[发明专利]一种立管外设套筒和转板的同步抑振与发电装置及方法

说明书

本发明涉及一种立管外设套筒和转板的同步抑振与发电装置及方法，装置由套筒组件、旋转组件和导流组件构成。套筒组件包括引流前置套筒、泄流后置套筒、转动轴承、发电机；旋转组件包括发电转轴、叶轮、固定扣、密封圈；导流组件包括布置有半圆形截面导流管排的导流转板、转板轴、板轴连接件。在导流管的导流作用、套筒组件对海流的能量削减作用、导流转板的切割作用的共同作用下，海洋立管后侧的绕流流场受到干扰，延迟了旋涡的形成，减小了尾流的宽度，从而实现涡激振动的抑制。

技术领域

本发明属于海洋能源的开发与利用技术领域，具体涉及一种立管外设套筒和转板的同步抑振与发电装置及方法。

背景技术

在海洋油气工程中，海洋立管被大量使用，当波浪、海流以一定速度经过这些海洋立管时，会在海洋立管后方两侧交替地产生脱离结构物表面的旋涡，当旋涡脱落的频率与立管自身的固有频率相近时，立管就会发生剧烈的共振，加速其疲劳损害，引发不可估量的灾难性事故。

涡激振动抑制装置主要分为主动控制和被动控制两种。主动控制通过引入外部能量主动干扰绕流流场，破坏旋涡结构。主动控制能耗大、安装不便且成本较高，在工程中应用的可行性较小。被动控制通过改变立管的表面形状或附加额外的装置来改变绕流流场，从而影响旋涡的产生和发展，比如螺旋条纹、整流罩、分隔板及轴向板条罩等。但是，被动控制对来流的方向及流速较敏感，只能在一定的工况下发挥作用，难以适应复杂多变的海洋环境。

海洋中的波浪、海流、潮汐蕴藏着巨大的能量，是一种无污染的清洁能源。目前，海洋能发电主要有两种方式，一种是在近海区域建立海洋能电站，另一种是在深海区域放置浮式发电装置。海洋能电站利用潮汐势能、波浪机械能或海水温差热能等发电，发电不连续，成本较高，且易对海洋生态产成危害。浮式发电装置体积小，适应能力强，但发电效率低，往往需要大规模的布置才能达到一定的发电容量。

当前，对于波浪、海流机械能的利用和对涡激振动的抑制是并行发展的两个领域，前者试图增大海洋能的利用效率，后者则是对海洋能转化的机械振动进行抑制。能否将两者结合，有效转化海洋能量是当下的热点问题。

发明内容

为解决背景技术所提出的问题，本发明的目的在于提供一种无污染、性能可靠、能够自动适应任意方向来流的立管外设套筒和转板的同步抑振与发电装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种立管外设套筒和转板的同步抑振与发电装置，由一个套筒组件、八个旋转组件和一个导流组件构成。套筒组件包括一个引流前置套筒、一个泄流后置套筒、两个转动轴承、八个发电机；旋转组件包括一个发电转轴、四个叶轮、八个固定扣、八个密封圈；导流组件包括一个布置有半圆形截面导流管排的导流转板、一个转板轴、三个板轴连接件。

引流前置套筒为半圆筒结构，由轻质金属一次性加工完成，引流前置套筒的内径等于海洋立管的外径；引流前置套筒沿周向均匀开有三个内凹的引流窗口，三个引流窗口对应的圆心角均为30°；引流前置套筒内空，流体从引流窗口进入后，穿行至泄流后置套筒；引流前置套筒的上、下均有一个前置端盖，引流前置套筒与前置端盖采用螺栓连接，上、下前置端盖上均有两个发电转轴安装孔，且在垂向上一一对齐，用于安装旋转组件；两个前置端盖均开设有半圆环形的轴承安装槽，轴承安装槽的直径等于转动轴承的外径，半圆环形的轴承安装槽深度等于转动轴承的高度；引流前置套筒端部四角开设有螺纹孔，用于与泄流后置套筒连接。