用于海上风机的双环式多功能非线性能量阱及其施工方法与流程

用于海上风机的双环式多功能非线性能量阱及其施工方法
1.技术领域：本发明涉及一种用于海上风机的双环式多功能非线性能量阱及其施工方法。
2.

背景技术：
远海风机所处风环境较恶劣，具有风速大、风向角突变、非平稳性强等特点，使风机产生较剧烈的振动，增大风机损伤甚至倒塌的风险，亟需增设风机振动控制装置，实现风机风振的有效控制；另外，远海风环境的气象监测缺少可靠的测风塔，不能提供足够的数据用于远洋航海航运的气象预报，实现远海气象监测。
3.

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种用于海上风机的双环式多功能非线性能量阱及其施工方法，该用于海上风机的双环式多功能非线性能量阱能够很大程度消耗风机振动能量，减少风机损伤。
4.本发明用于海上风机的双环式多功能非线性能量阱，其特征在于：包括用于与海上风机固定连接的底部端板和连接在底部端板上的纵、横向轨道，所述纵、横向轨道包括外轨道圆环和垂直固定在外轨道圆环内的内轨道圆环，所述外轨道圆环和内轨道圆环的内顶部固定设有限位弹簧，所述外轨道圆环和内轨道圆环的体内分别设有能够在轨道内滚动的小球，所述外轨道圆环和内轨道圆环的内壁底部固定设有压电薄膜，所述外轨道圆环与底部端板之间设有与压电薄膜电性连接的风向风速检测仪，所述小球与压电薄膜滚动摩擦所产生的电荷输送给风向风速检测仪，以为风向风速检测仪供电。
5.进一步的，上述外轨道圆环与内轨道圆环的下部通过连接卡扣进行固定。
6.进一步的，上述外轨道圆环与内轨道圆环的上部壁体分别穿设有同轴的通孔，所述同轴的通孔内穿设有螺栓和螺母固定。
7.进一步的，上述外轨道圆环和内轨道圆环的侧部固定设有偏航叶片，该偏航叶片形状呈直角梯形，直角梯形的短边与外轨道圆环或内轨道圆环的侧部固定连接。
8.进一步的，上述外轨道圆环和内轨道圆环由3d打印制成。
9.进一步的，上述外轨道圆环和内轨道圆环分别由两半片体拼合形成。
10.本发明用于海上风机的双环式多功能非线性能量阱的施工方法，其特征在于：用于海上风机的双环式多功能非线性能量阱包括用于与海上风机固定连接的底部端板和连接在底部端板上的纵、横向轨道，所述纵、横向轨道包括外轨道圆环和垂直固定在外轨道圆环内的内轨道圆环，所述外轨道圆环和内轨道圆环的内顶部固定设有限位弹簧，所述外轨道圆环和内轨道圆环的体内分别设有能够在轨道内滚动的小球，所述外轨道圆环和内轨道圆环的内壁底部固定设有压电薄膜，所述外轨道圆环与底部端板之间设有与压电薄膜电性连接的风向风速检测仪，所述小球与压电薄膜滚动摩擦所产生的电荷输送给风向风速检测仪，以为风向风速检测仪供电；施工时，1）准备与风机连接的底部端板；2）将风向风速检测仪与底部端板焊接；3）采用3d金属打印制作纵、横向轨道半体和偏航叶片；4）将压电薄膜安装在纵、横向轨道的内
壁底部；5）将限位弹簧和小球分别放置于轨道顶部和底部；6）将纵、横向轨道半体沿着环向缝合；7）将外轨道圆环与内轨道圆环进行连接，其中顶部采用螺栓连接，底部采用连接卡扣连接。
11.本发明将压电薄膜放在轨道圆环的底部内壁上，小球在运动过程中，通过与压电薄膜挤压接触可将动能转化为电能，为风速风向采集仪提供电源，减小了能源的消耗，实现了设备能源内循环的功能；偏航叶片，能随风调节双环式非线性能量阱的迎风角度，使其处于风力最大的角度，最大程度消耗风振能量，通过偏航叶片的转动角度和速度，实现风向和风速的监测功能，此发明解决了现有海上风机的所具有的问题，具有广阔的应用前景。
12.附图说明：图1是本发明的俯视构造示意图；图2是本发明的a-a剖面构造示意图；图3是本发明的b-b剖面构造示意图；图4是轨道圆环的局部构造示意图。
13.具体实施方式：下面结合实施例对本发明方法作进一步的详细说明。需要特别说明的是，本发明的保护范围应当包括但不限于本实施例所公开的技术内容。
14.本发明用于海上风机的双环式多功能非线性能量阱包括用于与海上风机固定连接的底部端板9和连接在底部端板上的纵、横向轨道4，所述纵、横向轨道包括外轨道圆环401和垂直固定在外轨道圆环内的内轨道圆环402，外轨道圆环和内轨道圆环均是圆环形管，外轨道圆环和内轨道圆环可以即由塑料管、钢管绕制而成。
