[发明专利]一种基于涡激振动原理的可控压电发电装置在审

专利信息
申请号: 201910656470.6 申请日: 2019-07-19
公开(公告)号: CN110311590A 公开(公告)日: 2019-10-08
发明(设计)人: 陈威;万威;晁浩南;张天朋;李江;高越;陈永生 申请(专利权)人: 武汉理工大学
主分类号: H02N2/18 分类号: H02N2/18;F03B13/00;F03B13/26
代理公司: 湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102 代理人: 王杰
地址: 430070 湖*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 钝体 非线性弹簧 涡激振动 压电发电装置 可移动桁架 固定桁架 安装槽 上端 俘获 可控 下端 机械能 传统发电装置 压电陶瓷薄片 机械能转化 正压电效应 动能转化 改变结构 固有频率 机械传递 竖向排列 大能量 下端面 共振 锁定 支撑
【说明书】:

发明涉及一种基于涡激振动原理的可控压电发电装置,其涡激振动俘获系统包括固定桁架、圆柱钝体和可移动桁架,固定桁架的安装槽内设有竖向排列的第一非线性弹簧和第二非线性弹簧,第一非线性弹簧的上端与可移动桁架固定连接、下端与圆柱钝体的端部固定连接,第二非线性弹簧的下端与安装槽的下端面固定连接、上端与圆柱钝体的端部固定连接。本发明利用钝体的周期性涡激振动来将水的动能转化为机械能,利用压电陶瓷薄片的正压电效应将机械能转化为电能,避免了传统发电装置在的机械传递过程中造成的较大能量损失;利用非线性弹簧支撑钝体,能够便捷地改变结构固有频率以适应不同来流速度,使钝体都能发生锁定共振,达到能量的最大俘获。

技术领域

本发明涉及海洋再生能源开发与利用技术领域,具体涉及一种利用涡激振动带动压电板振动发电的发电装置。

背景技术

电能是科学技术发展,国民经济增长的主要动力,因此发电技术尤为重要,根据2018年国家能源局统计数据,我国电能来源中火力发电,水力发电,核电,风电分别占比75.08%、13.15%、4.17%、6.1%,火力发电仍然是我国主要的发电方式,但化石资源的储备有限且煤炭燃烧会排放二氧化硫一氧化碳等空气污染物,造成酸雨,雾霾等自然灾害,且直接对人体造成损伤,不利于自然环境的保护。而核电虽能释放大量能源,但目前科学技术尚不成熟,若发生核事故造成大量辐射后果十分严重,所以寻求可持续发展的清洁有效安全的发电方式显得迫在眉睫。利用自然资源发电是一种无消耗无污染的新型发电方式,例如太阳能发电,风力发电,水力发电等。其中,水力发电不发生化学反应,不排放有害物质,对环境污染小,适合可持续发展,以往的水力发电是通过水流推动水轮机转动,水轮机带动机械发电机装置发电,但是这种传动的发电方式在机械传递中能量大量损失,以至于能量转换效率低下。

钝体扰流是流体力学中一种非常重要的现象,随时随地都发生在自然界中。从流体的角度分析,任何非流线形物体,在一定的恒定流速下,都会在物体两侧交替产生脱离物体表面的漩涡,交替脱离的漩涡会在物体上生成周期性变化的脉动压力。如果柱体是弹性支撑结构,那么脉动流体力将引发柱体的周期性横向振动,如果漩涡脱落的频率靠近结构的固有频率,会发生锁定现象,柱体会发生共振,振动的幅值会大大的增加。涡激共振通常是一种具有破坏性的现象,如果能将涡激振动的能量利用起来,并让钝体始终处于共振状态,能够高效地将水流能转化成电能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的机械传递中能量的损失和无法让钝体始终处于锁定状态发生共振以得到最大能量转化的问题,提供一种基于涡激振动原理的可控压电发电装置。该装置利用钝体的周期性涡激振动来将水的动能转化为机械能,利用压电陶瓷薄片的正压电效应将机械能转化成电能,避免了传统发电装置在机械传递中造成的较大能量损失;利用非线性弹簧支撑钝体,能够便捷地改变结构固有频率以适应不同来流速度,使钝体都能发生锁定共振,获得更多的能量。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为:

一种基于涡激振动原理的可控压电发电装置,包括涡激振动俘获系统、能量转换系统和压电发电储能系统;

所述涡激振动俘获系统包括固定桁架、圆柱钝体和可移动桁架;所述固定桁架有两个,相对设置于水流两侧,固定桁架的内侧面开设有安装槽,固定桁架的外侧面开设有滑槽导轨;所述圆柱钝体水平设置于两个固定桁架之间,圆柱钝体的中间部分为大直径柱体、两端部为小直径柱体;所述可移动桁架水平设置于两个固定桁架之间、位于圆柱钝体上方,可移动桁架的两端依次穿过所述固定桁架的安装槽和滑槽导轨,并能沿滑槽导轨上下移动;所述固定桁架的安装槽内设有竖向排列的第一非线性弹簧和第二非线性弹簧,所述第一非线性弹簧的上端与所述可移动桁架固定连接、下端与所述圆柱钝体的端部固定连接,所述第二非线性弹簧的下端与安装槽的下端面固定连接、上端与所述圆柱钝体的端部固定连接;

所述能量转换系统包括传递杆和支撑薄板,所述传递杆与所述圆柱钝体固定连接,传递杆竖直穿过所述支撑薄板;

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