[发明专利]一种涡激振动俘能器

说明书

本发明涉及一种涡激振动俘能器，属新能源技术领域。支架挡板上下两端设有内壁带滑道的上下梁，下梁的滑道内装有定磁铁；耦合器的钝体外壁上设有耳板，钝体为空心的圆柱或长方形壳体；两个销轴的两端都套有轴套，轴套安装在上梁或下梁的滑道内，销轴中间段设窄缝；簧片的一端固定在耦合器的耳板上、另一端经两个销轴的窄缝穿过后再与两销轴分别固定，耦合器靠近挡板安装；两个限形架的压板固定在一起且其间压接有两个由基板和压电片粘接而成压电振子和一个弹性梁，限形架的压板安装在钝体的顶壁上，悬臂结构的压电振子和弹性梁置于钝体内部，弹性梁自由端装有动磁铁和质量块，动定磁铁相吸；限形架的压板两端都设有带限形面的限形块。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种涡激振动俘能器，用于构造自供电河流监测系统。

背景技术

我国境内遍布的河流达数千条之多。近年来，由于工业废污水处理力度不够、水土流失及农药和化肥等使用不当等原因，部分河流都存在一定程度的污染问题，无法满足居民生活及农田灌溉的需求。此外，因目前有些区中小河流防洪设施不完善、缺少相关防洪设施，汛期来临之际存在溃堤或漫堤等危险，直接威胁了沿岸群众的生命和财产安全。因此，河流监测已受到国家相关部门的高度重视；同时，国内专家学者也相继提出了相应的监测方法和手段，包括针对河水污染的水质监测技术，针对防洪及泥石流等自然灾害的雨量、水位以及河道水流速等监测技术等多方面，以及为监测系统供电的各类微小型俘能器，但现有的微小型俘能器在可靠性及流速适应性等方面都存在一定的问题，严重地阻碍了其推广应用。

发明内容

本发明提出一种涡激振动俘能器，本发明采用的实施方案是：支架的挡板的上下两端对称设有相互平行的上下梁，上下梁与挡板垂直，上下梁的内壁上都设有滑道，下梁的两端设有支脚，下梁的滑道内经螺钉安装有定磁铁；耦合器的钝体外壁上设有耳板，钝体为空心的圆柱或长方形壳体；两个销轴的两端都套有轴套，轴套经螺钉安装在上梁或下梁的滑道内，销轴中间段的轴心处设窄缝，销轴的轴心位于窄缝的对称中心面内；簧片的一端经螺钉固定在耦合器的耳板上、另一端经两个销轴的窄缝穿过后再经螺钉与两个销轴分别固定在一起，耦合器靠近挡板安装；两个限形架的压板经螺钉固定在一起且其间压接有两个压电振子和一个弹性梁，限形架的压板经螺钉安装在钝体的顶壁上，压电振子和弹性梁置于钝体内部；压电振子由基板和压电片粘接而成，基板靠近弹性梁安装，压电振子和弹性梁均为悬臂结构，弹性梁自由端两侧经螺钉都安装有动磁铁和质量块，动定磁铁异性磁极相对安装；限形架的压板两端都设有限形块，限形块上设有限形面，限形面为圆弧面，限形面和压板上与压电振子相接触的表面相切；同一限形架上两个限形块的间距比压电片宽、比基板窄，压电振子固定端的基板与限形面接触；非工作时，簧片、弹性梁及压电振子均处于无变形的自然状态；挡板的宽度比和间距比的范围分别为λ＝H/D＝1～3和δ＝L/D＝0～3，其中：D为钝体为圆柱体时的外径或长方体时在簧片厚度方向上的宽度，H为挡板在簧片厚度方向的宽度，L为钝体与挡板相邻表面间的最短距离。

本发明中，水流由钝体流向挡板，水流流经钝体后产生卡门漩街，漩涡的交替生成与脱落会使钝体前后两侧的水流压力交替变化从而产生使耦合器往复摆动的激振力；耦合器摆动过程中，弹性梁在其自由端质量块的惯性力及动定磁铁间吸引力的作用下产生往复弯曲变形并迫使压电振子向使压电片承受压应力的方向弯曲变形，压电振子的往复弯曲变形过程中即将水流能转换成了电能；水流经过钝体后受到挡板的阻碍时流向及漩涡形态及动态特性均发生变化，从而使激振力的幅值发生变化，振动幅值增大或减小；钝体摆动并使弹性梁幅值达到额定值时，弹性梁将压电振子的基板压靠在限形面上，此时压电片长度方向上各点的压应力相等且小于其许用值，故具有较大的发电能力和较高的可靠性。

本发明中，可通过调节销轴两端的轴套位置调节两个销轴的间距、通过调节挡板的安装位置调节挡板与钝体间的距离，改变两个销轴的间距即可改变簧片弯曲刚度及悬臂长度，从而改变钝体与簧片所构成振动系统的基频及钝体的振幅，以便使俘能器的基频与涡激振动频率相适应、实现共振；改变挡板到钝体外表面间的距离即可调节间距比，实现钝体的振幅的有效控制，即使振幅增加或减小。