一種安設壓電片的旋槳式同步發電與抑振裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種安設壓電片的旋槳式同步發電與抑振裝置及方法，裝置由旋轉模塊和導電模塊兩部分組成。導電模塊由螺旋線圈、導電圓環線圈、圓環線圈固定片、固定片上卡箍、固定片下卡箍、連接導線、輸出導線和線圈套筒組成；旋轉模塊由葉片外套筒、旋轉軸承、內嵌磁條葉片、壓電片、壓電片導線和旋轉卡口組成。旋轉模塊在海流沖擊下繞立管旋轉，同步實現磁感應線切割和壓電片變形，產生電流；同時，內嵌磁條葉片和壓電片旋轉時破壞了立管周圍的繞流流場，干擾了邊界層分離和旋渦的產生，抑制了渦激振動，一舉兩得。

Rotary propeller type synchronous power generation and vibration suppression device and method for mounting piezoelectric chip

The invention relates to a propeller type synchronous power generation and vibration suppression device and a method for mounting a piezoelectric chip. The device is composed of two parts of a rotating module and a conductive module. The conductive module is composed of a spiral coil, the conductive ring coil, coil fixed plate and the fixed plate clamps, fixed piece clamps, connecting wires, output conductor and coil sleeve; the rotating module by the blade outer sleeve, rotary bearing, magnetic stripe, leaf embedded piezoelectric, piezoelectric wire and rotary bayonet. The rotating module in the current impact around the riser rotation, synchronization of magnetic induction line cutting and piezoelectric deformation, produce current; at the same time, the embedded magnetic stripe and a piezoelectric rotary blade damage of the vertical flow field around the tube, the interference of boundary layer separation and vortex suppression of vortex induced vibration, shooting two birds with one stone.

【技術實現步驟摘要】
一種安設壓電片的旋槳式同步發電與抑振裝置及方法
本專利技術屬于海洋新能源利用及立管設施鋪設
，具體涉及一種安設壓電片的旋槳式同步發電與抑振裝置及方法。
技術介紹
