[发明专利]一种基于涡激效应的流体动能收集装置

说明书

本发明涉及一种基于涡激效应的流体动能收集装置，包括支架、转子和发电装置，转子为刚性柱体，与支架配合，具有绕转子的转轴旋转的一维自由度，发电装置与转子连接；当流体作用于转子时，转子基于涡激效应发生旋转，转子的旋转带动发电装置发电。与现有技术相比，本发明结构简单，成本低，易于生产、安装和维护，可以收集各个方向的来流的动能，能量吸收率高，装置运行效率高，在江、河流、湖、潮汐、洋流、风等各种流体动能的收集方面具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及新能源设备技术领域，尤其是涉及一种基于涡激效应的流体动能收集装置。

背景技术

当前，发展新能源已经成为转变能源发展方式、优化能源结构的重要手段，新能源的开发利用引人瞩目。自然界中广泛存在的流体动能(如河流、洋流、潮汐、风等等)为人类提供了清洁的可再生能源。以水力发电为例，传统水力发电的基本原理的收集方式主要是利用水位落差，借助水轮机将流体势能转化为水轮机动能，再推动电机产生电能。传统水力发电需要建大坝等设施，成本较高，而且会改变当地的地貌和生态体系。

因此，科学家提出利用流体动能来进行发电的技术，即充分利用风、河流、洋流和潮汐的自然流动的发电技术。大自然中的风、江河的水流、潮汐以及洋流都携带者巨大的能量，主要是流体流动的动能，然而现有的流体动能收集装置存在结构复杂，成本高，运行效率低的问题。以水轮机为例，在使用过程中，流体冲向水轮机的水斗，使水轮机旋转，只有水斗正对来流，才能最有效地收集流体的动能。而自然界中的风、江河的水流、潮汐以及洋流的方向是不确定的，因此现有的流体动能收集装置并不能高效利用各个方向来流的能量。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于涡激效应的流体动能收集装置，结构简单，成本低，易于生产、安装和维护，可以收集各个方向的来流的动能，能量吸收率高，装置运行效率高，在江、河流、湖、潮汐、洋流、风等各种流体动能的收集方面具有较好的应用前景。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于涡激效应的流体动能收集装置，包括支架、转子和发电装置，所述转子为刚性柱体，转子与支架配合连接，转子具有绕转子的转轴旋转的一维自由度，所述发电装置与转子连接；

当流体作用于转子时，基于涡激效应，转子发生旋转，转子的旋转带动发电装置发电，将流体动能转化为转子的旋转动能，进而通过发电装置转化为电能输出。

优选的，所述转子的转轴可以沿任意方向布置，根据地形、流体状态及安装需求调整转轴方向，使流体动能收集装置的运行效率更高或安装成本更低。

优选的，所述转子的转轴可以设置在转子的截面中心，也可以设置成偏心轴形式。

优选的，所述转子为刚性柱体，其截面可以设置为椭圆，或者三角形、矩形等凸多边形，也可以设置为类似于五角星、六角星等的凹多边形。

优选的，所述转子可以设置为等截面柱体，也可设置成不同高度采用不同截面大小或者形状的非等截面柱体。

优选的，所述转子的材料可以选用刚度较大的金属材料并做好防锈等处理；也可以使用成本较低的塑料等材料。

优选的，所述转子可以设置为空心壳体，空心壳体可以减少转子的转动惯量，只要有较为微弱的流动就可由于涡激效应使转子旋转，尽可能充分地吸收流体的动能，同时，可以减小转子的重量，使转子的重力与浮力相当，减小转动组件的支撑压力，也降低了制造成本。

优选的，所述支架可以通过刚性固定支座固定在安装位置，也可以通过锚和锚链固定在安装位置。

优选的，所述流体动能收集装置可以单独使用，也可以将多个流体动能收集装置排成阵列，转子之间相互耦合作用，共同进行能量收集。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：