管(1)上，并使用螺栓连接固定；转动件也由两个半环钢质构件围成，转动件的内侧壁加工有与固定件外侧壁外凸圆环相匹配的下沉台阶状圆环滑槽，下沉台阶状圆环滑槽的横截面为正方形；在海洋立管(1)外壁的上、下两个旋转轴承(2)中间安设一个防水电滑环(14)，防水电滑环(14)内圈的内径等于海洋立管(1)的外径，防水电滑环(14)内圈从两侧套接在海洋立管(1)上，并用螺栓连接固定；防水电滑环(14)内圈外壁设有电刷轨道和电流外输通道，防水电滑环(14)外圈内壁设有阴、阳两排电刷，电刷与内圈外壁的电刷轨道接触；防水电滑环(14)内圈的上、下端面开有两个电路通道接口，用于收集套接海洋立管(1)上的内嵌线圈(13)所产生的电流；内嵌线圈(13)缠绕在葫芦形防护罩(3)上部下沉台阶与防水电滑环(14)顶部之间以及葫芦形防护罩(3)下部下沉台阶与防水电滑环(14)底部之间的海洋立管(1)的外壁面；葫芦形防护罩(3)外形呈两端小中间大的串列糖葫芦状，葫芦形防护罩(3)上、下两端口处的内径大小与旋转轴承(2)转动件外径相等；葫芦形防护罩(3)由对称的迎流半环构件和尾流半环构件组成，从两侧套装在上、下两个旋转轴承(2)外，并使用螺栓连接固定；三个尾部支撑架(5)按间隔45°沿周向布置在葫芦形防护罩(3)的背流侧；其特征在于：所述的转动件背流侧的半环钢质构件外壁沿周向均匀布置三根长方体支撑棒，每根长方体支撑棒的端部沿水平方向开有外大内小的锥形插孔，在长方体支撑棒对应锥形插孔尖端的位置沿垂向开有螺纹孔，螺纹孔贯穿锥形插孔尖端；转动件的高度是固定件的两倍，转动件的外径等于葫芦形防护罩(3)的端部下沉台阶的内径，长方体支撑棒抵近转动件外壁的一端面且仅占据转动件外壁一半的高度，另一半高度的转动件插入葫芦形整流罩(3)端部的下沉台阶内；上、下两个旋转轴承(2)按间隔一个葫芦形防护罩(3)的高度套装在海洋立管(1)外，且两者外壁的长方体支撑棒平行布置；所述的防水电滑环(14)外圈由迎流半环和背流半环组成，背流半环沿周向均匀分布有三个电路通道接口，用于接入防水集电线(4)；防水电滑环(14)外圈内嵌在葫芦形防护罩(3)内，使得防水电滑环(14)圈可以跟随葫芦形防护罩(3)一起转动；防水电滑环(14)上、下两端的内嵌线圈(13)分别接入防水电滑环(14)内圈上、下端面的电路通道接口；所₁述的葫芦形防护罩(3)的尾流半环构件中部沿周向均匀开设三个通孔，三个尾部支撑架(5)上的防水集电线(4)通过该通孔穿过葫芦形防护罩(3)连接至内部的防水电滑环(14)；所述的单个尾部支撑架(5)是由两根垂直立杆、两根水平横杆围成的口字形框架，靠近葫芦形防护罩(3)一侧的垂直立杆端面为圆弧形，且该垂直立杆的上部和下部端口处分别安设一个锥形插销，插销根部的外径小于旋转轴承(2)外壁长方体支撑棒端部的锥形插孔内径；尾部支撑架(5)上、下部的锥形插销分别插入上、下两个旋转轴承(2)背流侧平行的长方体支撑棒端部的锥形插孔内，并用螺钉穿过长方体支撑棒对应的锥形插孔尖端的垂向螺纹孔，将锥形插销端部固定在锥形插孔内；单个尾部支撑架(5)靠近葫芦形防护罩(3)一侧的口字形框架内侧沿垂向均布有三根水平支撑杆(12)，中间水平支撑杆(12)上、下两侧各布置有两组垂直发电线圈(16)，上、下两根水平支撑杆(12)的上、下两侧各布置有两组垂直弹簧(15)，在尾部支撑架(5)上、下两根横杆的内侧也各布置有两组垂直发电线圈(16)，在每对布置的垂直弹簧(15)和垂直发电线圈(16)间设垂直磁棒(17)，形成四行两列的垂直发电模块，且上、下两个相邻的垂直磁棒(17)的端部磁极相反、水平相邻的垂直磁棒(17)的端部磁极相同；单个尾部支撑架(5)远离葫芦形防护罩(3)一侧的垂直立杆上等距焊接有三个水平发电线圈(10)；三个水平发电线圈(10)与三根水平支撑杆(12)一一对应，位于同一水平线上