在經濟社會高速發展的今天，能源需求量節節攀升，而已探明的石油、天然氣等不可再生能源儲量逐年下降，使能供需矛盾異常突出。因此，向海洋要能源，開發海洋油氣資源及利用海洋能便成為了各國解決能源危機的重要突破口。海洋儲藏著巨大的油氣資源，也蘊藏著巨大的能量，更為關鍵的是海洋能源不僅清潔環保，而且是一種取之不竭的可再生能源，包括海洋風能、波浪能、潮流能、海流能、溫差能和鹽差能等。在海洋油氣開發時，立管是連接海床井口或海底管道與海面浮式設施的關鍵紐帶，其在海洋環境中服役的安全性十分重要，而造成立管疲勞失效的主要原因是波浪和海流作用形成的渦激振動。一旦立管失效，不僅會產生嚴重的油氣泄漏事故，造成巨大的經濟損失，還會對海洋環境構成災難性破壞。因此，各種振動抑制方法被提出，主要有兩種方式：一是對結構進行剛性加固，或者改變尺度提高其剛度，從而改變構件的自振頻率，避免它與旋渦泄放頻率相近；二是改變結構截面形狀，破壞結構尾流旋渦的規律性泄放，如在結構上安裝螺旋列板、整流罩等。倘若借用立管，在其上安裝某種裝置，既能有效抑制渦激振動，又能將海流的能量轉化為電能，將起到一舉兩得的功效。
技術實現思路
本專利技術所解決的問題是針對現有立管振動抑制裝置與海流發電裝置的相互孤立，提供一種安設壓電片的旋槳式同步發電與抑振裝置及方法。為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種安設壓電片的旋槳式同步發電與抑振裝置由旋轉模塊和導電模塊兩部分組成。導電模塊由螺旋線圈、導電圓環線圈、圓環線圈固定片、固定片上卡箍、固定片下卡箍、連接導線、輸出導線和線圈套筒組成。螺旋線圈是外覆絕緣層的金屬線圈，沿立管軸向呈螺旋上升狀環繞在立管外壁，其端部連接輸出導線，用于將電流引出。導電圓環線圈為圓環形線圈，其內徑大于立管外徑，在立管的上、下兩端各套有一個導電圓環線圈。導電圓環線圈與螺旋線圈之間通過連接導線連接，使電流能夠在兩者之間流通。導電圓環線圈內側周向每間隔120°的位置向立管外壁伸出一個撐桿，撐桿末端設圓弧形圓環線圈固定片，圓環線圈固定片與立管外壁貼合。固定片上卡箍和固定片下卡箍均為圓環形結構，內徑等于立管外徑，每個導電圓環線圈的圓環線圈固定片均通過固定片上卡箍和固定片下卡箍卡裝固定其上、下兩側，使導電圓環線圈固定。固定片上卡箍和固定片下卡箍在立管外壁與螺旋線圈重疊部分開設缺口，使螺旋線圈可安全自由通過。線圈套筒由關于軸向剖面對稱的兩個半圓管通過螺栓連接，套裝在螺旋線圈與導電圓環線圈外，線圈套筒與上、下兩個導電圓環線圈相同高度的位置開有兩條環形縫隙。旋轉模塊由葉片外套筒、旋轉軸承、內嵌磁條葉片、壓電片、壓電片導線和旋轉卡口組成。旋轉軸承為中間設有圓柱滾子的內外圈結構，軸承外圈外壁設有螺紋。在線圈套筒上、下兩端各套裝一個旋轉軸承，且上、下兩個旋轉軸承分別位于上環形縫隙上方和下環形縫隙下方。葉片外套筒套裝在上、下兩個旋轉軸承外，且葉片外套筒內壁上、下端均設有螺紋，與上、下兩個旋轉軸承外圈螺紋嚙合。沿葉片外套筒外壁周向均勻布設有5片內嵌磁條葉片，且每片內嵌磁條葉片均與葉片外套筒外壁相切。在每片內嵌磁條葉片尾端均連接有一塊柔性壓電片，每片內嵌磁條葉片內部鑲嵌一塊磁鐵，磁鐵上、下兩端各有一根從內嵌磁條葉片尾端壓電片引出的壓電片導線。上、下兩根壓電片導線穿過葉片外套筒后，通過旋轉卡口與上、下兩個導電圓環線圈相連。旋轉卡口為角度大于180°的弧口形圓弧卡口，其內徑等于導電圓環線圈外徑，可以繞導電圓環線圈旋轉且不脫落。利用所述的安設壓電片的旋槳式同步發電與抑振裝置可以提供一種安設壓電片的旋槳式同步發電與抑振方法。海流沖擊內嵌磁條葉片后，推動其繞立管旋轉，使立管外壁的螺旋線圈切割內嵌磁條葉片中的磁鐵構成的磁感應線，從而產生源源不斷的電流。同時，內嵌磁條葉片旋轉后，帶動尾端柔性壓電片旋轉，引起壓電片的變形，產生電流，電流經壓電片導線輸出至旋轉卡口，傳輸給導電圓環線圈，再經連接導線傳至螺旋線圈。由切割磁感應線和壓電片變形產生的電流匯聚后，從輸出導線輸出。另外，內嵌磁條葉片和壓電片旋轉的過程中，破壞了立管周圍的繞流流場，干擾了邊界層分離和旋渦的產生，同步實現了渦激振動的抑制。