剪切來流下鈍體繞流與渦激振動主動調節和能量收集設備的製作方法

2023-10-23 19:32:17 2

本發明涉及海洋工程流體防護技術領域，特別是涉及剪切來流下鈍體繞流與渦激振動效應能量回收技術。

背景技術：

自然界中大部分流體流動是以剪切來流形式出現，而不是以均勻來流形式存在，實際應用背景下(海洋、風)的來流流速隨高度的變化而變化，剪切來流作用下的鈍體結構(群)流固耦合問題在自然界和工程界處處可見，在海洋工程方面，輸油管道與海洋立管的渦激振動問題也十分嚴重海水洋流荷載會導致結構某個單元的疲勞損傷甚至會使得整個結構物破壞，此類工程事故屢見不鮮；

在海洋工程技術領域，大量的海洋流體不斷衝擊埋設在海洋中的管道以及柱體，長期以來，柱體受到長期的不均勻振動，極容易發生損壞，造成嚴重的生命財產損失，因此，設計出一款主動控制剪切來流下鈍體繞流與渦激振動效應的設備來保護海洋設備是亟待解決的問題；

同樣，大量的海洋渦激流也是一個巨大的潛在能量，由於渦激流通過理論分析能找到大致的位置，因此，利用能量回收裝置將渦激流能量吸收轉化為可用的電能，是一個很好的發電方式，在解決渦激振動的同時，回收渦激能量，具有極大的應用前景。

技術實現要素：

基於此，有必要針對目前剪切來流防護設備存在的問題，提供一種主動控制剪切來流下鈍體繞流與渦激振動效應的新方法和能量收集新設備來解決上述問題；

剪切來流下鈍體繞流與渦激振動主動調節和能量收集設備，包括柱體和控流柱以及固定橫杆，所述柱體上套接有固定環，所述固定環上安裝有振動傳感器，所述固定環前端連接有控流固定杆，且所述控流固定杆前端安裝有液壓杆，所述液壓杆前端固定安裝有控流柱，在控流柱之間連接有螺旋杆；

所述柱體的後端安裝有固定橫杆，所述固定橫杆上安裝有葉輪，且所述葉輪和固定橫杆之間安裝有轉軸，在轉軸的頂端安裝有發電機所述固定橫杆之間安裝有伸縮螺紋杆；所述固定橫杆的末端安裝有流控板；

所述固定環內部是腔體結構，所述固定橫杆和所述流控固定杆均內嵌在固定環中，且所述固定橫杆和流控固定杆的末端均安裝有軸承，另外，所述固定橫杆和流控固定杆一一對應，二者之間通過弧形杆連接；所述軸承內軸嵌套有轉動杆，且所述轉動杆頂部橫插有方向棒；所述固定環是兩端分離，且固定環兩端設置有固定螺孔。

