本发明专利技术涉及一种仿鱼游旋摆的磁力发电与涡激振动抑制装置及方法，装置由主体模块和侧翼模块组成，主体模块包括迎流卡环、内槽卡环、转动轴承、条形磁铁、内嵌磁铁导线式隔水板和鱼尾形摆动板；侧翼模块包括摆动臂、半圆柱体磁铁、孔板。在本装置半圆柱体磁铁和摆动臂往复滑移、孔板破碎来流、鱼尾形摆动板破坏尾部涡街、内嵌磁铁导线式隔水板分割流动空间和调整流向的共同作用下，不仅抑制了旋涡的形成和发展，实现了无能耗涡激振动抑制，而且感应导线形成的电路中产生了感应电流，在抑制涡激振动的同时实现了海流能的转化。
【技术实现步骤摘要】
一种仿鱼游旋摆的磁力发电与涡激振动抑制装置及方法
本专利技术属于海洋新能源利用及立管设施铺设
，具体涉及一种仿鱼游旋摆的磁力发电与涡激振动抑制装置及方法。
技术介绍
在经济飞速发展的今天能源需求不断上涨，而诸如石油、天然气等传统能源属于不可再生资源，其资源储量逐年下降，人类迫切需要一种可再生的清洁能源。因此人们不约而同地把目光投向了浩瀚蔚蓝的大海，开发海洋能源成为了各国解决能源危机的关键突破口。海洋蕴藏着巨大的资源，不仅仅是指海洋埋藏了丰富的油气资源，还包括海洋中的风能、波浪能、潮流能、海流能、温差能和盐差能等清洁能源。在海洋油气开发时，海洋立管是连接海床井口或海底管道与海面浮式设施的关键纽带，其在服役期间的安全性不言而喻，而造成海洋立管疲劳损坏的主要原因是波浪和海流绕流形成的涡激振动。海洋立管一旦损坏，不仅油气生产任务无法按时完成，而且会造成严重的油气泄漏事故，对海洋环境构成灾难性的破坏。抑制涡激振动主要有两种方式，一是改变结构的物性参数，调整结构自身的自振频率，避免其与旋涡泄放频率相近；二是增设附属装置，延迟结构的边界层分离点或者破坏尾流涡街，如加装分离盘、整流罩等。目前，仍罕见同时实现涡激振动抑制和有效转化海流能的装置，若能实现，将起到一举多得的功效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有涡激振动抑制装置与海洋能捕获装置各自独立的不足，提供一种轻质、经济、无能耗、可持续发电且自适应来流的仿鱼游旋摆的磁力发电与涡激振动抑制装置及方法。为了实现上述目的，本专利技术装置采用如下技术方案：一种仿鱼游旋摆的磁力发电与涡激振动抑制装置，由一个主体模块和两个侧翼模块组成；主体模块包括两个迎流卡环、两个内槽卡环、两个转动轴承、一根条形磁铁、一块内嵌磁铁导线式隔水板和一个鱼尾形摆动板；侧翼模块包括上、下两个摆动臂、一块半圆柱体磁铁、一块孔板。转动轴承为内嵌滚子的内外圈结构，转动轴承的内径等于海洋立管的外径，转动轴承的轴向高度等于迎流卡环的轴向高度，上、下两个转动轴承按间隔一个内嵌磁铁导线式隔水板的高度安装在海洋立管外壁。迎流卡环和内槽卡环均为半圆环结构，都由塑料加工成型，内槽卡环轴向高度等于迎流卡环轴向高度，迎流卡环及内槽卡环的内径都等于转动轴承的外径；内槽卡环外壁开有内凹的滑动凹槽，且内槽卡环外壁正中间开有隔水板卡口，隔水板卡口对应的圆弧角度为10°，隔水板卡口两侧的滑动凹槽对应的圆弧角度均为80°；迎流卡环和内槽卡环的两端端角开有螺纹孔，通过螺栓将迎流卡环与内槽卡环连接形成整个圆环形卡环卡抱于转动轴承外。每个转动轴承外都卡抱有一个迎流卡环和内槽卡环对接而成的圆环形卡环。内嵌磁铁导线式隔水板为塑料扁平板，内嵌磁铁导线式隔水板两端插入内槽卡环的隔水板卡口，由螺丝钉连接固定。