本專利技術由于采用以上技術方案，其具有以下優點：1、本專利技術裝置適應流向隨機變化的海洋環境，在抑制立管渦激振動的同時，有效轉換海流能量，一舉兩得。附圖說明圖1為本專利技術裝置的立體結構示意圖圖2為本專利技術裝置的俯視圖圖3為本專利技術裝置主體結構拆分示意圖圖4為本專利技術裝置內部電路示意圖圖5為本專利技術裝置導電圓環線圈與旋轉卡口的銜接示意圖圖6為本專利技術裝置導電圓環線圈在立管上的安裝固定示意圖圖7為本專利技術裝置導電圓環線圈固定安裝的空間示意圖圖8為本專利技術裝置軸承結構示意圖其中：1.立管；2.線圈套筒；3.內嵌磁條葉片；4.壓電片；5.軸承外圈；6.葉片外套筒；7.螺旋線圈；8.磁鐵；9.壓電片導線；10.導電圓環線圈；11.連接導線；12.輸出導線；13.旋轉卡口；14.圓環線圈固定片；15.固定片上卡箍；16.固定片下卡箍；17.軸承內圈；18.圓柱滾子。具體實施方式下面結合附圖及實施例，對本專利技術的具體實施作進一步描述：如圖1所示，一種安設壓電片的旋槳式同步發電與抑振裝置由旋轉模塊和導電模塊兩部分組成。如圖4、圖6所示，導電模塊由螺旋線圈7、導電圓環線圈10、圓環線圈固定片14、固定片上卡箍15、固定片下卡箍16、連接導線11、輸出導線12和線圈套筒2組成。螺旋線圈7是外覆絕緣層的金屬線圈，沿立管1軸向呈螺旋上升狀環繞在立管1外壁，其端部連接輸出導線12，用于將電流引出。導電圓環線圈10為圓環形線圈，其內徑大于立管1外徑，在立管1的上、下兩端各套有一個導電圓環線圈10。導電圓環線圈10與螺旋線圈7之間通過連接導線11連接，使電流能夠在兩者之間流通。如圖7所示，導電圓環線圈10內側周向每間隔120°的位置向立管1外壁伸出一個撐桿，撐桿末端設圓弧形圓環線圈固定片14，圓環線圈固定片14與立管1外壁貼合。固定片上卡箍15和固定片下卡箍16均為圓環形結構，內徑等于立管1外徑，每個導電圓環線圈10的圓環線圈固定片14均通過固定片上卡箍15和固定片下卡箍16卡裝固定其上、下兩側，使導電圓環線圈10固定。固定片上卡箍15和固定片下卡箍16在立管1外壁與螺旋線圈7重疊部分開設缺口，使螺旋線圈7可安全自由通過。如圖3所示，線圈套筒2由關于軸向剖面對稱的兩個半圓管通過螺栓連接，套裝在螺旋線圈7與導電圓環線圈10外，線圈套筒2與上、下兩個導電圓環線圈10相同高度的位置開有兩條環形縫隙。如圖2、圖3、圖4所示，旋轉模塊由葉片外套筒6、旋轉軸承、內嵌磁條葉片3、壓電片4、壓電片導線9和旋轉卡口13組成。如圖8所示，旋轉軸承為中間設有圓柱滾子18的內外圈結構，軸承外圈5外壁設有螺紋。在線圈套筒2上、下兩端各套裝一個旋轉軸承，且上、下兩個旋轉軸承分別位于上環形縫隙上方和下環形縫隙下方。如圖3所示，葉片外套筒6套裝在上、下兩個旋轉軸承外，且葉片外套筒6內壁上、下端均設有螺紋，與上、下兩個旋轉軸承外圈螺本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種安設壓電片的旋槳式同步發電與抑振裝置，其特征在于：由旋轉模塊和導電模塊兩部分組成；導電模塊由螺旋線圈（7）、導電圓環線圈（10）、圓環線圈固定片（14）、固定片上卡箍（15）、固定片下卡箍（16）、連接導線（11）、輸出導線（12）和線圈套筒（2）組成；螺旋線圈（7）是外覆絕緣層的金屬線圈，沿立管（1）軸向呈螺旋上升狀環繞在立管（1）外壁，其端部連接輸出導線（12），用于將電流引出；導電圓環線圈（10）為圓環形線圈，其內徑大于立管（1）外徑，在立管（1）的上、下兩端各套有一個導電圓環線圈（10）；導電圓環線圈（10）與螺旋線圈（7）之間通過連接導線（11）連接，使電流能夠在兩者之間流通；導電圓環線圈（10）內側周向每間隔120°的位置向立管（1）外壁伸出一個撐桿，撐桿末端設圓弧形圓環線圈固定片