[發(fā)明專利]一種粗糙表面弧形翼板擺動發(fā)電與抑振的裝置及方法

有效

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• 申請日: 2020-02-02
• 公開（公告）號: CN111271216B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱紅鈞;褚鑫;劉紅葉;丁志奇;王碩;粟華忠
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: F03B17/06
• 分類號: F03B17/06;F15D1/00
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種粗糙表面弧形翼板擺動發(fā)電與抑振的裝置及方法，裝置由旋擺系統(tǒng)和集電系統(tǒng)兩部分組成；旋擺系統(tǒng)包括集電立管、轉(zhuǎn)向軸承、納米材料弧形發(fā)電翼板、柔性尾板；集電系統(tǒng)包括伸縮發(fā)電筒、防水電滑環(huán)和防水輸電線。在本裝置納米材料弧形發(fā)電翼板分割流動空間和調(diào)整流向、納米材料弧形發(fā)電翼板帶動柔性尾板擺動破壞尾部渦街和半球形凸起與喇叭形導(dǎo)流孔擾亂繞流邊界層的共同作用下，實(shí)現(xiàn)了無能耗的渦激振動抑制，且納米材料弧形發(fā)電翼板的彎曲與變形、半球形凸起的變形和伸縮發(fā)電筒的往復(fù)伸縮都產(chǎn)生了電流，同步實(shí)現(xiàn)了海流能的轉(zhuǎn)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋新能源開發(fā)利用與渦激振動抑制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粗糙表面弧形翼板擺動發(fā)電與抑振的裝置及方法。

背景技術(shù)

能源是人類生存及從事一切生產(chǎn)活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源短缺的矛盾、傳統(tǒng)能源的過度開發(fā)與急劇惡化的生存環(huán)境、國際能源沖突與能源安全等重大問題已引起國內(nèi)外高度的關(guān)注。海洋能源由于具有可再生、綠色環(huán)保和儲量豐富的特點(diǎn)，日益受到沿海各國的重視。大規(guī)模科學(xué)有效利用海洋能源對促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

發(fā)展壯大海洋經(jīng)濟(jì)，不僅有助于我國突破資源瓶頸、加速新舊動能的轉(zhuǎn)換，也是擴(kuò)大內(nèi)部需求、拉動國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長的重要途徑。在開發(fā)海洋油氣資源的過程中，不可避免地存在海洋立管、提升管、隔水管、平臺樁腿等海洋結(jié)構(gòu)物的渦激振動問題，威脅著結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營。海洋能的開發(fā)利用同樣依賴于多種鈍體形式的海洋結(jié)構(gòu)物，也廣泛存在著渦激振動的隱患，如何在有效抑制結(jié)構(gòu)渦激振動的同時(shí)收集振動產(chǎn)生的能量使之轉(zhuǎn)化為電能，變害為利、一舉兩得，實(shí)現(xiàn)海洋裝備的自供能，是亟待探索的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對當(dāng)前背景技術(shù)中提出的問題與不足，提出一種更加高效、綠色環(huán)保的粗糙表面弧形翼板擺動發(fā)電與抑振的裝置及方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種粗糙表面弧形翼板擺動發(fā)電與抑振的裝置由旋擺系統(tǒng)和集電系統(tǒng)兩部分組成；旋擺系統(tǒng)包括一根集電立管、兩個轉(zhuǎn)向軸承、兩塊納米材料弧形發(fā)電翼板、兩塊柔性尾板；集電系統(tǒng)包括三根伸縮發(fā)電筒、一個防水電滑環(huán)和防水輸電線。

轉(zhuǎn)向軸承為內(nèi)嵌圓柱滾子的內(nèi)外圈結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向軸承的內(nèi)徑等于集電立管的外徑，上、下兩個轉(zhuǎn)向軸承按間隔一塊納米材料弧形發(fā)電翼板的高度安裝在集電立管的外壁。轉(zhuǎn)向軸承的外壁對稱設(shè)置有兩個圓柱孔，內(nèi)插圓柱轉(zhuǎn)軸，納米材料弧形發(fā)電翼板一端套裝在圓柱轉(zhuǎn)軸上，使得兩塊納米材料弧形發(fā)電翼板對稱安裝在轉(zhuǎn)向軸承的外壁兩側(cè)，且凹面相對、凸面面向外側(cè)。納米材料弧形發(fā)電翼板既可帶動轉(zhuǎn)向軸承外圈繞集電立管轉(zhuǎn)動，又可繞圓柱轉(zhuǎn)軸擺動。

納米材料弧形發(fā)電翼板由氧化鋅材料構(gòu)成，表面沿水平方向均勻開有四行喇叭形導(dǎo)流孔，使對應(yīng)的納米材料弧形發(fā)電翼板的凹面為小孔、凸面為大孔；納米材料弧形發(fā)電翼板凸面每兩行喇叭形導(dǎo)流孔之間布置有半球形凸起，半球形凸起的半徑是喇叭形導(dǎo)流孔大孔孔徑的兩倍，半球形凸起內(nèi)部填充有氧化鋅材料；納米材料弧形發(fā)電翼板的兩端均開有圓柱轉(zhuǎn)軸插孔，納米材料弧形發(fā)電翼板的中部沿垂向等間距安裝有三根伸縮發(fā)電筒。

一根伸縮發(fā)電筒由一根磁極套筒、四塊弧形磁鐵、一根彈簧和兩根繞有線圈的翼板撐桿構(gòu)成。磁極套筒中空，內(nèi)部放置有一根彈簧，磁極套筒每側(cè)端面上對稱開有兩個弧形孔，每個弧形孔中安放有一塊弧形磁鐵，且相對的兩個弧形孔中的弧形磁鐵磁極相反。磁極套筒的中部設(shè)有電路通道接口。繞有線圈的翼板撐桿的直徑等于磁極套筒的內(nèi)徑，兩根翼板撐桿分別與磁極套筒中的彈簧兩端相連，兩根翼板撐桿的另一端固定于相對布置的兩塊納米材料弧形發(fā)電翼板的凹面上。

柔性尾板一端開有圓柱孔，內(nèi)插圓柱轉(zhuǎn)軸，柔性尾板通過圓柱轉(zhuǎn)軸套裝于納米材料弧形發(fā)電翼板的尾端，使柔性尾板可以繞圓柱轉(zhuǎn)軸擺動。柔性尾板的高度和厚度分別等于納米材料弧形發(fā)電翼板的高度和厚度。