剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制方法及设备技术

本发明专利技术涉及一种剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制方法及设备，包含水管以及控流柱；在水管外壁安装控流柱，且控流柱通且控流柱与水管之间设置有固定环且控流柱与固定环连接；当水管周围流体发生变化，水管产生振动，此时所述固定环内部安装的振动传感器感受振动；固定环内部包裹有控制芯片，所述控制芯片根据振动传感器得到的振动信号，控制所述控流柱上的转动杆旋转指定的角度，达到控制振动的目的；采用步进电机控制控流柱位置的方式实现对洋流的控制，进而达到控制管道振动的效果，操作简单且精度高，采用多电机控制，增加装置的稳定性和使用寿命，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制方法及设备
本专利技术涉及海洋工程流体防护
，特别是涉及剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制。
技术介绍
自然界中大部分流体流动是以剪切来流形式出现，而不是以均匀来流形式存在，实际应用背景下(海洋、风)的来流流速随高度的变化而变化，而且在同一高度面内也会存在一定的梯度变化，钝体结构(群)广泛存在于实际工程中，如高层建筑结构、大跨空间结构、桥梁结构、海洋立管、海洋平台、船舶拖拽系统等诸多领域；但至今对剪切来流作用下的钝体结构(群)流固耦合问题研究还不成熟，风或海水洋流荷载会导致结构某个单元的疲劳损伤甚至会使得整个结构物破坏，此类工程事故屡见不鲜；在海洋工程
，大量的海洋流体不断冲击埋设在海洋中的管道以及柱体，长期以来，柱体受到长期的不均匀振动，极容易发生损坏，造成严重的生命财产损失，因此，设计出一款主动控制剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应的设备来保护海洋设备是亟待解决的问题；目前的海洋剪切来流防护设备还只是简单的机械设计，在复杂的洋流环境下，很难达到好的防护效果，因此，采用先进的控制技术，配合机械式的操控方式来设计防护设备是很有必要的。
技术实现思路
基于此，有必要针对目前剪切来流防护设备存在的问题，提供一种主动控制剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应的新方法和设备来解决上述问题；剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制方法,包括以下步骤：S1:在水管外设置可移动式控流柱；S2:实时检测水管的运动状态；S3:对检测信号进行分析处理，调节控流柱的移动，实现主动控制。根据权利要求所述的剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制方法，包括以下步骤：S1:在水管外壁设置固定环，固定环中固定有多个围绕水管外壁布置的控流柱，所述控流柱可以绕水管外壁移动；S2:实时检测水管的振动情况；S3:所述固定环内部包裹有控制芯片，所述控制芯片根据振动传感器得到的振动信号，控制转动杆旋转指定的角度，转动杆驱动所述控流柱绕水管外壁移动，达到控制振动的目的。根据权利要求所述的剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制方法,包括以下步骤：S1:在水管外壁设置有固定环，固定环中固定有多个围绕水管外壁布置的控流柱；S2:当水管周围或内部流体发生变化，水管产生振动，此时所述固定环内部安装的振动传感器感受振动；S3:所述固定环内部包裹有控制芯片，所述控制芯片根据振动传感器得到的振动信号，控制转动杆旋转指定的角度，转动杆驱动所述控流柱绕水管外壁移动，达到控制振动的目的。剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制设备，包括水管和控流柱，所述控流柱通过固定环固定在水管上，所述控流柱上连接有转动杆，且所述转动杆上内嵌有液压杆，所述固定环内部设置有步进电机，所述转动杆和步进电机之间通过斜齿轮配合传动；所述固定环的内部设置有控制芯片，所述控制芯片旁分别安装供电电源对控制芯片和步进电机进行供电；所述固定环与水管之间分布式排列有振动传感器，所述振动传感器通过采集芯片与控制芯片连接，所述控制芯片的信号输出端连接步进电机和液压杆的信号输入端；上述剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制方法设备，采用步进电机控制控流柱位置的方式实现对洋流的控制，进而达到控制管道振动的效果，操作简单且精度高，实验发现，步进电机步进角度达到2°，因此，微小的振动也能利用控流柱消除，于此同时，采用多个步进电机控制的方式，因为在水管中难以实现单个电机多重控制的效果，利用多步进电机控制，也增加了整个装置的稳定性，在其中一个实施例中，所述固定环表面是椭圆形设计，该设计方案能有效的减少固定环自身受到洋流的影响，减少阻力，延长寿命；在其中一个实施例中，所述控流柱前段的斜齿轮和步进电机前端的斜齿轮正常状态下处于分离状态，不传动，采取该设计方案是为控流柱提供更多的旋转空间，不受当前位置控流柱的阻挡，需要时，液压杆延伸，齿轮啮合，传动旋转；在其中一个实施例中，所述控流柱为带内部空腔的金属柱状结构，其内部空腔内设置有缓振液，所述缓振液为液态高分子量有机聚硅氧烷，所述缓振液体积占内部空腔容积的1/2-2/3,控流柱内部设置减震液，有效的减少控流柱自身的振动以及振动传递对振动传感器的影响；在其中一个实施例中，所述固定环通过与水管二者焊接固定，且所述固定环内部是腔体结构，并设置有防水膜，该设计方案为内部控制设备提供更多的空间，同时有效的防水；在其中一个实施例中所述控制芯片连接液压杆和步进电机，方便步进电机和液压连接杆的协调工作，旋转自由；在其中一个实施例中，所述步进电机与控流柱数目相同是4-6个，且按照设计，所述步进电机旋转角度是0-180°，采取该设计能达到控流柱任意位置的安置，达到控流效果，旋转360在本装置中没必要。附图说明图1为本专利技术中的设备整体图；图2为本专利技术中控流柱连接图；图3为本专利技术中控流柱和步进电机连接示意图；图4为本专利技术中固定环与水管连接图；图5为本专利技术中固定环与控流柱连接图；图6为本专利技术中控流柱位置示意图；图7为本专利技术中固定环内部电路连接示意图。具体实施方式结合图1至图7，本专利技术设计剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1:在水管1外设置可移动式控流柱2；采用该链接方式，避免了控流柱2随机的摆动，达到良好控制的目的；s2:实时检测水管1的运动状态；当水管1周围流体发生变化，水管1产生振动，此时所述固定环3内部安装的振动传感器8感受振动；具体的方法是，振动传感器8感受振动并将振动信号转化成电信号，此时采集芯片10将振动传感器采集到的模拟电信号转换成数字电信号，并送到控制芯片9；s3:对检测信号进行分析处理，调节控流柱2的移动，实现主动控制。其中：在水管1外壁设置固定环3，固定环3中固定有多个围绕水管1外壁布置的控流柱2，所述控流柱2可以绕水管1外壁移动；在水管1外壁设置有固定环3，固定环3中固定有多个围绕水管1外壁布置的控流柱2；当水管1周围流体发生变化，水管1产生振动，此时所述固定环3内部安装的振动传感器8感受振动；所述固定环3内部包裹有控制芯片9，在具体实施方式中，所述芯片可以为8XC196MC、TMS320C240或ADMC311控制芯片，采用该些芯片具有专用的PWM控制单元，可实现驱动的PWM控制，可以满足复杂的驱动控制需求。所述控制芯片9根据振动传感器8得到的振动信号，控制转动杆4旋转指定的角度，转动杆4驱动所述控流柱2绕水管1外壁移动，达到控制振动的目的；具体的方法是：控制芯片9得到采集芯片10的振动信号，判断出具体的振动位置和振动强度，依照预先设置好的算法，控制相应位置的控流管2旋转一定的角度，此时控制芯片9控制液压杆6伸长，此时，控流柱2和步进电机7之间的斜齿轮5啮合，此时步进电机7受控旋转指定的角度，控流柱2到达指定的位置，完成旋转任务之后，控制芯片9控制液压杆6收缩，此时，斜齿轮5分开，为下一个控流柱2旋转留下空间；如此反复达到控制控流柱2位置的效果；剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制设备，包括水管1和控流柱2，所述控流柱2通过固定环3固定在水管1上，所述控流柱2上连接有转动杆4，且所述转动杆4上内嵌有液压杆6，所述固定环3内部设置有步进电机7，所述转动杆4和步进电机7之间通过斜本文档来自技高网...

