抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统

本发明涉及海洋工程，尤其涉及一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统。

背景技术：

1、海洋结构物如船舶、桥梁、码头、海洋平台等长期暴露在海洋环境中，容易受到生物附着的影响。生物附着不仅会导致结构物质量的增加，还可能引起腐蚀、阻力增加、能源消耗的增加等问题，对结构物的使用寿命和性能造成严重影响。且海洋立管结构在复杂海洋环境荷载作用下会发生涡激振动，需要抑制海洋立管结构涡激振动。

2、在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统，摩擦发电模块能够俘获海流能进而转换为电能以供系统的螺旋空心列板在水下完成电化学反应，同时实现对海洋立管表面生物附着的抑制，同时，螺旋空心列板打破海洋立管表面的展向相关性，扰乱立管尾流区漩涡的正常泄放，从而抑制海洋立管的涡激振动，此外，摩擦发电模块在转子及涡轮外壳叶片旋转时能够干扰海洋立管周围流场，进一步抑制海洋立管结构的涡激振动。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统包括：

4、海洋立管，其设于海洋环境中；

5、摩擦发电模块，其安装于海洋立管表面以俘获海流能并转换为电能，所述摩擦发电模块包括，

6、涡轮外壳，其环绕地安装于海洋立管且所述涡轮外壳设有向外延伸的叶片，

7、介电薄膜，其贴附于所述涡轮外壳的内壁，

8、定子，其设于所述涡轮外壳内且固定于所述海洋立管外壁，

9、铝电极片，其贴附于所述定子外壁且紧密接触所述介电薄膜，所述铝电极片的端部连接导线，

10、转子，其套装于定子两端且所述转子设有插接所述叶片的预留卡槽，海流冲击所述叶片以带动转子相对于定子转动以干扰海洋立管周围的流场，铝电极片与介电薄膜相对滑动以摩擦导致铝电极片电荷向介电薄膜转移，介电薄膜在转动过程中与铝电极片接触面积不断变化，导致铝电极片电荷转移量存在差异而出现电势差以产生交流电，导线将产生的交流电导出；

11、能源转换模块，其安装于所述海洋立管表面，所述能源转换模块包括，

12、密封外壳，其固定于所述海洋立管表面，

13、交直流转换器，其连接所述导线以将所述交流电转换为直流电，

14、蓄电模块，其经由蓄电模块导线连接交直流转换器以存储直流电，

15、铜棒，其设于密封外壳外，

16、电解阴极导线，其连接蓄电模块的负极及经由铜导线连接铜棒，所述铜棒极化为阴极，

17、电解阳极导线，其连接蓄电模块的正极并沿密封外壳的预留孔洞导出；

18、螺旋空心列板，其安装于所述海洋立管表面以破坏海洋立管表面的展向相关性，所述螺旋空心列板与海洋立管表面之间设有聚四氟乙烯薄膜，螺旋空心列板连接所述电解阳极导线以极化为阳极，螺旋空心列板电解海水中氯化钠产生的氯离子以及铜棒电解海水产生的氢氧根离子抑制生物附着。

19、所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统中，海洋立管依次安装至少一组摩擦发电模块，电解能源转换模块及螺旋空心列板。

20、所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统中，所述定子经由垫片固定安装在海洋立管表面且定子的两端安装密封橡胶圈，所述导线沿定子的预留孔洞由内侧导出并穿过垫片的预留孔沿海洋立管外壁布置，所述预留孔洞和预留孔的缝隙处做防水处理。

21、所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统中，所述能源转换模块经由半月形卡扣与密封外壳上的固定卡扣安装至海洋立管外壁，半月形卡扣与固定卡扣之间通过卡扣连接螺栓连接固定使得能源转换模块与海洋立管不发生相对滑动。

22、所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统中，所述交直流转换器经由交直流转换器固定螺栓固定在密封外壳内壁，蓄电模块经由蓄电模块固定螺栓固定在密封外壳内壁。

23、所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统中，螺旋空心列板为镀钛铝合金螺旋锥形空心列板。

24、所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统中，所述螺旋空心列板的上下两端分别经由列板顶部固定模块和列板底部固定模块安装于海洋立管。

25、所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统中，所述螺旋空心列板的上下端分别插入列板顶部固定模块中的顶部固定模块卡扣及列板底部固定模块的底部固定模块卡扣的预留卡槽中，螺旋空心列板与电解阳极导线在顶部固定模块卡扣卡槽内接触。

