CN210882540U - 一种基于非线性能量阱的海洋平台减振馈能装置 - Google Patents

Abstract

一种基于非线性能量阱的海洋平台减振馈能装置，属于深水海洋钻井平台领域。是由平台、横‑纵荡非线性能量阱与垂荡非线性能量阱组成的。横‑纵荡非线性能量阱安装在平台的四周可减小平台的横荡和纵荡，垂荡非线性能量阱安装在平台的下方可减小平台的垂荡；横‑纵荡非线性能量阱与垂荡非线性能量阱中具有质量块、弹簧、直轴、直线发电机等结构，直线发电机布设在质量块与直轴之间，平台受到载荷产生运动响应时，弹簧带动质量块在直轴上往复运动，在此过程中，质量块与直轴之间的直线发电机将振动能量转化为电能，从而在减小海洋平台运动响应的同时产生可供平台使用的电能，实现能量的充分利用。

Description

一种基于非线性能量阱的海洋平台减振馈能装置

技术领域

本发明涉及一种基于非线性能量阱的海洋平台减振馈能装置，具体地说是安装了减振的同时又能发电的非线性能量阱的海洋平台，属于深水海洋钻井平台领域。

背景技术

随着油气资源的勘探开发逐步走向海洋，海洋平台作为最主要的基础设备，受到大规模的应用。海洋平台工作在比较恶劣的海洋环境中，受到风、浪、流等各种载荷的作用，会产生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡六种运动响应。这些运动会对平台上的建筑物造成一定程度的破坏，影响设备工作过程的稳定性，降低平台的使用寿命，给平台上的工作人员带来不适感，影响工作人员的安全。同时这些运动也会带来巨大的能量，传统的减振方法或增加子系统将振动源和主结构隔离开，或是通过其自身带有的阻尼将能量耗散掉，在没有提供较优的减振效果的同时，也都没有将巨大的能量加以利用，造成能源的浪费。

发明内容

针对上述的不足，本发明提供了一种基于非线性能量阱的海洋平台减振馈能装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于非线性能量阱的海洋平台减振馈能装置，是由平台、横-纵荡非线性能量阱与垂荡非线性能量阱组成的，所述的平台由甲板、立柱和浮箱组成，甲板在上通过立柱与下方的浮箱刚性连接，横-纵荡非线性能量阱安装在甲板下方相邻两个立柱之间，垂荡非线性能量阱安装在甲板下方两侧。

所述的横-纵荡非线性能量阱是由质量块、弹簧、横-纵荡非线性能量阱弹簧安装板、直线发电机、直轴、滑轨和横-纵荡非线性能量阱安装板组成的，横- 纵荡非线性能量阱通过左右两端的横-纵荡非线性能量阱安装板安装在甲板下方相邻两立柱之间，上下两个横-纵荡非线性能量阱弹簧安装板分别安装在甲板下方和浮箱上方，两端的两个横-纵荡非线性能量阱安装板通过四个正方形分布的滑轨和一个直轴连接，直轴在正方形的中心点处，质量块安装在两个横-纵荡非线性能量阱弹簧安装板之间，滑轨和直轴穿过质量块，质量块可在滑轨和直轴上左右滑动，质量块上方和下方分别安装有两个弹簧，弹簧另一端与横-纵荡非线性能量阱弹簧安装板相连接，直线发电机安装在质量块内部中心的直轴上。

所述的垂荡非线性能量阱是由质量块、弹簧、直线发电机、直轴、垂荡非线性能量阱安装板、连接柱和垂荡非线性能量阱弹簧安装板组成的，垂荡非线性能量阱通过垂荡非线性能量阱安装板安装在甲板下方两侧，垂荡非线性能量阱安装板下方两侧分别连接两个连接柱，中心处安装一个直轴，两侧连接柱下端分别连接一个垂荡非线性能量阱弹簧安装板，质量块设置在两个垂荡非线性能量阱弹簧安装板中间，并且直轴从质量块中心穿过，质量块可在直轴上上下滑动，质量块左右两侧分别安装有四个弹簧，弹簧另一端与垂荡非线性能量阱弹簧安装板相连接，直线发电机安装在质量块内部中心的直轴上。

所述的直线发电机是由气隙、定子铁芯、绕组、动子磁极和永磁体组成的，定子铁芯镶嵌在质量块内部，与质量块一同在直轴上滑动，绕组安装在定子铁芯上间隔布置的安装槽中，永磁体安装在直轴上，动子磁极间隔分布在永磁体外侧，相邻两个动子磁极直接留有气隙，动子磁极外侧与定子铁芯和绕组相接触。

