[實用新型]一種兼具海流發電功能的渦激振動抑制裝置

有效

• 申請號: 201720739076.5
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN207073444U
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 王樹青;房石;陳天舒;趙麗;張常友;夏志鵬
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: F03B13/00
• 分類號: F03B13/00;F03B3/12;F15D1/00;E21B17/01
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司37241
• 代理人: 劉曉

技術領域

本實用新型屬于渦激振動抑制技術及新能源開發利用領域，具體涉及一種兼具海流發電功能的渦激振動抑制裝置。

背景技術

伴隨著能源危機的挑戰和陸上石油資源的日益枯竭，我國末來深水海洋油氣勘探開發成為必然發展趨勢。立管作為深海油氣勘探開發正常運行的關鍵部件在服役中會遇到由波流作用引起的渦激振動問題。當管線的固有頻率與旋渦脫落頻率接近時，就產生了渦激共振現象，從而導致立管的疲勞破壞。管線在持續的渦激共振的作用下，最終可能產生疲勞破環，從而嚴重影響海洋作業，甚至帶來嚴重的工程和環境事故。因此，深海開采系統管線渦激振動抑制問題的研究已顯得至關重要。

為減少和防止渦激振動造成的破壞作用，增加海洋管線的使用壽命，通常在作業中使用渦激振動抑制裝置。現有的渦激振動抑制裝置主要可分為主動抑制和被動抑制兩類：主動抑制技術是近期發展起來的，其原理是給流場加入外部能量從而達到抑制漩渦脫落的目的；而被動抑制技術是指通過改變管線外部形狀或者安裝附加裝置來抑制管線尾跡漩渦脫落。考慮到深海流場的復雜性，海洋管線的渦激振動抑制很難應用主動抑制技術，更多的應該考慮被動抑制方法。

目前海流發電技術沿用陸上河流的水力發電技術，即依靠水流沖擊力使水輪機旋轉，帶動發電機發電。但現有的水輪機發電對水流速度要求較高，對于低流速的海流區域適應性較差，因此傳統的水輪機無法在低流速海流作用下工作，有待提出一種抑制渦激振動同時可滿足發電的裝置，以填補了這方面的空白。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題在于針對抑制管道渦激振動及現有海流發電技術的不足，提出一種兼具海流發電功能的渦激振動抑制裝置，對葉片的結構及卡接方式進行特殊設計，兼具海流發電及渦激振動抑制功能。

本實用新型是采用以下的技術方案實現的：

一種兼具海流發電功能的渦激振動抑制裝置，包括線圈、套筒及葉片，所述線圈纏繞在海洋管道外壁上，所述套筒設置在線圈外側，且緊貼海洋管道外壁設置，所述套筒的上下兩端還分別設置有上軸承和下軸承，所述葉片安裝在上軸承和下軸承上，所述上軸承和下軸承采用滾動軸承，所述滾動軸承包括內圈和外圈，可大大減小轉動時的摩擦力，所述內圈固定在套筒的外壁上，所述外圈上均勻設置有多個橫截面為T型的凹槽，且上軸承和下軸承上的凹槽在豎向方向上一一對應；

所述葉片為橫截面為弧形的片狀結構，葉片內部沿其長度方向設置有磁條，葉片的上下兩端設置有與所述凹槽匹配的彈性限位件，通過彈性限位件將葉片卡接在上軸承和下軸承上的凹槽內，且靠近套筒側的葉片厚度大于遠離套筒側的葉片厚度；

所述彈性限位件包括一限位本體，限位本體的兩側設置有梯形卡頭，所述梯形卡頭與限位本體通過彈簧連接，以實現梯形卡頭的伸縮，方便卡入所述T型凹槽內；將彈性限位件插入凹槽時，在凹槽口及彈簧的作用下，梯形卡頭向內收縮，插入凹槽后，梯形卡頭在彈簧的作用下彈開，牢牢卡在凹槽內，有效防止葉片脫落。

進一步的，所述葉片沿其弧度方向逆時針設置，以保證不管海流方向從何而來，葉片均能朝著順時針方向轉動。

進一步的，所述葉片采用碳纖維復合材料，強度高且大大減輕了重量，有利于葉片的旋轉，對發電有很好的增強效果。

進一步的，所述葉片內部設置的磁條的數量為1-3根，海流沖擊葉片，推動其繞著海洋管道旋轉，磁條隨著葉片旋轉，形成線圈切割磁感線，根據電磁感應，會產生電流。

進一步的，所述線圈為外部覆蓋絕緣層的金屬線圈，且呈螺旋上升狀纏繞在管道外壁上。

進一步的，所述套筒由兩個對稱的半圓柱筒組成，并通過螺栓連接，方便安裝。

進一步的，所述套筒的長度為海洋管道管徑的6-8倍，串聯設置在海洋管道外側。

進一步的，所述內圈包括兩個對稱的半圓環結構，所述半圓環結構通過螺栓連接，保證軸承緊貼套筒的外壁。

進一步的，所述凹槽的開口寬度略大于葉片的厚度，以便于葉片的插入。

進一步的，所述凹槽的數量為3-6個，對應的所述葉片的數量同樣為3-6個。

與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果在于：

本實用新型提出的渦激振動抑制裝置，其葉片優選采用碳纖維復合材料，強度高而且大大減輕了重量，有利于葉片的旋轉，對發電有很好的增強效果；且葉片為橫截面為弧形的片狀結構，外尖內厚，葉片均為朝逆時針方向設置，無論海流從何方向而來，均能保證葉片始終沿順時針方向轉動，保證了發電的穩定性。