[发明专利]一种安设压电片的旋桨式同步发电与抑振装置及方法

说明书

本发明涉及一种安设压电片的旋桨式同步发电与抑振装置及方法，装置由旋转模块和导电模块两部分组成。导电模块由螺旋线圈、导电圆环线圈、圆环线圈固定片、固定片上卡箍、固定片下卡箍、连接导线、输出导线和线圈套筒组成；旋转模块由叶片外套筒、旋转轴承、内嵌磁条叶片、压电片、压电片导线和旋转卡口组成。旋转模块在海流冲击下绕立管旋转，同步实现磁感应线切割和压电片变形，产生电流；同时，内嵌磁条叶片和压电片旋转时破坏了立管周围的绕流流场，干扰了边界层分离和旋涡的产生，抑制了涡激振动，一举两得。

技术领域

本发明属于海洋新能源利用及立管设施铺设技术领域，具体涉及一种安设压电片的旋桨式同步发电与抑振装置及方法。

背景技术

在经济社会高速发展的今天，能源需求量节节攀升，而已探明的石油、天然气等不可再生能源储量逐年下降，使能供需矛盾异常突出。因此，向海洋要能源，开发海洋油气资源及利用海洋能便成为了各国解决能源危机的重要突破口。海洋储藏着巨大的油气资源，也蕴藏着巨大的能量，更为关键的是海洋能源不仅清洁环保，而且是一种取之不竭的可再生能源，包括海洋风能、波浪能、潮流能、海流能、温差能和盐差能等。

在海洋油气开发时，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，其在海洋环境中服役的安全性十分重要，而造成立管疲劳失效的主要原因是波浪和海流作用形成的涡激振动。一旦立管失效，不仅会产生严重的油气泄漏事故，造成巨大的经济损失，还会对海洋环境构成灾难性破坏。因此，各种振动抑制方法被提出，主要有两种方式：一是对结构进行刚性加固，或者改变尺度提高其刚度，从而改变构件的自振频率，避免它与旋涡泄放频率相近；二是改变结构截面形状，破坏结构尾流旋涡的规律性泄放，如在结构上安装螺旋列板、整流罩等。倘若借用立管，在其上安装某种装置，既能有效抑制涡激振动，又能将海流的能量转化为电能，将起到一举两得的功效。

发明内容

本发明所解决的问题是针对现有立管振动抑制装置与海流发电装置的相互孤立，提供一种安设压电片的旋桨式同步发电与抑振装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种安设压电片的旋桨式同步发电与抑振装置由旋转模块和导电模块两部分组成。导电模块由螺旋线圈、导电圆环线圈、圆环线圈固定片、固定片上卡箍、固定片下卡箍、连接导线、输出导线和线圈套筒组成。螺旋线圈是外覆绝缘层的金属线圈，沿立管轴向呈螺旋上升状环绕在立管外壁，其端部连接输出导线，用于将电流引出。导电圆环线圈为圆环形线圈，其内径大于立管外径，在立管的上、下两端各套有一个导电圆环线圈。导电圆环线圈与螺旋线圈之间通过连接导线连接，使电流能够在两者之间流通。导电圆环线圈内侧周向每间隔120°的位置向立管外壁伸出一个撑杆，撑杆末端设圆弧形圆环线圈固定片，圆环线圈固定片与立管外壁贴合。固定片上卡箍和固定片下卡箍均为圆环形结构，内径等于立管外径，每个导电圆环线圈的圆环线圈固定片均通过固定片上卡箍和固定片下卡箍卡装固定其上、下两侧，使导电圆环线圈固定。固定片上卡箍和固定片下卡箍在立管外壁与螺旋线圈重叠部分开设缺口，使螺旋线圈可安全自由通过。线圈套筒由关于轴向剖面对称的两个半圆管通过螺栓连接，套装在螺旋线圈与导电圆环线圈外，线圈套筒与上、下两个导电圆环线圈相同高度的位置开有两条环形缝隙。