一种水下悬挂蝴蝶式内波监测与发电一体化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种水下悬挂蝴蝶式内波监测与发电一体化装置及方法，装置由两块波浪悬挂浮板、六个内波监测仪、六根集电立管和十八个蝶形发电单元组成。蝶形发电单元端部开槽蝶形翼板和端部不开槽蝶形翼板表面均匀排布有贯通的导流孔，且嵌有沿其高度方向逐渐变长的三块条形磁铁，上、下端部开槽蝶形翼板与中间端部不开槽蝶形翼板均呈30

【技术实现步骤摘要】
一种水下悬挂蝴蝶式内波监测与发电一体化装置及方法


[0001]本专利技术属于波浪能发电
，具体涉及一种水下悬挂蝴蝶式内波监测与发电一体化装置及方法。

技术介绍

[0002]随着陆上矿产资源的日趋紧缺，对海洋能源的开发越发紧迫，海洋资源开发的关键装备如平台及立管等会受到海洋内波的影响，尤其在深水中更为明显。内波可能会引起缆绳拉断、船体碰撞以及漂浮软管断裂等事故。很多实测资料表明我国南海海域是内波多发地，大规模开发南海极有必要准确监测内波，以指导海洋装备的设计与安全运营。
[0003]海洋内波是发生在密度稳定层化的海水内部的一种波动，其特点是突发性强流和密度跃层上下的水体在短时间内大幅度上下波动，周期较长，传播速度较慢，波长较长。内波通常发生在水下一定深度，在该深度布置内波监测装置时，由于内波环境复杂多变，可能存在供电设备更换不便以及不及时等问题，易造成内波监测装置的数据丢失或数据传输的严重滞后，因此，设计自供能的内波监测装置十分必要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对当前背景中提出的实际问题，提供一种绿色、高效的水下悬挂蝴蝶式内波监测与发电一体化装置及方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种水下悬挂蝴蝶式内波监测与发电一体化装置，由两块波浪悬挂浮板、六个内波监测仪、六根集电立管和十八个蝶形发电单元组成。波浪悬挂浮板为轻质材料加工而成的波浪形板，波浪悬挂浮板表面均匀排布有贯通的圆柱形导流孔，波浪悬挂浮板的一侧表面设有二排三列共六个集电立管定位孔，集电立管定位孔的内径等于集电立管的直径，波浪悬挂浮板的密度大于海洋内波上层流体的密度并且小于海洋内波下层流体的密度，为整个装置提供浮力。集电立管为变径台阶状圆柱体结构，沿其轴向均匀开设有三个供蝶形发电单元定位的凹槽，每个凹槽中布置一个蝶形发电单元。内波监测仪的内径等于集电立管端部的直径，且内波监测仪套装于集电立管的上端。一根集电立管从上到下安装有一个内波监测仪和三个蝶形发电单元，集电立管的两端分别焊接在上、下两块波浪悬挂浮板的集电立管定位孔处，实现固定安装。
[0007]蝶形发电单元由导流盖、端部开槽蝶形翼板、端部不开槽蝶形翼板、条形磁铁、伸缩支杆、固定外壳、发电扇叶、滚动轴承、连接杆、线圈、固定支杆、压电片、集电线组成。固定支杆呈圆筒状，固定支杆的内径等于集电立管凹槽处的直径，固定支杆的两端沿周向布置有四个螺栓孔，固定支杆的外壁缠绕有螺旋上升的集电线，在固定支杆的外壁中部对称焊接有四组压电片，每组压电片由上、下两块压电片组成，每组压电片中间各安装一块梯形的端部开槽蝶形翼板，端部开槽蝶形翼板的窄端部置于两块压电片之间。端部开槽蝶形翼板的窄端部有贯穿的定位孔，端部开槽蝶形翼板可绕定位孔上下摆动，端部开槽蝶形翼板和
