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专利号: 2018101006041
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种后体排列尾翼型旋转式涡激振动抑制装置,其特征在于,包括套装于立管(1)上的一抑制装置(2)、两个旋转单元(3),所述抑制装置(2)两端各固定连接一个旋转单元(3),所述旋转单元(3)夹持于所述立管(1)上;

所述抑制装置(2),由套筒(2‑1)、至少两个连接体(2‑2)和后体尾翼(2‑3)构成,所述套筒(2‑1)为圆管状结构,连接体(2‑2)为柱状体,后体尾翼(2‑3)为断截面呈“V”字形,位于所述立管(1)来流方向的下游左右对称分布,“V”字形开口朝向下游;所述连接体(2‑2)位于套筒(2‑1)与后体尾翼(2‑3)之间,一端固定连接所述套筒(2‑1),另一端与后体尾翼(2‑3)固定连接;

所述旋转单元(3)为行星齿轮式结构,包括中心轮(3‑2)、至少4个行星轮(3‑3)、外圈(3‑4)、两块半圆环盖板(3‑1)和底板(3‑2‑2),其中所述中心轮(3‑2)、行星轮(3‑3)和外圈(3‑4)依顺从里向外呈“内、中、外”分布且通过各自设有的轮齿相啮合连接,所述底板(3‑2‑

2)安装在旋转单元(3)底部与中心轮(3‑2)固定连接,所述两块半圆环盖板(3‑1)镜像对合安装在旋转单元(3)上部与中心轮(3‑2)固定连接,从而形成密闭结构;

所述底板(3‑2‑2)及半圆环盖板(3‑1)的外径均为外圈(3‑4)外径的0.9~0.95倍;半圆环盖板(3‑1)的内径为套筒(2‑1)外径的0.95~0.99倍。

2.根据权利要求1所述的后体排列尾翼型旋转式涡激振动抑制装置,其特征在于,所述外圈(3‑4)的轮齿(3‑4‑1)上下两平面均设有密封圈槽(3‑4‑4),所述半圆环盖板(3‑1)端面设有密封槽(3‑1‑3)。

3.根据权利要求1所述的后体排列尾翼型旋转式涡激振动抑制装置,其特征在于,所述套筒(2‑1)的外表曲面上设置有若干半球形凹坑(2‑1‑2),所述半球形凹坑(2‑1‑2)的排列方式为矩阵式或品字形排列,半球形凹坑直径为套筒(2‑1)外径的1/20~1/10,两个半球形凹坑(2‑1‑2)之间距离取为球径的1~2倍,所述套筒(2‑1)两端面设有与所述旋转单元(3)连接的螺孔,每个端面螺孔的数量至少为8个;所述套筒(2‑1)的壁厚与半球形凹坑直径相同。

4.根据权利要求1所述的后体排列尾翼型旋转式涡激振动抑制装置,其特征在于,所述连接体(2‑2)的长度为套筒(2‑1)外径的1/3~1/2,其断截面为方形、椭圆形、圆形中的任一种,外表面上设有顺流向导流槽。

5.根据权利要求1所述的后体排列尾翼型旋转式涡激振动抑制装置,其特征在于,所述后体尾翼(2‑3)的长度与套筒(2‑1)相同,“V”字形的夹角α为80°~100°,后体尾翼(2‑3)上设有若干与后体尾翼(2‑3)的壁面垂直且矩阵式或品字形排列的通孔(2‑3‑1),通孔(2‑3‑

1)的截面形状为圆形、椭圆形、方形或正多边形。

6.根据权利要求1‑5任一项所述的后体排列尾翼型旋转式涡激振动抑制装置,其特征在于,所述抑制装置(2)和旋转单元(3)的材质为表面镀金属铬的钢材、不锈钢、铝合金、聚氨酯和碳纤维复合材料中的任一种。

7.一种根据权利要求1‑5任一项所述的后体排列尾翼型旋转式涡激振动抑制装置的实现方法,其特征在于,具体实现过程如下:

当来流方向为0°方向时,后体尾翼(2‑3)通过旋转单元(3)转向来流方向下游180°处,当来流方向发生变化,即为30°或90°时,立管(1)周围流场压力发生变化,后体尾翼(2‑3)通过旋转单元(3)转向来流方向下游210°或270°处,后体尾翼(2‑3)始终处于来流方向的下游;

当来流流经套筒(2‑1)时,由于套筒(2‑1)上分布有半球形凹坑,套筒(2‑1)周围的流场被扰动,减弱了形成漩涡的能量;

当来流剪切层离开套筒(2‑1)的边缘,沿着连接体(2‑2)表面上的顺流向导流槽重新附着到后体尾翼(2‑3)的表面,由于剪切层的波动相对较小,且能量较弱,延缓了漩涡的形成,减小了近尾流区压力的波动;

当来流剪切层附着在后体尾翼(2‑3)表面上时,两侧形成了闭合环流,这种对称环流阻止了在近尾流区域内从一边到另一边形成交替的卡门涡街;反过来,它稳定了近尾流区,延迟了卡门涡街的形成;由于该环流在横向的压力梯度是对称的,产生一种力消除效应,近尾流区波动压力梯度减小,延迟了漩涡的形成,稳定了附近的尾流区,从而降低了振动的幅度;同时后体尾翼(2‑3)上的通孔(2‑3‑1)减弱了顺流向阻力,使得近尾流区域压力梯度减小,实现了涡激振动的抑制。