在其中一個實施例中，採用如下方式運行整個設備：

s1：裝置隨水流轉動，控流柱始終正對來流方向，葉輪相應的在控流柱反方向；

s2：固定環上的振動傳感器檢測柱體的振動效應，並傳輸到處理器中處理；

s3：處理器根據預先的控制程序控制控流柱的張角；

s4：控流柱改變剪切來流的渦激位置，渦流運行到柱體後端的葉輪上引發葉輪轉動並帶動發電機的轉動；

s5：葉輪上的流控板根據水流大小調節固定橫杆的張角，進而進一步回收渦流能量。

在其中一個實施例中，所述流控固定杆和固定橫杆均採用鍍鋅鋼杆，二者區別在於，所述流控固定杆前段鑲嵌有液壓杆；

在其中一個實施例中，所述流控板傾角朝內；

在其中一個實施例中，所述方向棒是弧形結構，且與固定環內部腔體平行，同時方向棒邊緣光滑；

在其中一個實施例中，所述螺旋杆和伸縮螺紋杆中間均是兩段螺紋連接，二者區別在於，所述伸縮螺紋杆兩端通過硬質彈簧與固定橫杆連接。

在其中一個實施例中，所述固定環外表面設置有防汙層，所述防汙層包括漆基、面漆和清漆。

上述剪切來流下鈍體繞流與渦激振動效應主動調節和能量收集設備，具有以下的效果：

1.採用固定環內嵌軸承的方式控制控流柱和葉輪的旋轉，可以根據來流的方向自動的旋轉，極大的提高了渦激振動的防護效果，於此同時，也極大的提高了能量回收的效率；

2.該裝置的固定環是兩半圓環通過螺紋連接套接在柱體上，方便了安裝，不需要改變柱體的位置，同時，對於已建好的海洋柱體，直接量好尺寸，套接在柱體上即可，提高了設備的應用場景；

3.該裝置採用流控板控制固定橫杆的張角，水流較大時，張角自動變大，提高能量的回收效率；

4.該裝置的控流柱安裝在液壓杆上，控制晶片可依據預先設計的程序調節控流柱與柱體的間距，進一步提高渦激振動的防護效果。

附圖說明

圖1為本發明中的設備整體圖；

圖2為本發明中固定環內部的結構連接圖；

圖3為本發明中固定環內部軸承結構連接示意圖；

圖4為本發明中軸承和轉動杆結構連接圖；

圖5為本發明中固定環與控流柱連接圖；

圖6為本發明中固定環整體結構示意圖；

圖7為本發明中方向棒形狀示意圖。

具體實施方式

結合圖1至圖7，本發明設計剪切來流下鈍體繞流與渦激振動主動調節和能量收集設備，包括柱體1和控流柱11以及固定橫杆3，所述柱體1上套接有固定環2，所述固定環2上安裝有振動傳感器12，所述固定環2前端連接有控流固定杆8，且所述控流固定杆8前端安裝有液壓杆9，所述流控固定杆8和固定橫杆3均採用鍍鋅鋼管，二者區別在於，所述流控固定杆8前段鑲嵌有液壓杆9，採用液壓杆9的設計，是利用處理器19控制液壓杆9的長度，進而實現不同的流速情況下，渦激效應的有效防控，增強渦激效應的控制能力，所述液壓杆9前端固定安裝有控流柱11，在控流柱11之間連接有螺旋杆10；

所述柱體1的後端安裝有固定橫杆3，所述固定橫杆3上安裝有葉輪5，且所述葉輪5和固定橫杆3之間安裝有轉軸4，在轉軸4的頂端安裝有發電機18所述固定橫杆3之間安裝有伸縮螺紋杆7；所述固定橫杆3的末端安裝有流控板6，所述流控板6傾角朝內，根據流體流向設計，當流速大時，此時流控板6產生張力，此時伸縮螺紋杆7上的彈簧被拉伸，固定橫杆3的張角增加，葉輪能接收到更多的渦流，回收效果更加，所述螺旋杆10和伸縮螺紋杆7中間均是兩段螺紋連接，二者區別在於，所述伸縮螺紋杆7兩端通過硬質彈簧與固定橫杆3連接，採用螺紋杆7的目的是實現張角的自主預設，只需要旋動螺紋杆7，實現長短變化，達到控制張角的目的；

所述固定環2內部是腔體結構，同時，所述固定環外表面設置有防汙層，所述防汙層包括漆基、面漆和清漆，有效的增加了裝置的抗腐蝕能力，壽命增長，所述固定橫杆3和所述流控固定杆8均內嵌在固定環2中，且所述固定橫杆3和流控固定杆8的末端均安裝有軸承14，另外，所述固定橫杆3和流控固定杆8一一對應，二者之間通過弧形杆13連接；所述軸承14內軸嵌套有轉動杆16，且所述轉動杆16頂部橫插有方向棒15，所述方向棒15是弧形結構，且與固定環2內部腔體平行，同時方向棒15邊緣光滑，採用方向棒15的目的是防止軸承14內圈旋轉，這樣只能外圈旋轉轉動，實現整個裝置隨著水流方向變化而轉動的效果；所述固定環2是兩端分離，且固定環2兩端設置有固定螺孔17。

以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。