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与流程

技术特征：
1.一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（23）、套筒（3）、套尾连接轴（16）；侧翼旋转模块包括发电叶轮（4）、弧形磁铁（15）、发电线圈（13）、叶轮固定轴；尾部摆动模块包括前内嵌磁铁开孔尾板（6）、后内嵌磁铁开孔尾板（11）、导线缠绕板（8）、啮合齿轮（10）、转板轴（12）、尾板连接件（25）；转动轴承（23）为内嵌圆柱滚子的内外圈结构，转动轴承（23）内径与立管（1）外径相等，上、下两个转动轴承（23）按间隔一个套筒（3）的高度套装在立管（1）外壁；套筒（3）的上、下两端的转动轴承（23）外分别用圆环形端盖密封，端盖由前置端盖（2）和后端盖（27）拼接而成，前置端盖（2）位于引流入口的上、下两侧，前置端盖（2）周向弧长大于后端盖（27），前置端盖（2）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；在套筒（3）上、下两个相对的前置端盖（2）伸出的支撑薄板间安装叶轮固定轴，共两根；一根叶轮固定轴外串接安装三个发电叶轮（4），发电叶轮（4）为平轴叶片式叶轮，每个发电叶轮（4）均套装在上、下两个叶轮轴承（23）外，叶轮轴承（23）套装在叶轮固定轴上；发电叶轮（4）的高度等于两个叶轮轴承（23）之间的高度，发电叶轮（4）中心开有圆孔，圆孔直径与叶轮固定轴的直径相等；发电叶轮（4）中心开孔的两侧对称开有两个弧形槽，每个弧形槽中安置有一块弧形磁铁（15），且对称安置的两块弧形磁铁（15）磁极相反；叶轮固定轴的外壁缠绕有发电线圈（13），发电线圈（13）的高度为发电叶轮（4）高度减去叶轮轴承（23）的高度；前内嵌磁铁开孔尾板（6）为一矩形薄板，自上而下等间距开有三个凹槽，每个凹槽内安装有一块条形磁铁（5），安装方式为卡板螺母连接；在每两块条形磁铁（5）间的前内嵌磁铁开孔尾板（6）上开有贯穿的过流筛孔，使两侧流体连通；后内嵌磁铁开孔尾板转板轴（12）与前内嵌磁铁开孔尾板（6）连接端之间的区域自上而下等间距开有三个凹槽，每个凹槽内安装有一块条形磁铁（5），安装方式为卡板螺母连接；在每两块条形磁铁（5）间的后内嵌磁铁开孔尾板（11）上开有贯穿的过流筛孔，使两侧流体连通；其特征在于：所述的套筒（3）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；在引流入口正上方的套筒（3）开有空腔，空腔用水平隔板（24）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（20）与一个数字信号处理器（26）；空腔的下层放置有一个整流装置（21）与一个电能储存装置（22）；导线缠绕板（8）为一矩形薄板，上、下端对称开有感应导线穿孔，感应导线（9）呈“s”型从导线缠绕板（8）的两侧穿过感应导线穿孔固定；在套筒3引流入口的背侧中部固定连接导线缠绕板（8），且导线缠绕板（8）位于垂直平面；在套筒（3）两个泄流出口之间且位于导线缠绕板（8）两侧设有两根垂向连接杆，用于连接两块前内嵌磁铁开孔尾板（6），在每根连接杆上有上、下两个板轴连接件（17），对应板轴连接件（17）的连接杆处有缩径；缩径段的外壁开有半圆形凹槽，内嵌了圆柱滚子；每个板轴连接件（17）由两半组成，每半板轴连接件（17）又包括半圆部分与矩形部分，两半板轴连接件（17）的半圆部分箍紧缩径处的圆柱滚子，两半板轴连接件（17）的矩形部分并拢后嵌入前内嵌磁铁开孔尾板（6）端部的凹槽内，并且板轴连接件（17）矩形部分开设的圆孔与前内嵌磁铁开孔尾板（6）端部的螺纹孔对齐，通过螺栓紧固；所述的前内嵌磁铁开孔尾板（6）未与套筒（3）连接的另一端上、下各伸出一个开孔短柄；在上、下开孔短柄之间安置有一根转轴，在转轴两端紧邻上、下开孔短柄的内侧安装有上、下两块啮合齿轮（10）；后内嵌磁铁开孔尾板（11）与前内嵌磁铁开孔尾板（6）相连的一侧上、下两端也各伸出一个开孔短柄，