内嵌磁铁导线式隔水板沿水平方向分为三个区域，距海洋立管由近至远分别为感应电路绕线区、条形磁铁嵌入区、鱼尾衔接区；所述的感应电路绕线区的面积占内嵌磁铁导线式隔水板面积的二分之一，感应电路绕线区开有两列十六排共计三十二个通孔用于缠绕感应导线，感应导线的缠绕方式为螺旋上升式；所述的条形磁铁嵌入区的面积占内嵌磁铁导线式隔水板面积的四分之一，条形磁铁嵌入区内空，安装有长方体条形磁铁，安装方式为卡板螺母连接；所述的鱼尾衔接区的面积占内嵌磁铁导线式隔水板面积的四分之一，鱼尾衔接区表面有十六根水平凸起肋条，十六根水平凸起肋条与所述的感应电路绕线区的十六排通孔水平高度一一对应，鱼尾衔接区末端设有细长圆杆用于安装鱼尾形摆动板。鱼尾形摆动板为等腰梯形板状结构，由塑料加工成型，鱼尾形摆动板的梯形高度与所述的内嵌磁铁导线式隔水板的鱼尾衔接区的长度相等，鱼尾形摆动板的梯形底角均为45°。鱼尾形摆动板套入内嵌磁铁导线式隔水板鱼尾衔接区末端的细长圆杆，套入端由挡板卡住，并由螺丝钉连接固定。鱼尾形摆动板上布有十六根水平凸起肋条，且水平凸起肋条与所述的内嵌磁铁导线式隔水板的鱼尾衔接区表面的凸起肋条水平高度保持一致。摆动臂为长条开槽长方体，摆动臂一端连接有圆柱滚轮，上、下两个摆动臂端部的圆柱滚轮分别安装在上、下两个内槽卡环的滑动凹槽内；摆动臂另一端设半圆插槽，上、下两个摆动臂的半圆插槽间插装有一块半圆柱体磁铁；在圆柱滚轮端与半圆插槽端之间的摆动臂表面开有孔板插槽，上、下两个摆动臂的孔板插槽间插装一块孔板。孔板为一块表面开有通孔的塑料板，孔板的厚度与孔板插槽的宽度相等。所述的条形磁铁与半圆柱体磁铁的磁极安装方向相同。利用所述的仿鱼游旋摆的磁力发电与涡激振动抑制装置提供一种仿鱼游旋摆的磁力发电与涡激振动抑制方法。内嵌磁铁导线式隔水板与海流流动方向存在攻角时，内嵌磁铁导线式隔水板在海流的冲击下发生旋转，并带动迎流卡环和内槽卡环旋转，直至内嵌磁铁导线式隔水板绕至海洋立管的背流侧且与海流流向处于同一平面；在内嵌磁铁导线式隔水板转动并带动迎流卡环和内槽卡环旋转的同时，摆动臂也带动半圆柱体磁铁摆动，随着半圆柱体磁铁与感应导线距离的不断变化，使得感应导线形成的回路中磁通量不断发生变化，从而感应导线中产生感应电流；海流从孔板的通孔中穿过，不仅使绕流流速分布更加均匀、减缓绕流流速，而且有效破碎了海洋立管背部形成的旋涡；内嵌磁铁导线式隔水板将背侧水流分隔开，分割了尾流区旋涡发展空间，从而抑制了旋涡的发展；穿过孔板的水流沿着感应导线和内嵌磁铁导线式隔水板及鱼尾形摆动板上的凸起肋条流动，再次调整了水流的流动方向；鱼尾形摆动板在沿内嵌磁铁导线式隔水板流动的水流作用下左右摆动，有效破坏了尾部涡街；另外，海流冲击半圆柱体磁铁平直面，推动半圆柱体磁铁向着内嵌磁铁导线式隔水板移动，半圆柱体磁铁带动整个侧翼模块向着内嵌磁铁导线式隔水板滑移的过程中，随着半圆柱体磁铁与内嵌磁铁导线式隔水板中嵌入的条形磁铁距离减小，条形磁铁对半圆柱体磁铁产生的排斥力越大，推动侧翼模块向相反的方向滑移，在海流冲击和磁极排斥的共同作用下侧翼模块出现往复摆动，破坏了尾流区旋涡的脱落和发展；同时，半圆柱体磁铁的往复滑移会使得内嵌磁铁导线式隔水板上的感应导线形成的电路中磁通量不断发生变化，从而持续产生感应电流。因而，在半圆柱体磁铁和摆动臂往复滑移、孔板破碎来流、鱼尾形摆动板破坏尾部涡街、内嵌磁铁导线式隔水板分割流动空间和调整流向的共同作用下，不仅使海洋立管绕流边界层受到深度破坏，改变了边界层分离点，破坏了尾流旋涡的三维结构，抑制了旋涡的形成和发展，实现了无能耗涡激振动抑制，而且感应导线形成的电路中产生了感应电流，在抑制涡激振动的同时实现了海流能的转化。本专利技术由于采用以上技术方案，其具有以下优点：1.本专利技术装置的内嵌磁铁导线式隔水板在海流冲击下可发生旋转，有效带动迎流卡环、转动轴承和内槽卡环发生旋转，使整个装置适应流向变化的海洋环境。2.