15.外轨道圆环和内轨道圆环的内顶部固定设有限位弹簧2，限位弹簧2的固定点位置位于限位弹簧2的中部，所述外轨道圆环和内轨道圆环的体内分别设有能够在轨道内滚动的小球6，小球6在滚动过程中冲击限位弹簧，由限位弹簧吸收能量，所述外轨道圆环和内轨道圆环的内壁底部固定设有压电薄膜10，小球6在滚动过程与压电薄膜10摩擦或压迫形成电荷，从而为风向风速检测仪供电。
16.外轨道圆环与底部端板之间设有与压电薄膜电性连接的风向风速检测仪7，外轨道圆环与风向风速检测仪7的一端部连接，风向风速检测仪7的另一端部与底部端板连接，从而在受风作用下，外轨道圆环转动，外轨道圆环的转动速度和方向即被风向风速检测仪7所记录。
17.进一步的，为了方便固定，上述外轨道圆环与内轨道圆环的下部通过连接卡扣5进行固定；上述外轨道圆环与内轨道圆环的上部壁体分别穿设有同轴的通孔，所述同轴的通孔内穿设有螺栓和螺母1固定。
18.进一步的，为了设计合理，上述外轨道圆环和内轨道圆环的侧部固定设有偏航叶片3，该偏航叶片形状呈直角梯形，直角梯形的短边与外轨道圆环或内轨道圆环的侧部固定连接。
19.进一步的，为了方便制作，上述外轨道圆环和内轨道圆环可以由3d打印制成；上述外轨道圆环和内轨道圆环分别由两半片体拼合形成，拼合面为圆环面。
20.本发明用于海上风机的双环式多功能非线性能量阱的施工方法，用于海上风机的双环式多功能非线性能量阱包括用于与海上风机固定连接的底部端板和连接在底部端板
上的纵、横向轨道，所述纵、横向轨道包括外轨道圆环和垂直固定在外轨道圆环内的内轨道圆环，所述外轨道圆环和内轨道圆环的内顶部固定设有限位弹簧，所述外轨道圆环和内轨道圆环的体内分别设有能够在轨道内滚动的小球，所述外轨道圆环和内轨道圆环的内壁底部固定设有压电薄膜，所述外轨道圆环与底部端板之间设有与压电薄膜电性连接的风向风速检测仪，所述小球与压电薄膜滚动摩擦所产生的电荷输送给风向风速检测仪，以为风向风速检测仪供电；施工时，1）准备与风机连接的底部端板；2）将风向风速检测仪与底部端板焊接；3）采用3d金属打印制作纵、横向轨道半体和偏航叶片；4）将压电薄膜安装在纵、横向轨道的内壁底部；5）将限位弹簧和小球分别放置于轨道顶部和底部；6）将纵、横向轨道半体沿着环向缝合；7）将外轨道圆环与内轨道圆环进行连接，其中顶部采用螺栓连接，底部采用连接卡扣连接。
21.本发明将压电薄膜放在轨道圆环的底部内壁上，小球在运动过程中，通过与压电薄膜挤压接触可将动能转化为电能，为风速风向采集仪提供电源，减小了能源的消耗，实现了设备能源内循环的功能；偏航叶片，能随风调节双环式非线性能量阱的迎风角度，使其处于风力最大的角度，最大程度消耗风振能量，通过偏航叶片的转动角度和速度，实现风向和风速的监测功能，此发明解决了现有海上风机的所具有的问题，具有广阔的应用前景。
22.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
23.本发明用于海上风机的双环式多功能非线性能量阱为工厂预制的构件，重量较轻，加工质量好，施工便捷；纵、横向轨道，使风机能够减小任意方向的风振；小球能够消耗风机振动能量；将压电薄膜放在圆管轨道内壁上，小球在运动过程中，通过与压电薄膜挤压接触可将动能转化为电能，为风速风向采集仪提供电源，减小了能源的消耗，实现了设备能源内循环的功能；偏航叶片，能调节双环式非线性能量阱的迎风角度，使其处于风力最大的角度，最大程度消耗风振能量，通过偏航叶片的转动角度和速度，实现风向和风速的监测功能，此发明解决了现有海上风机的所具有的问题，具有广阔的应用前景。
24.为了节省钢材用量，提高材料利用率，降低成本，双向轨道（纵、横向轨道）和偏航叶片可以采用3d金属打印形式实现；为能减小各个方向风振所带来的动能，采用纵、横向双轨道；为进一步加强构件的耗能能力，在轨道内部顶部设置限位弹簧；为最大程度消耗风振能量，采用偏航叶片用于自动调节双环式非线性能量阱的迎风角度，使其处于风力最大的角度；为实现风向和风速的气象监测功能，通过偏航叶片连接位于支座底部的风向风速检测仪；为能给底部风向风速检测仪提供电源，在纵、横向双轨道内部放置压电薄膜，通过小球与其接触摩擦产生能量。