[发明专利]一种潮流能和涡激振动能综合发电装置

说明书

本发明提供了一种潮流能和涡激振动能综合发电装置，包括潮流能水轮机和涡激振动能捕获装置；潮流能水轮机发电机舱内设有通过导线与叶轮依次相连的发电机、配电箱和整流稳压装置，涡激振动能捕获装置包括安装在单桩基础后侧的壳体、两端沿设置在壳体顶面和底面的导轨滑动的振子以及两端分别连接振子和壳体后端面的压电片，压电片与壳体后端面衔接的端头设有导电铜片，导电铜片通过导线依次连接位于发电机舱中的整流稳压装置和配电箱。水流遇到水轮机单桩基础后进入壳体，在桩基础的两侧产生交替脱落的漩涡，经过振子时形成涡激共振，由于尾流驰振效应，振子振动幅度比一般涡激共振引起的振动幅度更大，振子带动压电片沿着导轨左右摆动，将机械能转化为电能。

技术领域

本发明涉及海洋能开发和利用领域，具体涉及一种海洋能发电装置。

背景技术

海洋能是指利用海洋运动过程生产出来的能量，其与传统化石燃料不同，在产能过程中不产生废气、废水，对环境污染小，且海洋能蕴藏量丰富，成为潜力巨大的可再生能源。

在所有形式的海洋能当中，潮流能是一种利用潮水水平运动提取的能量，因为潮流具有一定的周期性，能量密度大，可预测性高，在近些年来愈发的受到关注。目前，潮流能发电装置主要有三种形式，分别为水平轴式潮流能水轮机、垂直轴式潮流能水轮机和振荡式潮流能发电装置。水平轴式潮流能水轮机因为启动方便、输出效率高、结构简单等特点成为主要的潮流能利用形式。

除了潮流能，涡激振动能近年来已经成为海洋能开发领域一个新的研究热点。海洋工程中，当水流流经物体表面时，会在物体两侧交替产生脱离结构物表面的漩涡，这种交替发放的漩涡会在物体表面生成横流向的脉冲压力，如果此时柱体是弹性支撑的，就能使物体产生周期性的横向振动。在涡激振动中，尾流驰振是一种较特殊的现象，其指当后排圆柱处于前排圆柱的尾流脱涡区时，由于前排圆柱脱涡的激励，后排圆柱的振动幅度一般会大于普通涡激振动；当脱涡频率和圆柱固有频率相同或相近时，此时振动幅度较大。

实际应用中，水平轴式潮流能水轮机桩基础往往采用圆柱形断面。若利用涡激振动原理和尾流驰振效应，可提高涡激振动发电设备的振动幅度，增大桩基础后方水流能量的转化。而目前，对于提取潮流能水轮机桩基础后方流场的水流能量，尚无该方面的专利和研究报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种潮流能和涡激振动能综合发电装置，利用涡激振动原理和尾流驰振效应，最大化收集潮流能水轮机桩基础后方的水流能量，提高能源提取效率。

技术方案：本发明提供了一种潮流能和涡激振动能综合发电装置，包括潮流能水轮机和涡激振动能捕获装置；

所述潮流能水轮机包括圆柱体的单桩基础、固定在单桩基础顶端的发电机舱以及以安装在发电机舱端部的连接轴为中心旋转的叶轮，所述发电机舱内设有通过导线与叶轮依次相连的发电机、配电箱和整流稳压装置；

所述涡激振动能捕获装置包括安装在所述单桩基础后侧的壳体、两端沿设置在壳体顶面和底面的导轨滑动的振子以及两端分别连接振子和壳体后端面的压电片，所述压电片与壳体后端面衔接的端头设有导电铜片，所述导电铜片通过导线依次连接位于发电机舱中的整流稳压装置和配电箱。

发明原理：水流遇到水轮机单桩基础后进入壳体，在桩基础的两侧产生交替脱落的漩涡，这些交替脱落的漩涡经过涡激振动能捕获装置的振子时，形成涡激共振。由于尾流驰振效应，振子振动幅度比一般涡激共振引起的振动幅度更大。振子带动压电片沿着导轨左右摆动，由于压电效应现象，机械能转化为电能。通过导线，将潮流能水轮机装置和涡激振动能捕获装置产生的电能，连接至配电箱，可通过拉电线将配电箱中的电能输送到岸上电站。

进一步，所述发电机舱和壳体之间设有中空的连接杆，连接导电铜片和整流稳压装置的导线贯穿于连接杆中进行连接，同时，连接杆使得涡激振动能捕获装置能随着潮流能水轮机装置而改变方向，保证涡激振动能装置布置在水流下游。