一种摆锤式海洋立管涡激振动自发电监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海洋法典监测装置，具体涉及一种摆锤式海洋立管涡激振动自发电监测装置。
【背景技术】
[0002]随着人类对能源需求的增加，迫使人们对资源的开采从陆地转向海洋，因此海洋平台在资源结构中所占的比重逐渐变大。目前海底的油气资源通常是通过钻井技术从海床获得，然后采用海洋立管输运到水面的采油平台以及FPSO (浮式生产储油船)、FLNG (浮式液化天然气船)等进行加工和储存等处理。立管在整个资源开采加工中有着举足轻重的作用，作为油气输送生命线的立管很大程度上保证了整个平台开采与生产的顺利进行。考虑到海洋立管是具有大变形的柔性结构，受到洋流的作用将发生涡激振动，特别是在垂直于来流方向上立管将产生大尺度的往复振动，是导致立管发生疲劳破坏的主要因素。加上海洋平台受水面环境载荷影响产生的位置变化，立管在水下的受力、变形和几何形态都需要进行检测并作出预报，以防出现立管断裂而造成严重的油气泄漏事故。
[0003]目前采用的监测方法是在海洋立管上设置一定数量的传感器来获取立管的运动特性，经过数据分析得到水下立管系统的动力特性、可靠性、安全性。然而整个监测系统需要电力的供应，现有的电池技术难以维持监测的需要，如布置电缆又将产生巨大的人力、物力的损耗以及立管性能的削弱。
[0004]现有技术中，对于利用海洋立管涡激振动发电并未有相关的技术提出，国内现有的涡激振动发电装置仅限于普通水流中的直杆受到水流影响产生的上下往复振动进行发电。
【发明内容】
[0005]发明目的:本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种摆锤式海洋立管涡激振动自发电监测装置。
[0006]技术方案:本发明所述的一种摆锤式海洋立管涡激振动自发电监测装置，包括主壳体以及安装于主壳体中的摆锤组件、齿轮组件、线圈组件和耐压舱；所述主壳体包括空心圆柱壳体，以及分别设置于空心圆柱壳体上下两端的顶盖和底盖，底盖上轴心处向上竖立有固定旋转轴，固定旋转轴上插入有摆锤组件；所述摆锤组件包括偏心重锤以及设置于偏心重锤轴心位置的轴套，偏心重锤呈半圆柱型且靠近轴套部分为镂空，轴套中插入有固定旋转轴；所述齿轮组件包括齿轮箱、设置于齿轮箱中的齿轮机构、以及箱盖，齿轮机构包括四个三级齿轮、四个二级齿轮和一个一级齿轮；三级齿轮设置于齿轮箱内部箱底，二级齿轮设置于三级齿轮内侧，二级齿轮采用双齿轮结构包括与三级齿轮相配的下齿轮和设置于下齿轮上方的上齿轮，一级齿轮位于四个上齿轮的中心且均与该四个上齿轮相配，轴套穿过齿轮箱后插入并卡固于一级齿轮中心；所述线圈组件包括若干绝缘绝磁的线圈绕组和置于齿轮组件上方的线圈架，线圈架由绝缘绝磁材料制成，所述线圈绕组通过绝缘绝磁隔板间隔分区域设置于线圈架；所述三级齿轮的轴伸出齿轮箱的箱盖，轴的顶部连接有永磁体，永磁体与线圈绕组一一对应放置处于同一水平高度形成若干发电模块；所述耐压舱设置于线圈架上的中心位置，耐压舱中放有蓄电池。
[0007]其中，偏心重锤的重量主要分布于离其轴心较远区域，且其惯性体积矩远离轴心，在立管发生振动时，惯性力作用在重心上，引起偏心重锤绕着固定旋转轴发生圆周运动。
[0008]为保证主壳体以及偏心重锤的顺利转动，所述底盖上开设有以固定旋转轴为圆心的环状弧形凹槽，齿轮箱外侧箱底也开设有环状弧形凹槽；所述轴套的上下两侧均设有轴肩，且两个轴肩上背对偏心重锤的侧面上均开设有环状弧形凹槽，且分别与底盖上的环状弧形凹槽和齿轮箱箱底的环状弧形凹槽相适配。
[0009]进一步的，所述轴套侧壁的顶部还设置有齿轮键，轴套通过齿轮键卡固于一级齿轮上的键槽。
