本發(fā)明涉及海洋工程流體防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及剪切來流下鈍體繞流與渦激振動(dòng)效應(yīng)主動(dòng)控制。

背景技術(shù)：

自然界中大部分流體流動(dòng)是以剪切來流形式出現(xiàn)，而不是以均勻來流形式存在，實(shí)際應(yīng)用背景下(海洋、風(fēng))的來流流速隨高度的變化而變化，而且在同一高度面內(nèi)也會(huì)存在一定的梯度變化，鈍體結(jié)構(gòu)(群)廣泛存在于實(shí)際工程中，如高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨空間結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、海洋立管、海洋平臺(tái)、船舶拖拽系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域；但至今對剪切來流作用下的鈍體結(jié)構(gòu)(群)流固耦合問題研究還不成熟，風(fēng)或海水洋流荷載會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)某個(gè)單元的疲勞損傷甚至?xí)沟谜麄€(gè)結(jié)構(gòu)物破壞，此類工程事故屢見不鮮；

在海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，大量的海洋流體不斷沖擊埋設(shè)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(dòng)，極容易發(fā)生損壞，造成嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失，因此，設(shè)計(jì)出一款主動(dòng)控制剪切來流下鈍體繞流與渦激振動(dòng)效應(yīng)的設(shè)備來保護(hù)海洋設(shè)備是亟待解決的問題；

目前的海洋剪切來流防護(hù)設(shè)備還只是簡單的機(jī)械設(shè)計(jì)，在復(fù)雜的洋流環(huán)境下，很難達(dá)到好的防護(hù)效果，因此，采用先進(jìn)的控制技術(shù)，配合機(jī)械式的操控方式來設(shè)計(jì)防護(hù)設(shè)備是很有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對目前剪切來流防護(hù)設(shè)備存在的問題，提供一種主動(dòng)控制剪切來流下鈍體繞流與渦激振動(dòng)效應(yīng)的新方法和設(shè)備來解決上述問題；

剪切來流下鈍體繞流與渦激振動(dòng)效應(yīng)主動(dòng)控制方法,包括以下步驟：

s1:在水管外設(shè)置可移動(dòng)式控流柱；

s2:實(shí)時(shí)檢測水管的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；

s3:對檢測信號(hào)進(jìn)行分析處理，調(diào)節(jié)控流柱的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制。

根據(jù)權(quán)利要求所述的剪切來流下鈍體繞流與渦激振動(dòng)效應(yīng)主動(dòng)控制方法，包括以下步驟：

s1:在水管外壁設(shè)置固定環(huán)，固定環(huán)中固定有多個(gè)圍繞水管外壁布置的控流柱，所述控流柱可以繞水管外壁移動(dòng)；

s2:實(shí)時(shí)檢測水管的振動(dòng)情況；

s3:所述固定環(huán)內(nèi)部包裹有控制芯片，所述控制芯片根據(jù)振動(dòng)傳感器得到的振動(dòng)信號(hào)，控制轉(zhuǎn)動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)指定的角度，轉(zhuǎn)動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)所述控流柱繞水管外壁移動(dòng)，達(dá)到控制振動(dòng)的目的。

根據(jù)權(quán)利要求所述的剪切來流下鈍體繞流與渦激振動(dòng)效應(yīng)主動(dòng)控制方法,包括以下步驟：

s1:在水管外壁設(shè)置有固定環(huán)，固定環(huán)中固定有多個(gè)圍繞水管外壁布置的控流柱；

s2:當(dāng)水管周圍或內(nèi)部流體發(fā)生變化，水管產(chǎn)生振動(dòng)，此時(shí)所述固定環(huán)內(nèi)部安裝的振動(dòng)傳感器感受振動(dòng)；

s3:所述固定環(huán)內(nèi)部包裹有控制芯片，所述控制芯片根據(jù)振動(dòng)傳感器得到的振動(dòng)信號(hào)，控制轉(zhuǎn)動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)指定的角度，轉(zhuǎn)動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)所述控流柱繞水管外壁移動(dòng)，達(dá)到控制振動(dòng)的目的。

剪切來流下鈍體繞流與渦激振動(dòng)效應(yīng)主動(dòng)控制設(shè)備，包括水管和控流柱，所述控流柱通過固定環(huán)固定在水管上，所述控流柱上連接有轉(zhuǎn)動(dòng)桿，且所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿上內(nèi)嵌有液壓桿，所述固定環(huán)內(nèi)部設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿和步進(jìn)電機(jī)之間通過斜齒輪配合傳動(dòng)；

所述固定環(huán)的內(nèi)部設(shè)置有控制芯片，所述控制芯片旁分別安裝供電電源對控制芯片和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行供電；所述固定環(huán)與水管之間分布式排列有振動(dòng)傳感器，所述振動(dòng)傳感器通過采集芯片與控制芯片連接，所述控制芯片的信號(hào)輸出端連接步進(jìn)電機(jī)和液壓桿的信號(hào)輸入端；