端部不开槽蝶形翼板的表面均匀排布有贯通的导流孔，并且端部开槽蝶形翼板和端部不开槽蝶形翼板的表面还嵌有沿其高度方向逐渐变长的三块条形磁铁，条形磁铁与端部开槽蝶形翼板和端部不开槽蝶形翼板的两端平行，端部开槽蝶形翼板的宽端部开有两个贯穿的方槽，每个方槽的两端设有连接孔，连接孔内部嵌有滚动轴承，连接杆的两端嵌入方槽两端连接孔的滚动轴承中，连接杆外壁设有发电扇叶，发电扇叶为内设条形磁铁的矩形叶片，矩形叶片周向对称布置于连接杆外壁，连接杆内部装有线圈。固定外壳套装于固定支杆外，固定外壳的两端周向分布有四个螺栓孔，固定外壳壁面上对应每组压电片的位置开有方形连接口，方形连接口的两端设有连接孔，每个连接孔的内部均嵌有滚动轴承，插销穿过端部开槽蝶形翼板窄端部的定位孔，插销的两端插入固定外壳方形连接口两端连接孔内部的滚动轴承。端部开槽蝶形翼板伸出布置于固定外壳外。导流盖为圆环形圆盘，导流盖圆环内径等于固定支杆内径，导流盖圆环外径固定外壳外径，导流盖上均匀排布有贯穿的导流孔，且分布有与固定支杆和固定外壳端部相对应的螺栓孔，固定支杆与导流盖内圈的螺栓孔通过螺栓连接，固定外壳与导流盖外圈的螺栓孔通过螺栓连接。两块端部不开槽蝶形翼板对称焊接在固定外壳两侧的上、下连接口中间，上、下端部开槽蝶形翼板与中间端部不开槽蝶形翼板均呈30
°
夹角，并通过垂直布置的伸缩支杆固定，伸缩支杆内部装有弹簧，可实现拉伸和压缩功能。
[0008]利用所述的水下悬挂蝴蝶式内波监测与发电一体化装置提供一种水下悬挂蝴蝶式内波监测与发电一体化方法。将装置放于海洋环境中，内波带动水下悬挂蝴蝶式内波监测与发电一体化装置上下浮沉。在向下运动时，蝶形发电单元的下部端部开槽蝶形翼板会向上摆动，使伸缩支杆中的弹簧压缩，下部端部开槽蝶形翼板的窄端部带动压电片变形，产生电流，因中部端部不开槽蝶形翼板与下部端部开槽蝶形翼板上的条形磁铁同极相斥，使伸缩支杆中的弹簧拉伸，由此，下部端部开槽蝶形翼板开始上下反复摆动；在向上运动时，蝶形发电单元的上部端部开槽蝶形翼板会向下摆动，使伸缩支杆中的弹簧压缩，上部端部开槽蝶形翼板的窄端部带动压电片变形，产生电流，因中部端部不开槽蝶形翼板与上部端部开槽蝶形翼板上的条形磁铁同极相斥，使伸缩支杆中的弹簧拉伸，由此，上部端部开槽蝶形翼板开始上下反复摆动。此外，端部开槽蝶形翼板上的发电扇叶在端部开槽蝶形翼板的摆动过程中被驱动旋转，发电扇叶连接杆内部的线圈不断切割磁感线，也产生电流。整个装置产生的电流经集电线传输至集电立管，集电立管再传输至内波监测仪实现供能，通过结合所有内波监测仪监测的波高、波长、周期数据反演出内波的实时特征要素。导流孔减少了装置浮沉过程中的流体阻力，也减小了端部开槽蝶形翼板的摆动阻力，从而提高能量的转化率。在端部开槽蝶形翼板上下摆动引起压电片变形以及发电扇叶转动的作用下，实现海洋内波能的转化与收集。
[0009]本专利技术由于采用以上技术方案，其具有以下优点：
[0010]1、本专利技术装置端部开槽蝶形翼板在内波的作用下上下摆动，整个装置能很好地适应内波环境；
[0011]2、本专利技术综合利用了电磁感应与压电片变形，实现了对内波能高效、绿色的收集；
[0012]3、本专利技术装置可根据实际情况调整蝶形发电单元排布的数量。
附图说明
[0013]图1为本专利技术装置整体结构示意图；
[0014]图2为本专利技术装置集电立管与蝶形发电单元的拆装示意图；
[0015]图3为本专利技术装置蝶形发电单元示意图；
[0016]图4为本专利技术装置端部开槽蝶形翼板与发电扇叶的拆装示意图；
[0017]图5为本专利技术装置蝶形发电单元内部结构示意图；
[0018]图6为本专利技术装置的伸缩支杆示意图；
[0019]其中：1
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波浪悬挂浮板；2
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导流孔；3
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集电立管；4
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导流盖；5