该发明的有益之处是，本发明的海洋平台在深海工作过程中，受到风、浪、流等各种载荷产生横荡、纵荡、垂荡等运动响应时，附着在平台上的动力吸振器中的质量块会随着平台各个方向的运动响应产生相应的往复运动，这种往复运动可以反过来作用于平台从而减小平台的运动，并且将平台运动产生的能量吸收到自身装置上，传统的线性吸振器只在固有频率附近很小的一个频带内具有减振效果，随着所受载荷的频率发生变化其固有频率也会发生变化，减振性能会大幅度下降，而非线性能量阱中的非线性可以保证能与平台发生内共振，可一个较宽的频带内达到很好的振动抑制能力，同时非线性能量阱可以通过靶能量传递将平台运动产生的能量完全转移到其自身装置上。通过将非线性能量阱中的阻尼转换为直线发电机，即可将原本由非线性能量阱中的阻尼耗散掉的能量，通过发电机转化为电能，发出的电能可供平台使用。此装置可在最大程度减小平台横荡、纵荡以及垂荡响应的同时发出电能，实现资源的充分利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为横-纵荡非线性能量阱的结构示意图；

图3为垂荡非线性能量阱的结构示意图；

图4为直线发电机结构及安装位置剖面图；

图5为垂荡非线性能量阱安装位置主视图；

图6为垂荡非线性能量阱安装位置侧视图；

图中，1、平台，101、甲板，102、立柱，103、浮箱，2、横-纵荡非线性能量阱，201、横-纵荡非线性能量阱弹簧安装板，202、横-纵荡非线性能量阱安装板，203、滑轨，3、垂荡非线性能量阱，301、垂荡非线性能量阱安装板，302、连接柱，303、垂荡非线性能量阱弹簧安装板，4、直轴，5、直线发电机，501、气隙，502、定子铁芯，503、绕组，504、动子磁极，505、永磁体，6、质量块，7、弹簧。

具体实施方式

一种基于非线性能量阱的海洋平台减振馈能装置，是由平台1、横-纵荡非线性能量阱2与垂荡非线性能量阱3组成的，所述的平台1由甲板101、立柱 102和浮箱103组成，甲板101在上通过立柱102与下方的浮箱103刚性连接，横-纵荡非线性能量阱2安装在甲板101下方相邻两个立柱102之间，垂荡非线性能量阱3安装在甲板101下方两侧。

所述的横-纵荡非线性能量阱2是由质量块6、弹簧7、横-纵荡非线性能量阱弹簧安装板201、直线发电机5、直轴4、滑轨203和横-纵荡非线性能量阱安装板202组成的，横-纵荡非线性能量阱2通过左右两端的横-纵荡非线性能量阱安装板202安装在甲板101下方相邻两立柱102之间，上下两个横-纵荡非线性能量阱弹簧安装板201分别安装在甲板101下方和浮箱103上方，两端的两个横-纵荡非线性能量阱安装板202通过四个正方形分布的滑轨203和一个直轴4 连接，直轴4在正方形的中心点处，质量块6安装在两个横-纵荡非线性能量阱弹簧安装板201之间，滑轨203和直轴4穿过质量块6，质量块6可在滑轨203 和直轴4上左右滑动，质量块6上方和下方分别安装有两个弹簧7，弹簧7另一端与横-纵荡非线性能量阱弹簧安装板201相连接，直线发电机5安装在质量块 6内部中心的直轴4上。

所述的垂荡非线性能量阱3是由质量块6、弹簧7、直线发电机5、直轴4、垂荡非线性能量阱安装板301、连接柱302和垂荡非线性能量阱弹簧安装板303 组成的，垂荡非线性能量阱3通过垂荡非线性能量阱安装板301安装在甲板101 下方两侧，垂荡非线性能量阱安装板301下方两侧分别连接两个连接柱302，中心处安装一个直轴4，两侧连接柱302下端分别连接一个垂荡非线性能量阱弹簧安装板303，质量块6设置在两个垂荡非线性能量阱弹簧安装板303中间，并且直轴4从质量块6中心穿过，质量块6可在直轴4上上下滑动，质量块6左右两侧分别安装有四个弹簧7，弹簧7另一端与垂荡非线性能量阱弹簧安装板301 相连接，直线发电机5安装在质量块6内部中心的直轴4上。

所述的直线发电机5是由气隙501、定子铁芯502、绕组503、动子磁极504 和永磁体505组成的，定子铁芯502镶嵌在质量块6内部，与质量块6一同在直轴4上滑动，绕组503安装在定子铁芯502上间隔布置的安装槽中，永磁体 505安装在直轴4上，动子磁极504间隔分布在永磁体505外侧，相邻两个动子磁极504直接留有气隙501，动子磁极504外侧与定子铁芯502和绕组503相接触。