；在水平发电线圈(10)端部连接水平磁棒(11)，在水平磁棒(11)与水平支撑杆(12)间以水平弹簧(9)加质量球(8)的顺序循环布置6组，且水平磁棒(11)和水平支撑杆(12)都与相邻的水平弹簧(9)连接，形成三行水平发电模块，三个水平磁棒(11)的端部磁极相同；在尾部支撑架(5)远离葫芦形防护罩(3)的垂直立杆内壁布置有四块开孔尾板，开孔尾板刚好把尾部支撑架(5)水平横杆与水平支撑杆(12)或水平支撑杆(12)与水平支撑杆(12)之间的空隙填充，但开孔尾板长度小于与水平磁棒(11)相连的第一个质量球(8)至相邻尾部支撑架(5)垂直立杆的距离；在三个尾部支撑架(5)中，中间的尾部支撑架(5)上安置的开孔尾板为开圆孔尾板(7)，而另外两个尾部支撑架(5)上安置的开孔尾板为开方孔尾板(6)。

2.一种套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振方法，采用如权利要求1所述的套装可旋算盘状发电架的同步发电与抑振装置，其特征在于：三个尾部支撑架(5)呈45°间隔布置，海流流动方向始终会与其中的两个尾部支撑架(5)存在攻角，海流冲击在尾部支撑架(5)的开孔尾板时推动开孔尾板带动整个装置绕海洋立管(1)旋转；内嵌线圈(13)切割水平磁棒(11)和垂直磁棒(17)构成的磁感线，产生感应电流，并通过海洋立管(1)中部的防水电滑环(14)收集和外输；尾部支撑架(5)上的水平弹簧(9)和垂直弹簧(15)在海流冲击和绕流的作用下不断伸缩，且不同尾部支撑架(5)上的弹簧伸缩频次与幅度不同，伸缩的弹簧及其带动下运动的质量球(8)对海洋立管(1)的三维尾流构成深度破坏，扰乱了尾流旋涡的形成与发展；在水平弹簧(9)的伸缩带动下，水平磁棒(11)产生运动位移；与水平弹簧(9)相连的质量球(8)增加了水平弹簧(9)的伸缩量和伸缩频次，增大了水平磁棒(11)的运动位移，使得水平磁棒(11)与水平发电线圈(10)的相对位移更大、频次更高；水平发电线圈(10)切割水平磁棒(11)形成的磁感线，产生感应电流，电流通过防水集电线(4)输至防水电滑环(14)内部；在垂直弹簧(15)的伸缩带动下，垂直磁棒(17)产生运动位移；垂直发电线圈(16)切割垂直磁棒(17)形成的磁感线，产生感应电流，电流也通过防水集电线(4)输至防水电滑环(14)内部；由于尾部支撑架(5)插销根部的外径小于旋转轴承(2)外壁长方体支撑棒端部的锥形插孔内径，在海流的作用下，尾部支撑架(5)发生水平摆动，增大尾部支撑架(5)上的水平弹簧(9)与垂直弹簧(15)的伸缩频次和伸缩量，进一步提高了装置的发电量；中间尾部支撑架(5)上的开圆孔尾板(7)与两侧尾部支撑架(5)上的开方孔尾板(6)的过流能力不同，受到的海流冲击力也不同，使得装置能够持续不断的摆动，确保始终保持转化海流动能的工作状态；同时，摆动的开圆孔尾板(7)和开方孔尾板(6)对海洋立管(1)尾部流场进行了空间上的不断调整，进一步扰乱了尾部旋涡的发展，使大旋涡破碎成小旋涡；葫芦形防护罩(3)轴向直径不断变化，使得不同深度的海洋立管(1)绕流流场出现差异，对尾部三维同轴大旋涡的形成造成干扰；此外，葫芦形防护罩(3)在尾部支撑架(5)的带动下也发生旋转，改变了海洋立管(1)壁面边界层分离点，进一步抑制了旋涡的形成；因此，在葫芦形防护罩(3)轴向变径与旋转、水平弹簧(9)与垂直弹簧(15)的伸缩、质量球(8)的运动、开圆孔尾板(7)和开方孔尾板(6)的摆动的共同作用下，破坏了海洋立管(1)绕流旋涡的形成与发展，进而抑制了涡激振动；同时，内嵌线圈(13)、水平发电线圈(10)、垂直发电线圈(16)不断切割磁感应线，产生电流，实现了海流能的转化。

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