在上、下开孔短柄间安有带两块啮合齿轮（10）的转轴，且后内嵌磁铁开孔尾板（11）上的啮合齿轮（10）与前内嵌磁铁开孔尾板（6）上的啮合齿轮（10）配对咬合；在前内嵌磁铁开孔尾板（6）转轴与咬合配对的后内嵌磁铁开孔尾板（11）转轴的两端安装有尾板连接件（25），实现限位；两块后内嵌磁铁开孔尾板（11）高度和厚度与前内嵌磁铁开孔尾板（6）一致，但后内嵌磁铁开孔尾板（11）的宽度为前内嵌磁铁开孔尾板（6）宽度的1.5倍；在后内嵌磁铁开孔尾板（11）宽度的三分之二处开设有圆柱孔，内插转板轴（12），转板轴（12）穿过两块后内嵌磁铁开孔尾板（11），使两块后内嵌磁铁开孔尾板（11）呈剪刀状绕转板轴（12）摆动。2.采用如权利要求1所述的利用尾板开合与叶轮旋转抑振发电一体化装置，其特征在于：所述的引流入口对应的圆心角为90
°
，泄流出口对应的圆心角为10
°
；所述的引流入口正上方的套筒（3）空腔所对应的圆心角为180
°
；所述的端盖高度为转动轴承（23）一半，前置端盖（2）所对应的圆心角为240
°
，后端盖（27）所对应的圆心角为120
°
，前置端盖（2）和后端盖（27）内径与转动轴承（23）外径相等。3.一种利用尾板开合与叶轮旋转抑振发电一体化方法，采用如权利要求1所述的利用尾板开合与叶轮旋转抑振发电一体化装置，其特征在于：尾部摆动模块与海流流动方向存在攻角时，尾部摆动模块在海流的冲击下发生旋转，并带动整个套筒（3）旋转，直至尾部摆动模块绕至立管（1）的背流侧；一部分海流从套筒（3）的引流入口进入，并从两个泄流出口流出，另一部分海流冲击发电叶轮（4）的叶片使发电叶轮（4）旋转，给绕流边界层注入了额外的动量，延迟了边界层的分离；同时，发电叶轮（4）转动带动内嵌弧形磁体（15）旋转，使缠绕在叶轮固定轴上的发电线圈（13）切割磁感线，产生感应电流；套筒（3）泄流出口喷射出的海流与外部海流共同冲击两块前内嵌磁铁开孔尾板（6），使两块前内嵌磁铁开孔尾板（6）向导线缠绕板（8）靠拢，沿着前内嵌磁铁开孔尾板（6）流动的海流对两块前内嵌磁铁开孔尾板（6）产生挤压作用，促进了两块前内嵌磁铁开孔尾板（6）的合拢；随着两块前内嵌磁铁开孔尾板（6）距离减小，条形磁铁（5）产生的排斥力越大，使两块前内嵌磁铁开孔尾板（6）向背离导线缠绕板（8）的方向张开；同时，部分海流从前内嵌磁铁开孔尾板（6）的过流筛孔通过，穿过过流筛孔的海流沿着导线缠绕板（8）流动，导线缠绕板（8）将背侧水流隔开，分隔了尾涡的发展空间；穿过前内嵌磁铁开孔尾板（6）的海流对后内嵌磁铁开孔尾板（11）产生冲击，在磁铁排斥力共同作用下撑开尾部摆动模块形成的内部区域，推动了尾部摆动模块的开合摆动，且海流从两块后内嵌磁铁开孔尾板（11）的过流筛孔穿过，与外部海流共同冲击、挤压后内嵌磁铁开孔尾板（11）的后三分之一区域，促进尾部摆动模块的合拢；尾部摆动模块的往复开合摆动对立管（1）尾流区产生深度扰动，破坏了旋涡的脱落与发展；且尾部摆动模块的开合摆动使导线缠绕板（8）上的感应导线（9）不断切割磁感线，产生持续电流；整个装置产生的电流经电缆传输到整流装置（21）转变为直流电，储存在电能储存装置（22）中给振动监测系统供电；振动传感器（20）将采集到的振动位移、加速度等信息通过数字信号处理器（26）转化为数字信号，利用水下发射换能器（7）发射声呐载波信号，将采集到的振动信息传递给海上平台人机交互界面，作业人员根据人机交互界面实时监测立管（1）振动信息，从而评估立管（1）的服役状态；因此，在侧翼发电叶轮（4）旋转扰动绕流边界层，套筒（3）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，改变了边界层分离点，破坏了尾流涡街的三维结构，抑制了旋涡的形成与发展，从而实现了无能耗的涡激振动抑制，并且发电叶轮（4）旋转、尾部摆动模块开合摆动使感应导线（9）切割磁感线产生电流，
将电量供给振动监测装置，在抑制涡激振动的同时实现了海流能的转化与利用。

技术总结
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。转化与利用。转化与利用。


技术研发人员：朱红钧 胡有宁 刘洪 粟华忠 刘红叶 丁志奇 褚鑫 唐堂 钟家文
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2021.09.20
技术公布日：2021/11/8