（14），圓環線圈固定片（14）與立管（1）外壁貼合；固定片上卡箍（15）和固定片下卡箍（16）均為圓環形結構，內徑等于立管（1）外徑，每個導電圓環線圈（10）的圓環線圈固定片（14）均通過固定片上卡箍（15）和固定片下卡箍（16）卡裝固定其上、下兩側，使導電圓環線圈（10）固定；固定片上卡箍（15）和固定片下卡箍（16）在立管（1）外壁與螺旋線圈（7）重疊部分開設缺口，使螺旋線圈（7）可安全自由通過；線圈套筒（2）由關于軸向剖面對稱的兩個半圓管通過螺栓連接，套裝在螺旋線圈（7）與導電圓環線圈（10）外，線圈套筒（2）與上、下兩個導電圓環線圈（10）相同高度的位置開有兩條環形縫隙；旋轉模塊由葉片外套筒（6）、旋轉軸承、內嵌磁條葉片（3）、壓電片（4）、壓電片導線（9）和旋轉卡口（13）組成；旋轉軸承為中間設有圓柱滾子（18）的內外圈結構，軸承外圈（5）外壁設有螺紋；在線圈套筒（2）上、下兩端各套裝一個旋轉軸承，且上、下兩個旋轉軸承分別位于上環形縫隙上方和下環形縫隙下方；葉片外套筒（6）套裝在上、下兩個旋轉軸承外，且葉片外套筒（6）內壁上、下端均設有螺紋，與上、下兩個旋轉軸承外圈螺紋嚙合；沿葉片外套筒（6）外壁周向均勻布設有（5）片內嵌磁條葉片（3），且每片內嵌磁條葉片（3）均與葉片外套筒（6）外壁相切；在每片內嵌磁條葉片（3）尾端均連接有一塊柔性壓電片（4），每片內嵌磁條葉片（3）內部鑲嵌一塊磁鐵（8），磁鐵（8）上、下兩端各有一根從內嵌磁條葉片（3）尾端壓電片（4）引出的壓電片導線（9）；上、下兩根壓電片導線（9）穿過葉片外套筒（6）后，通過旋轉卡口（13）與上、下兩個導電圓環線圈（10）相連；旋轉卡口（13）為角度大于180°的弧口形圓弧卡口，其內徑等于導電圓環線圈（10）外徑，可以繞導電圓環線圈（10）旋轉且不脫落。...

【技術特征摘要】
1.一種安設壓電片的旋槳式同步發電與抑振裝置，其特征在于：由旋轉模塊和導電模塊兩部分組成；導電模塊由螺旋線圈（7）、導電圓環線圈（10）、圓環線圈固定片（14）、固定片上卡箍（15）、固定片下卡箍（16）、連接導線（11）、輸出導線（12）和線圈套筒（2）組成；螺旋線圈（7）是外覆絕緣層的金屬線圈，沿立管（1）軸向呈螺旋上升狀環繞在立管（1）外壁，其端部連接輸出導線（12），用于將電流引出；導電圓環線圈（10）為圓環形線圈，其內徑大于立管（1）外徑，在立管（1）的上、下兩端各套有一個導電圓環線圈（10）；導電圓環線圈（10）與螺旋線圈（7）之間通過連接導線（11）連接，使電流能夠在兩者之間流通；導電圓環線圈（10）內側周向每間隔120°的位置向立管（1）外壁伸出一個撐桿，撐桿末端設圓弧形圓環線圈固定片（14），圓環線圈固定片（14）與立管（1）外壁貼合；固定片上卡箍（15）和固定片下卡箍（16）均為圓環形結構，內徑等于立管（1）外徑，每個導電圓環線圈（10）的圓環線圈固定片（14）均通過固定片上卡箍（15）和固定片下卡箍（16）卡裝固定其上、下兩側，使導電圓環線圈（10）固定；固定片上卡箍（15）和固定片下卡箍（16）在立管（1）外壁與螺旋線圈（7）重疊部分開設缺口，使螺旋線圈（7）可安全自由通過；線圈套筒（2）由關于軸向剖面對稱的兩個半圓管通過螺栓連接，套裝在螺旋線圈（7）與導電圓環線圈（10）外，線圈套筒（2）與上、下兩個導電圓環線圈（10）相同高度的位置開有兩條環形縫隙；旋轉模塊由葉片外套筒（6）、旋轉軸承、內嵌磁條葉片（3）、壓電片（4）、壓電片導線（9）和旋轉卡口（13）組成；旋轉軸承為中間設有圓柱滾子（18）的內外圈結構，軸承外圈（5）外壁設有...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱紅鈞，趙瑩，高岳，趙宏磊，張愛婧，王萌萌，
申請(專利權)人：西南石油大學，
類型：發明
國別省市：四川,51