26、所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统中，顶部固定模块卡扣经由顶部固定模块卡扣连接螺栓连接顶部列板固定半月形卡扣，底部固定模块卡扣经由底部固定模块卡扣连接螺栓连接底部列板固定半月形卡扣，使得螺旋空心列板与海洋立管不发生相对滑动。

27、所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统中，阴极和阳极之间的电压维持在5-8v。

28、在上述技术方案中，本发明提供的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统，具有以下有益效果：两种介电材料相互接触时，由于电子的转移，使一个物体带正电，另一个物体带负电的现象。接触起电后，将两种介电材料分开，之前获得或失去电子的状态得以保留，使得两种介电材料间存在电势差。当这两种带电的介电材料通过外部负载电阻连接在一起时，电子会通过外电路流过负载，从而完成电荷转移。在海流驱动下，摩擦发电模块发生转动干扰立管周围的流场，从而抑制涡激振动并产生电能。电解能源转换模块将交流电转换为直流电并储存在蓄电模块中。蓄电模块放电时，使螺旋空心列板、铜棒与海水发生电化学反应，抑制生物附着。镀钛铝合金螺旋锥形空心列板通过破坏立管表面的展向相关性，进一步抑制海洋立管涡激振动。该系统既能抑制海洋立管涡激振动，又能防止海洋立管表面生物附着，具有重要的工程应用价值。

技术特征：

1.一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统，其特征在于，其包括，

2.根据权利要求1所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统，其特征在于，海洋立管依次安装至少一组摩擦发电模块，电解能源转换模块及螺旋空心列板。

3.根据权利要求1所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统，其特征在于，所述定子经由垫片固定安装在海洋立管表面且定子的两端安装密封橡胶圈，所述导线沿定子的预留孔洞由内侧导出并穿过垫片的预留孔沿海洋立管外壁布置，所述预留孔洞和预留孔的缝隙处做防水处理。

4.根据权利要求1所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统，其特征在于，所述能源转换模块经由半月形卡扣与密封外壳上的固定卡扣安装至海洋立管外壁，半月形卡扣与固定卡扣之间通过卡扣连接螺栓连接固定使得能源转换模块与海洋立管不发生相对滑动。

5.根据权利要求1所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统，其特征在于，所述交直流转换器经由交直流转换器固定螺栓固定在密封外壳内壁，蓄电模块经由蓄电模块固定螺栓固定在密封外壳内壁。

6.根据权利要求1所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统，其特征在于，螺旋空心列板为镀钛铝合金螺旋锥形空心列板。

7.根据权利要求1所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统，其特征在于，所述螺旋空心列板的上下两端分别经由列板顶部固定模块和列板底部固定模块安装于海洋立管。

8.根据权利要求7所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统，其特征在于，所述螺旋空心列板的上下端分别插入列板顶部固定模块中的顶部固定模块卡扣及列板底部固定模块的底部固定模块卡扣的预留卡槽中，螺旋空心列板与电解阳极导线在顶部固定模块卡扣卡槽内接触。

9.根据权利要求8所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统，其特征在于，顶部固定模块卡扣经由顶部固定模块卡扣连接螺栓连接顶部列板固定半月形卡扣，底部固定模块卡扣经由底部固定模块卡扣连接螺栓连接底部列板固定半月形卡扣，使得螺旋空心列板与海洋立管不发生相对滑动。

10.根据权利要求1所述的一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统，其特征在于，阴极和阳极之间的电压维持在5-8v。

技术总结一种抑制海洋立管涡激振动和生物附着系统，系统中，摩擦发电模块安装于海洋立管表面以俘获海流转换为电能，海流冲击叶片以带动转子相对于定子转动以干扰海洋立管周围的流场，铝电极片与介电薄膜相对滑动以摩擦导致铝电极片电荷向介电薄膜转移，介电薄膜在转动过程中与铝电极片接触面积不断变化，导致铝电极片电荷转移量存在差异而出现电势差以产生交流电；螺旋空心列板安装于海洋立管表面以破坏海洋立管表面的展向相关性，螺旋空心列板连接电解阳极导线以极化为阳极，螺旋空心列板电解海水中氯化钠产生的氯离子以及铜棒电解海水产生的氢氧根离子抑制生物附着。本系统实现对海洋立管表面生物附着的抑制以及抑制海洋立管结构的涡激振动。技术研发人员：李朋,高连杰,刘震,侯浩,苏泰宁,朱立,张宇,韩新宇受保护的技术使用者：山东科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11