[0010]进一步的，所述齿轮箱箱底上还设置有棘爪转柱，棘爪转柱外周穿入回力弹簧后再套有棘爪，棘爪的另一端成钩爪状伸入一级齿轮的齿根。棘爪顶端的钩爪结构与一级齿轮齿根处的配合，当偏心重锤带动一级齿轮发生转动时，一级齿轮顺着棘爪顶端钩爪结构方向旋转半个齿轮齿宽时，将棘爪顶向一级齿轮的齿顶，继续旋转半个齿轮的齿宽后，在回力弹簧作用，钩爪结构会回到下一个齿根处；当一级齿轮旋转方向逆着棘爪顶端钩爪结构时，受到钩爪结构阻挡，无法发生转动。从而保证摆锤的旋转永远带动齿轮组朝着一个方向转动，产生的电流也只有一个方向。
[0011]进一步的，所述三级齿轮的轴上设有平键，永磁体上开设有与平键相适配的键槽，通过键槽与平键相连实现永磁体与三级齿轮的轴的连接。
[0012]进一步的，所述线圈架包括环形绝缘绝磁隔板、圆柱形绝缘绝磁隔板和若干矩形绝缘绝磁隔板，圆柱形绝缘绝磁隔板设置于环形绝缘绝磁隔板的中心位置，矩形绝缘绝磁隔板均匀设置于圆柱形绝缘绝磁隔板的侧壁，并沿向圆柱形绝缘绝磁隔板径向向外周延伸，形成若干相对独立的绝缘绝磁空间；发电模块分别位于不同的绝缘绝磁空间；所述耐压舱与环形绝缘绝磁隔板以及顶盖所谓区域中排布有电线电路；所述线圈绕组通过固定销安装于线圈架。
[0013]有益效果:本发明中主壳体随着立管发生往复振动，在立管发生位移时，由于惯性作用，摆锤组件仍处于原位置，因此摆锤组件绕着固定旋转轴发生圆周运动，摆锤的运动带动一级齿轮的运动，通过齿轮箱中齿轮机构的变速作用，引起永磁体转动，从而切割磁感线产生感应电流；与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0014](I)立管的涡激振动引起摆锤组件的旋转，通过齿轮机构的变速作用，将小角度的旋转转化为快速的圆周运动，增加了切割磁感线的速度；
[0015](2)摆锤组件中的偏心重锤靠近圆心部分镂空，其重心远离圆心，在发生旋转时，具有更大的转动惯性矩；
[0016](3)可根据实际所需功率加长三级齿轮的齿轮轴，以及增加永磁体和线圈绕组的数量，使用方便灵活。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的整体结构示意图；
[0018]图2是本发明的主壳体示意图；
[0019]图3是本发明的摆锤组件结构示意图；
[0020]图4是本发明的齿轮箱结构示意图；
[0021]图5是本发明的齿轮箱箱盖结构示意图；
[0022]图6是本发明的一级齿轮结构示意图；
[0023]图7是本发明的二级齿轮结构示意图；
[0024]图8是本发明的三级齿轮结构示意图；
[0025]图9是本发明的棘爪与棘爪转柱结构示意图；
[0026]图10是本发明中永磁体结构示意图；
[0027]图11是本发明中齿轮箱中的结构示意图；
[0028]图12是本发明的线圈架结构示意图；
[0029]图13是本发明的线圈绕组结构示意图；
[0030]图14是本发明的耐压舱结构示意图；
[0031]图15是本发明中电路工作流程图；
[0032]图16是本发明安装于立管的示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[0034]如图1至图16所示，本发明的一种摆锤式海洋立管涡激振动自发电监测装置，包括主壳体I以及安装于主壳体I中的摆锤组件2、齿轮组件3、线圈组件和耐压舱7 ;主壳体I包括空心圆柱壳体11，以及分别设置于空心圆柱壳体11上下两端的顶盖12和底盖13，底盖13上轴心处向上竖立有固定旋转轴14，固定旋转轴14上插入有摆锤组件2 ;摆锤组件2包括偏心重锤21以及设置于偏心重锤21轴心位置的轴套22，偏心重锤21呈半圆柱型且靠近轴套22部分为镂空，轴套22中插入有固定旋转轴14 ;齿轮组件3包括齿轮箱32、设置于齿轮箱32中的齿轮机构31、以及箱盖36，齿轮机构31包括四个三级齿轮315、四个二级齿轮和一个一级齿轮310 ;三级齿轮315设置于齿轮箱32内部箱底，二级齿轮设置于三级齿轮315内侧，二级齿轮采用双齿轮结构包括与三级齿轮315相配的下齿轮313和设置于下齿轮313上方的上齿轮312，一级齿轮310位于四个上齿轮312的中心且均与该四个上齿轮312相配，轴套