上述剪切來流下鈍體繞流與渦激振動(dòng)效應(yīng)主動(dòng)控制方法設(shè)備，采用步進(jìn)電機(jī)控制控流柱位置的方式實(shí)現(xiàn)對洋流的控制，進(jìn)而達(dá)到控制管道振動(dòng)的效果，操作簡單且精度高，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角度達(dá)到2°，因此，微小的振動(dòng)也能利用控流柱消除，于此同時(shí)，采用多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制的方式，因?yàn)樵谒苤须y以實(shí)現(xiàn)單個(gè)電機(jī)多重控制的效果，利用多步進(jìn)電機(jī)控制，也增加了整個(gè)裝置的穩(wěn)定性，

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述固定環(huán)表面是橢圓形設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)方案能有效的減少固定環(huán)自身受到洋流的影響，減少阻力，延長壽命；

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述控流柱前段的斜齒輪和步進(jìn)電機(jī)前端的斜齒輪正常狀態(tài)下處于分離狀態(tài)，不傳動(dòng)，采取該設(shè)計(jì)方案是為控流柱提供更多的旋轉(zhuǎn)空間，不受當(dāng)前位置控流柱的阻擋，需要時(shí)，液壓桿延伸，齒輪嚙合，傳動(dòng)旋轉(zhuǎn)；

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述控流柱為帶內(nèi)部空腔的金屬柱狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部空腔內(nèi)設(shè)置有緩振液，所述緩振液為液態(tài)高分子量有機(jī)聚硅氧烷，所述緩振液體積占內(nèi)部空腔容積的1/2-2/3,控流柱內(nèi)部設(shè)置減震液，有效的減少控流柱自身的振動(dòng)以及振動(dòng)傳遞對振動(dòng)傳感器的影響；

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述固定環(huán)通過與水管二者焊接固定，且所述固定環(huán)內(nèi)部是腔體結(jié)構(gòu)，并設(shè)置有防水膜，該設(shè)計(jì)方案為內(nèi)部控制設(shè)備提供更多的空間，同時(shí)有效的防水；

在其中一個(gè)實(shí)施例中所述控制芯片連接液壓桿和步進(jìn)電機(jī)，方便步進(jìn)電機(jī)和液壓連接桿的協(xié)調(diào)工作，旋轉(zhuǎn)自由；

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述步進(jìn)電機(jī)與控流柱數(shù)目相同是4-6個(gè)，且按照設(shè)計(jì)，所述步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度是0-180°，采取該設(shè)計(jì)能達(dá)到控流柱任意位置的安置，達(dá)到控流效果，旋轉(zhuǎn)360在本裝置中沒必要。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中的設(shè)備整體圖；

圖2為本發(fā)明中控流柱連接圖；

圖3為本發(fā)明中控流柱和步進(jìn)電機(jī)連接示意圖；

圖4為本發(fā)明中固定環(huán)與水管連接圖；

圖5為本發(fā)明中固定環(huán)與控流柱連接圖；

圖6為本發(fā)明中控流柱位置示意圖；

圖7為本發(fā)明中固定環(huán)內(nèi)部電路連接示意圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1至圖7，本發(fā)明設(shè)計(jì)剪切來流下鈍體繞流與渦激振動(dòng)效應(yīng)主動(dòng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

s1:在水管1外設(shè)置可移動(dòng)式控流柱2；采用該鏈接方式，避免了控流柱2隨機(jī)的擺動(dòng)，達(dá)到良好控制的目的；

s2:實(shí)時(shí)檢測水管1的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)水管1周圍流體發(fā)生變化，水管1產(chǎn)生振動(dòng)，此時(shí)所述固定環(huán)3內(nèi)部安裝的振動(dòng)傳感器8感受振動(dòng)；具體的方法是，振動(dòng)傳感器8感受振動(dòng)并將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，此時(shí)采集芯片10將振動(dòng)傳感器采集到的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)，并送到控制芯片9；

s3:對檢測信號(hào)進(jìn)行分析處理，調(diào)節(jié)控流柱2的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制。

其中：

在水管1外壁設(shè)置固定環(huán)3，固定環(huán)3中固定有多個(gè)圍繞水管1外壁布置的控流柱2，所述控流柱2可以繞水管1外壁移動(dòng)；在水管1外壁設(shè)置有固定環(huán)3，固定環(huán)3中固定有多個(gè)圍繞水管1外壁布置的控流柱2；當(dāng)水管1周圍流體發(fā)生變化，水管1產(chǎn)生振動(dòng)，此時(shí)所述固定環(huán)3內(nèi)部安裝的振動(dòng)傳感器8感受振動(dòng)；