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端部开槽蝶形翼板；6
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端部不开槽蝶形翼板7
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条形磁铁；8
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伸缩支杆；9
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固定外壳；10
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下悬挂蝴蝶式内波监测与发电一体化装置，由两块波浪悬挂浮板(1)、六个内波监测仪(20)、六根集电立管(3)和十八个蝶形发电单元组成；波浪悬挂浮板(1)为轻质材料加工而成的波浪形板，波浪悬挂浮板(1)表面均匀排布有贯通的圆柱形导流孔(2)，波浪悬挂浮板(1)的一侧表面设有二排三列共六个集电立管(3)定位孔，集电立管(3)定位孔的内径等于集电立管(3)的直径，波浪悬挂浮板(1)的密度大于海洋内波上层流体的密度并且小于海洋内波下层流体的密度，为整个装置提供浮力；集电立管(3)为变径台阶状圆柱体结构，沿其轴向均匀开设有三个供蝶形发电单元定位的凹槽，每个凹槽中布置一个蝶形发电单元；内波监测仪(20)的内径等于集电立管(3)端部的直径，且内波监测仪(20)套装于集电立管(3)的上端；集电立管(3)的两端分别焊接在上、下两块波浪悬挂浮板(1)的集电立管(3)定位孔处，实现固定安装；蝶形发电单元由导流盖(4)、端部开槽蝶形翼板(5)、端部不开槽蝶形翼板(6)、条形磁铁(7)、伸缩支杆(8)、固定外壳(9)、发电扇叶(10)、滚动轴承(12)、连接杆(13)、线圈(14)、固定支杆(15)、压电片(16)、集电线(17)组成；固定支杆(15)呈圆筒状，固定支杆(15)的内径等于集电立管(3)凹槽处的直径，固定支杆(15)的两端沿周向布置有四个螺栓孔；端部开槽蝶形翼板(5)的窄端部有贯穿的定位孔，端部开槽蝶形翼板(5)可绕定位孔上下摆动，端部开槽蝶形翼板(5)和端部不开槽蝶形翼板(6)的表面均匀排布有贯通的导流孔(2)，并且端部开槽蝶形翼板(5)和端部不开槽蝶形翼板(6)的表面还嵌有沿其高度方向逐渐变长的三块条形磁铁(7)，条形磁铁(7)与端部开槽蝶形翼板(5)和端部不开槽蝶形翼板(6)的两端平行，端部开槽蝶形翼板(5)的宽端部开有两个贯穿的方槽(11)，每个方槽(11)的两端设有连接孔；连接孔内部嵌有滚动轴承(12)，连接杆(13)的两端嵌入方槽(11)两端连接孔的滚动轴承(12)中；固定外壳(9)套装于固定支杆(15)外，固定外壳(9)的两端周向分布有四个螺栓孔，固定外壳(9)壁面上对应每组压电片(16)的位置开有方形连接口(18)，方形连接口(18)的两端设有连接孔，每个连接孔的内部均嵌有滚动轴承(12)，插销(19)穿过端部开槽蝶形翼板(5)窄端部的定位孔，插销(19)的两端插入固定外壳(9)方形连接口(18)两端连接孔内部的滚动轴承(12)；端部开槽蝶形翼板(5)伸出布置于固定外壳(9)外；导流盖(4)为圆环形圆盘，导流盖(4)圆环内径等于固定支杆(15)内径，导流盖(4)圆环外径固定外壳(9)外径，导流盖(4)上均匀排布有贯穿的导流孔(2)，且分布有与固定支杆(15)和固定外壳(9)端部相对应的螺栓孔，固定支杆(15)与导流盖(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱红钧，黄栏，周新宇，唐堂，钟家文，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：