【技术保护点】
剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1:在水管(1)外设置可移动式控流柱(2)；s2:实时检测水管(1)的运动状态；s3:对检测信号进行分析处理，调节控流柱(2)的移动，实现主动控制。

【技术特征摘要】
1.剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1:在水管(1)外设置可移动式控流柱(2)；s2:实时检测水管(1)的运动状态；s3:对检测信号进行分析处理，调节控流柱(2)的移动，实现主动控制。2.根据权利要求1所述的剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1:在水管(1)外壁设置固定环(3)，固定环(3)中固定有多个围绕水管(1)外壁布置的控流柱(2)，所述控流柱(2)可以绕水管(1)外壁移动；s2:实时检测水管(1)的振动情况；s3:所述固定环(3)上固定有控制芯片(9)，所述控制芯片(9)根据振动传感器(8)得到的振动信号，控制转动杆(4)旋转指定的角度，转动杆(4)驱动所述控流柱(2)绕水管(1)外壁移动，达到控制振动的目的。3.根据权利要求2所述的剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1:在水管(1)外壁设置有固定环(3)，固定环(3)中固定有多个围绕水管(1)外壁布置的控流柱(2)；s2:当水管(1)周围或内部流体发生变化，水管(1)产生振动，此时所述固定环(3)内部安装的振动传感器(8)感受振动；s3:所述固定环(3)内部包裹有控制芯片(9)，所述控制芯片(9)根据振动传感器(8)得到的振动信号，控制转动杆(4)旋转指定的角度，转动杆(4)驱动所述控流柱(2)绕水管(1)外壁移动，达到控制振动的目的。4.剪切来流下钝体绕流与涡激振动效应主动控制设备，包括水管(1)和控流柱(2)，所述控流柱(2)通过固定环(3)固定在水管(1)上，所述控流柱(2)上连接有转动杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂佳黄，王志忠，梁经群，邓旭辉，郭小刚，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43