[发明专利]仿生水翼涡激拍动潮汐能转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量转换装置，具体涉及一种仿生水翼涡激拍动潮汐能转换装置，属于海洋发电新能源领域。

背景技术

近年来随着化石能源日益短缺，新能源的研究得到越来越多的重视，而海洋能作为一种新型可再生能源越来越受到大家的重视。全球海洋能的总储量为全球每年用电量的几百倍甚至几千倍。潮汐现象是在月球、太阳等天体的引力作用下地球海水的周期性涨落现象，一天两次，白天涨落称为“潮”，夜晚则为“汐”。潮汐现象伴随着大量海水的运动，涨潮时大量海水涌向陆地，海平面上升七到八米，落潮时海水奔流回大海，海平面下降，涨潮和落潮时水面的高度差称为潮差。潮汐现象的强度与月球等天体与地球的距离有关，每年随季节周期性变化。

目前潮汐能发电主要通过兴修水库对涨潮时海水进行拦截，并在落潮时利用水面的高度差推动水轮机运转，将水头势能转换为电能。潮汐发电不同于常规水力发电，我国潮汐最高水头也只有9米，不可能像常规水动力发电一样利用几十米的水面落差发电。为了配合这种潮汐“水头低，流量大”的特点进行发电，目前主要采用大水轮进行作业，但这样相应地对加工制造工艺的要求较高，结构复杂，转动惯量大，能量转换效率低，配套设施的造价和发电成本也大大提升。

同时，常规潮汐机发电的发电规模、发电时间很大程度上取决于潮汐活动的强度和自然规律，能量来源单一，没有对其他类型海洋能量进行充分的发掘利用。海浪能也是海洋能量的一大组成部分，起伏的波浪虽然速度很慢，但也蕴藏着惊人的能量。但用于潮汐发电的常规水轮机并不能够对这一低速能量进行很好地利用。目前尚缺乏能够同时利用两种能量的发电装置。

发明内容

本发明是为解决现有常规潮汐发电装置存在结构复杂，能量转换效率低，配套设施造价高以及常规潮汐发电对潮汐活动依赖的问题，进而提供一种仿生水翼涡激拍动潮汐能转换装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的仿生水翼涡激拍动潮汐能转换装置包括壳体、贯穿轴、两个水翼摆动杆、两个横梁、两个支撑轴、两个仿生水翼、多个激振永磁体和多组压电发电组件；

每组压电发电组件包括固定件、两个压电片和四个受振永磁体；激振永磁体和受振永磁体磁极性相同；

壳体为非铁磁材料制成的具有空腔的筒体，两个水翼摆动杆并列设置，贯穿轴和多组压电发电组件布置在壳体内；贯穿轴穿设在壳体上且二者密封连接，贯穿轴的两端各与一个支撑轴的一端连接，两个支撑轴与壳体转动密封连接，两个支撑轴的另一端各与一个水翼摆动杆固接；

两个水翼摆动杆之间固装有两个仿生水翼，并列设置的两个横梁布置在两个仿生水翼之间，多组压电发电组件布置在两个横梁之间，横梁与水翼摆动杆垂直固接，贯穿轴上沿贯穿轴的轴向固装有多个固定件，每个压电片为长条片状结构，每组压电发电组件的两个压电片位于同一水平面上，两个压电片的一端与一个固定件连接，两个压电片的另一端的上下表面各安装有一个受振永磁体；每个横梁上固装有多个激振永磁体，每个激振永磁体与一个压电片正对设置。

本发明的有益效果是：本发明的仿生水翼涡激拍动潮汐能转换装置工作时，仿生水翼、水翼摆动杆以及横梁构成相对运动部分，仿生水翼在受振永磁体和压电片所在平面附近摆动，激振永磁体在横梁上一字排开，随仿生水翼一起运动；壳体及其空腔内零部件构成相对静止部分，壳体内部的受振永磁体用胶粘在压电片头部，压电片末端安装在贯穿轴上，相对静止；水流流过仿生水翼翼面时，根据圆柱绕流理论，水流会在水翼后产生涡节，两侧涡节周期性脱落引发仿生水翼在平衡平面两侧做简谐振动，横梁上的永磁体随之振动，产生变化的磁场；压电片头部的受振永磁体和横梁上的激振永磁体磁场相互影响，在横梁上的激振永磁体变化磁场的作用下，压电片头部的受振永磁体也会产生受迫振动，带动压电片形变变形，在压电片表面产生电动势，然后通过多压电片并联、串联的方法获得所需的电流、电压，达到发电目的。当涡节脱落速度和仿生水翼部分的共振频率一致时，装置会产生共振，仿生水翼和水翼摆动杆的振动频率和幅值都达到峰值，此时的发电量最大，这可以认为是本发明仿生水翼涡激拍动潮汐能转换装置最理想的工作状态。

本发明的仿生水翼涡激拍动潮汐能转换装置可以利用潮汐能和波浪能两种能量进行发电。涨潮时，通过水库对高水位海水进行拦截，落潮时利用水库内外水头差进行发电，控制水流的流量、流速使仿生水翼部分产生共振，将潮汐能转换为电能；没有潮水时，仿生水翼随着海浪一起摆动，将海浪能转换为电能。