当该装置在海上工作受到风或流的作用时，海洋平台1会产生横荡和纵荡响应，安装在平台1立柱102之间的四个横-纵荡非线性能量阱2中的质量块6 会在弹簧7的作用下产生往复运动，通过四根滑轨203的支承，质量块6不能产生纵向位移，只能在滑轨203上横向滑动。质量块6沿滑轨203横向往复运动的同时，安装在质量块6上方和下方的弹簧7会随着质量块6的移动而伸长，由于弹簧7被拉伸的方向是倾斜的，所以弹簧7作用在质量块6上的回复力是非线性的，通过质量块6往复运动产生的作用力反作用于平台1，与平台1产生的横荡和纵荡响应相抵消，即可以减小平台1的横荡和纵荡响应，此过程即是将平台1的运动能量转移到横-纵荡非线性能量阱2中。质量块6沿滑轨203往复运动的同时也会沿直轴4往复运动，此时安装在质量块6中的定子铁芯502 和安装在直轴4上的动子磁极504会发生相对运动，设置在定子铁芯502槽中的绕组503会切割磁感线，从而产生电能。

当该装置在海上工作受到浪的作用时，平台1会产生垂荡响应，安装在平台1甲板101下方的垂荡非线性能量阱3中的质量块6会在弹簧7的作用在竖直方向沿直轴4做往复运动，通过直轴4的限位，质量块6不能产生水平方向的位移，质量块6在竖直方向运动的同时，安装在质量块6左侧和右侧的弹簧7 会随着质量块6的移动而伸长，由于弹簧7被拉伸的方向是倾斜的，所以弹簧7 作用在质量块6上的力也是非线性的，与横-纵荡非线性能量阱2的减振发电原理相同，垂荡非线性能量阱3的质量块6在往复运动的过程中反作用于平台而减小平台1的垂荡，安装在质量块6中的定子铁芯502和安装在直轴4上的动子磁极504会发生相对运动，定子铁芯502槽中的绕组503会切割磁感线，从而产生电能。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于非线性能量阱的海洋平台减振馈能装置，是由海洋平台、横-纵荡非线性能量阱与垂荡非线性能量阱组成的，其特征在于：所述的海洋平台由甲板、立柱和浮箱组成，甲板在上通过立柱与下方的浮箱刚性连接，横-纵荡非线性能量阱安装在甲板下方相邻两个立柱之间，垂荡非线性能量阱安装在甲板下方两侧。

2.如权利要求1所述的一种基于非线性能量阱的海洋平台减振馈能装置，其特征在于，所述的横-纵荡非线性能量阱是由质量块、弹簧、横-纵荡非线性能量阱弹簧安装板、直线发电机、直轴、滑轨和横-纵荡非线性能量阱安装板组成的，横-纵荡非线性能量阱通过左右两端的横-纵荡非线性能量阱安装板安装在甲板下方相邻两立柱之间，上下两个横-纵荡非线性能量阱弹簧安装板分别安装在甲板下方和浮箱上方，两端的两个横-纵荡非线性能量阱安装板通过四个正方形分布的滑轨和一个直轴连接，直轴在正方形的中心点处，质量块安装在两个横-纵荡非线性能量阱弹簧安装板之间，滑轨和直轴穿过质量块，质量块可在滑轨和直轴上左右滑动，质量块上方和下方分别安装有两个弹簧，弹簧另一端与横-纵荡非线性能量阱弹簧安装板相连接，直线发电机安装在质量块内部中心的直轴上。

3.如权利要求1所述的一种基于非线性能量阱的海洋平台减振馈能装置，其特征在于，所述的垂荡非线性能量阱是由质量块、弹簧、直线发电机、直轴、垂荡非线性能量阱安装板、连接柱和垂荡非线性能量阱弹簧安装板组成的，垂荡非线性能量阱通过垂荡非线性能量阱安装板安装在甲板下方两侧，垂荡非线性能量阱安装板下方两侧分别连接两个连接柱，中心处安装一个直轴，两侧连接柱下端分别连接一个垂荡非线性能量阱弹簧安装板，质量块设置在两个垂荡非线性能量阱弹簧安装板中间，并且直轴从质量块中心穿过，质量块可在直轴上上下滑动，质量块左右两侧分别安装有四个弹簧，弹簧另一端与垂荡非线性能量阱弹簧安装板相连接，直线发电机安装在质量块内部中心的直轴上。

4.如权利要求2所述的一种基于非线性能量阱的海洋平台减振馈能装置，其特征在于，所述的直线发电机是由气隙、定子铁芯、绕组、动子磁极和永磁体组成的，定子铁芯镶嵌在质量块内部，与质量块一同在直轴上滑动，绕组安装在定子铁芯上间隔布置的安装槽中，永磁体安装在直轴上，动子磁极间隔分布在永磁体外侧，相邻两个动子磁极直接留有气隙，动子磁极外侧与定子铁芯和绕组相接触。

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