所述固定環(huán)3內(nèi)部包裹有控制芯片9，在具體實(shí)施方式中，所述芯片可以為8xc196mc、tms320c240或admc311控制芯片，采用該些芯片具有專用的pwm控制單元，可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的pwm控制，可以滿足復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)控制需求。所述控制芯片9根據(jù)振動(dòng)傳感器8得到的振動(dòng)信號(hào)，控制轉(zhuǎn)動(dòng)桿4旋轉(zhuǎn)指定的角度，轉(zhuǎn)動(dòng)桿4驅(qū)動(dòng)所述控流柱2繞水管1外壁移動(dòng)，達(dá)到控制振動(dòng)的目的；具體的方法是：控制芯片9得到采集芯片10的振動(dòng)信號(hào)，判斷出具體的振動(dòng)位置和振動(dòng)強(qiáng)度，依照預(yù)先設(shè)置好的算法，控制相應(yīng)位置的控流管2旋轉(zhuǎn)一定的角度，此時(shí)控制芯片9控制液壓桿6伸長，此時(shí)，控流柱2和步進(jìn)電機(jī)7之間的斜齒輪5嚙合，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)7受控旋轉(zhuǎn)指定的角度，控流柱2到達(dá)指定的位置，完成旋轉(zhuǎn)任務(wù)之后，控制芯片9控制液壓桿6收縮，此時(shí)，斜齒輪5分開，為下一個(gè)控流柱2旋轉(zhuǎn)留下空間；如此反復(fù)達(dá)到控制控流柱2位置的效果；

剪切來流下鈍體繞流與渦激振動(dòng)效應(yīng)主動(dòng)控制設(shè)備，包括水管1和控流柱2，所述控流柱2通過固定環(huán)3固定在水管1上，所述控流柱2上連接有轉(zhuǎn)動(dòng)桿4，且所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿4上內(nèi)嵌有液壓桿6，所述固定環(huán)3內(nèi)部設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)7，所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿4和步進(jìn)電機(jī)7之間通過斜齒輪5配合傳動(dòng)；

所述固定環(huán)3的內(nèi)部設(shè)置有控制芯片9，所述控制芯片9旁分別安裝供電電源11對控制芯片9和步進(jìn)電機(jī)7進(jìn)行供電；所述固定環(huán)3與水管1之間分布式排列有振動(dòng)傳感器8，所述振動(dòng)傳感器8通過采集芯片10與控制芯片9連接，所述控制芯片9的信號(hào)輸出端連接步進(jìn)電機(jī)7和液壓桿6的信號(hào)輸入端。

所述固定環(huán)3的內(nèi)部設(shè)置有控制芯片9，所述控制芯片9旁分別安裝供電電源11對控制芯片9和步進(jìn)電機(jī)7進(jìn)行供電；所述固定環(huán)3與水管1之間分布式排列有振動(dòng)傳感器8，所述振動(dòng)傳感器8通過采集芯片10與控制芯片9連接。

所述控流柱2是帶內(nèi)部空腔的金屬柱狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部空腔內(nèi)設(shè)置有緩振液，采用空腔式的控流柱，旨在進(jìn)一步減少控流柱2自身的振動(dòng)，另外，所述緩振液為液態(tài)高分子量有機(jī)聚硅氧烷，所述緩振液體積占內(nèi)部空腔容積的1/2-2/3，在控流柱2內(nèi)部設(shè)置有緩振液，液態(tài)緩沖物質(zhì)顯著的減少控流柱2外部收到的振動(dòng)，相對來說，也增加了控流柱2自身的壽命，振動(dòng)的減少，使得傳輸?shù)街w1上的振動(dòng)顯著減少，振動(dòng)傳感器8收到外界的振動(dòng)干擾降低，采集信息更加準(zhǔn)確，因此該空腔注入緩沖劑有效的減少了振動(dòng)的產(chǎn)生。

更進(jìn)一步，所述控流柱2外部包圍設(shè)置有充氣泡沫氣囊體，所述充氣泡沫氣囊體包括多個(gè)均勻布置的氣囊，所述氣囊呈長條狀，沿控流柱的長度方向延伸，多個(gè)沿直線布置的氣囊形成氣囊組，多組平行布置的氣囊組形成充氣泡沫氣囊體，所述氣囊內(nèi)灌注有過飽和溶液，如醋酸鈉過飽和溶液，當(dāng)水管1振動(dòng)時(shí)，形成不規(guī)則的振動(dòng)，某些地方振動(dòng)強(qiáng)，某些地方振動(dòng)弱，振動(dòng)強(qiáng)的地方，過飽和溶液會(huì)大量結(jié)晶在該區(qū)域，空氣會(huì)擠壓至振動(dòng)偏弱的區(qū)域，從而對水管1的振動(dòng)形成局部影響，降低振動(dòng)強(qiáng)度，配合達(dá)到主動(dòng)控制的目的。某些水管用于傳輸高溫流體，相應(yīng)溫度的流體可以采用不同種類的過飽和溶液，從而能夠使得過飽和溶液的結(jié)晶和液化與實(shí)際情況匹配起來。所述充氣泡沫氣囊體通過膠粘、彈性鎖扣或卡扣的方式固定在控流柱2上。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。