本专利技术装置摆动臂、半圆柱体磁铁、孔板在海流冲击力和磁性排斥力作用下往复摆动，深度扰动尾流区，破坏了背流侧旋涡。3.本专利技术装置的半圆柱体磁铁往复滑移会使内嵌磁铁导线式隔水板上的感应导线形成的电路中磁通量不断发生变化，从而产生感应电流，达到发电的作用。4.本专利技术装置中，经过孔板破碎的水流沿着内嵌磁铁导线式隔水板表面的感应电路导线和水平凸起肋条流动，增强了内嵌磁铁导线式隔水板对来流方向的敏感性，更好地顺应来流。5.本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种仿鱼游旋摆的磁力发电与涡激振动抑制装置，由一个主体模块和两个侧翼模块组成；主体模块包括两个迎流卡环（3）、两个内槽卡环（4）、两个转动轴承（2）、一根条形磁铁（10）、一块内嵌磁铁导线式隔水板（8）和一个鱼尾形摆动板（11）；侧翼模块包括上、下两个摆动臂（5）、一块半圆柱体磁铁（6）、一块孔板（7）；转动轴承（2）为内嵌滚子的内外圈结构，转动轴承（2）的内径等于海洋立管（1）的外径，转动轴承（2）的轴向高度等于迎流卡环（3）的轴向高度，上、下两个转动轴承（2）按间隔一个内嵌磁铁导线式隔水板（8）的高度安装在海洋立管（1）外壁；迎流卡环（3）和内槽卡环（4）均为半圆环结构，都由塑料加工成型，内槽卡环（4）轴向高度等于迎流卡环（3）轴向高度，迎流卡环（3）及内槽卡环（4）的内径都等于转动轴承（2）的外径；迎流卡环（3）和内槽卡环（4）的两端端角开有螺纹孔，通过螺栓将迎流卡环（3）与内槽卡环（4）连接形成整个圆环形卡环卡抱于转动轴承（2）外；每个转动轴承（2）外都卡抱有一个迎流卡环（3）和内槽卡环（4）对接而成的圆环形卡环；内嵌磁铁导线式隔水板（8）为塑料扁平板，内嵌磁铁导线式隔水板（8）两端插入内槽卡环（4）的隔水板卡口（15），由螺丝钉连接固定；其特征在于：所述的内槽卡环（4）外壁开有内凹的滑动凹槽（14），且内槽卡环（4）外壁正中间开有隔水板卡口（15）；内嵌磁铁导线式隔水板（8）沿水平方向分为三个区域，距海洋立管（1）由近至远分别为感应电路绕线区、条形磁铁（10）嵌入区、鱼尾衔接区；感应电路绕线区开有两列十六排共计三十二个通孔用于缠绕感应导线（9），感应导线（9）的缠绕方式为螺旋上升式；条形磁铁（10）嵌入区内空，安装有长方体条形磁铁（10），安装方式为卡板螺母连接；鱼尾衔接区表面有十六根水平凸起肋条，十六根水平凸起肋条与所述的感应电路绕线区的十六排通孔水平高度一一对应，鱼尾衔接区末端设有细长圆杆（16）用于安装鱼尾形摆动板（11）；鱼尾形摆动板（11）为等腰梯形板状结构，由塑料加工成型；鱼尾形摆动板（11）套入内嵌磁铁导线式隔水板（8）鱼尾衔接区末端的细长圆杆（16），套入端由挡板卡住，并由螺丝钉连接固定；鱼尾形摆动板（11）上布有十六根水平凸起肋条，且水平凸起肋条与所述的内嵌磁铁导线式隔水板（8）的鱼尾衔接区表面的凸起肋条水平高度保持一致；摆动臂（5）为长条开槽长方体，摆动臂（5）一端连接有圆柱滚轮（17），上、下两个摆动臂（5）端部的圆柱滚轮（17）分别安装在上、下两个内槽卡环（4）的滑动凹槽（14）内；摆动臂（5）另一端设半圆插槽（12），上、下两个摆动臂（5）的半圆插槽（12）间插装有一块半圆柱体磁铁（6）；在圆柱滚轮（17）端与半圆插槽（12）端之间的摆动臂（5）表面开有孔板插槽（13），上、下两个摆动臂（5）的孔板插槽（13）间插装一块孔板（7）；孔板（7）为一块表面开有通孔的塑料板，孔板（7）的厚度与孔板插槽（13）的宽度相等；所述的条形磁铁（10）与半圆柱体磁铁（6）的磁极安装方向相同。...
【技术特征摘要】
1.一种仿鱼游旋摆的磁力发电与涡激振动抑制装置，由一个主体模块和两个侧翼模块组成；主体模块包括两个迎流卡环（3）、两个内槽卡环（4）、两个转动轴承（2）、一根条形磁铁（10）、一块内嵌磁铁导线式隔水板（8）和一个鱼尾形摆动板（11）；侧翼模块包括上、下两个摆动臂（5）、一块半圆柱体磁铁（6）、一块孔板（7）；转动轴承（2）为内嵌滚子的内外圈结构，转动轴承（2）的内径等于海洋立管（1）的外径，转动轴承（2）的轴向高度等于迎流卡环（3）的轴向高度，上、下两个转动轴承（2）按间隔一个内嵌磁铁导线式隔水板（8）的高度安装在海洋立管（1）外壁；迎流卡环（3）和内槽卡环（4）均为半圆环结构，都由塑料加工成型，内槽卡环（4）轴向高度等于迎流卡环（3）轴向高度，迎流卡环（3）及内槽卡环（4）的内径都等于转动轴承（2）的外径；迎流卡环（3）和内槽卡环（4）的两端端角开有螺纹孔，通过螺栓将迎流卡环（3）与内槽卡环（4）连接形成整个圆环形卡环卡抱于转动轴承（2）外；每个转动轴承（2）外都卡抱有一个迎流卡环（3）和内槽卡环（4）对接而成的圆环形卡环；内嵌磁铁导线式隔水板（8）为塑料扁平板，内嵌磁铁导线式隔水板（8）两端插入内槽卡环（4）的隔水板卡口（15），由螺丝钉连接固定；其特征在于：所述的内槽卡环（4）外壁开有内凹的滑动凹槽（14），且内槽卡环（4）外壁正中间开有隔水板卡口（15）；内嵌磁铁导线式隔水板（8）沿水平方向分为三个区域，距海洋立管（1）由近至远分别为感应电路绕线区、条形磁铁（10）嵌入区、鱼尾衔接区；感应电路绕线区开有两列十六排共计三十二个通孔用于缠绕感应导线（9），感应导线（9）的缠绕方式为螺旋上升式；条形磁铁（10）嵌入区内空，安装有长方体条形磁铁（10），安装方式为卡板螺母连接；鱼尾衔接区表面有十六根水平凸起肋条，十六根水平凸起肋条与所述的感应电路绕线区的十六排通孔水平高度一一对应，鱼尾衔接区末端设有细长圆杆（16）用于安装鱼尾形摆动板（11）；鱼尾形摆动板（11）为等腰梯形板状结构，由塑料加工成型；鱼尾形摆动板（11）套入内嵌磁铁导线式隔水板（8）鱼尾衔接区末端的细长圆杆（16），套入端由挡板卡住，并由螺丝钉连接固定；鱼尾形摆动板（11）上布有十六根水平凸起肋条，且水平凸起肋条与所述的内嵌磁铁导线式隔水板（8）的鱼尾衔接区表面的凸起肋条水平高度保持一致；摆动臂（5）为长条开槽长方体，摆动臂（5）一端连接有圆柱滚轮（17），上、下两个摆动臂（5）端部的圆柱滚轮（17）分别安装在上、下两个内槽卡环（4）的滑动凹槽（14）内；摆动臂（5）另一端设半圆插槽（12），上、下两个摆动臂（5）的半圆插槽（12）间插装有一块半圆柱体磁铁（6）；在圆柱滚轮（17）端与半圆插槽（12）端之间的摆动臂（5）表面开有孔板插槽（13），上、下两个摆动臂（5）的孔板插槽（13）间插装一块孔板（7）；孔板（7）为一块表面开有通孔的塑料板，孔板（7）的厚度与孔板插槽（13）的宽度相等；所述的条形磁铁（10）与半圆柱体磁铁（6）的磁极安装方向相同。2.如权利要求1所述的仿鱼游旋摆的磁力发电与涡激振动抑制装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱红钧，李国民，唐涛，胡昊，王珂楠，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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