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潮汐能无叶振动发电装置制造方法及图纸

技术编号:21242826 阅读:35 留言:0更新日期:2019-06-01 04:48
本发明专利技术公开了一种潮汐能无叶振动发电装置,包括:弹性振动杆及套设在弹性振动杆的圆柱外壳,刚度调节装置和周向振动压电发电装置外套在弹性振动杆上,并固接在基座上,防水封装套连接圆柱外壳和基座;潮汐流过圆柱外壳,产生卡门涡街,引发圆柱外壳和弹性振动杆振动,从而带动连接弹性振动杆的周向振动压电发电装置工作。刚度调节装置可以根据当地常年潮汐情况进行调节。本发明专利技术所述无叶振动发电装置对海洋生物的机械冲击大大降低,尾迹流场更加简单,维护了海洋尤其是近海地区的生态环境;抗腐蚀能力强,能够避免海沙、微生物及鱼虾类通过旋转动静结合部位侵入机体内,导致故障发生,降低运行及维修成本。

Tidal energy vaneless vibration generator

The invention discloses a tidal energy vaneless vibration power generation device, which comprises: an elastic vibration rod and a cylindrical shell set on an elastic vibration rod, a stiffness adjusting device and a circumferential vibration piezoelectric power generation device coated on an elastic vibration rod and fixed on a base, a waterproof package sleeve connected with a cylindrical shell and a base; a tidal current flows through a cylindrical shell, generating a clamp vortex street, causing a cylindrical shell and a base. Vibration of elastic vibrating rod drives the circumferential vibration piezoelectric power generation device connected with elastic vibrating rod to work. The stiffness adjusting device can be adjusted according to the local perennial tidal conditions. The bladeless vibration power generation device of the invention greatly reduces the mechanical impact on marine organisms, simplifies the wake flow field, maintains the ecological environment of the ocean, especially in offshore areas, has strong corrosion resistance, and can avoid sand, microorganisms and fish and shrimp invading the organism through the rotating dynamic and static combination parts, resulting in failure, and reduces the operation and maintenance costs.

【技术实现步骤摘要】
潮汐能无叶振动发电装置
本专利技术涉及一种发电装置,尤其是一种基于圆柱扰流涡街致使振动的潮汐能无叶振动发电装置。
技术介绍
随着传统能源对全球环境造成的污染越来越严重,其劣势也越来越被凸显,与此同时,各种绿色的新型能源逐渐成为市场的主流。另外,随着过去几百年人类对传统化石能源的不断开采,部分资源已经面临枯竭的危险,巨大的能源需要也迫使社会对新型能源进行探索。海洋蕴藏着巨大的能源,人类对海洋资源的探索也越来越深入,其中海洋潮汐所承载的能源就是一个持续环保的无尽能源。在目前的潮汐能利用领域,研究的角度多有不同,大多集中于潮汐能开发的专业技术、潮汐能开发之于环境的意义、潮汐能开发的安全性等方面。其中,潮汐能作为清洁绿色能源,其对海洋生物生存环境的影响备受关注,另外,维护的经济成本也需要被认真研究。目前被广泛使用的潮汐能发电装置都是多叶片旋转设备,一方面,旋转的叶片不可避免地会对迁徙和溯流的鱼类、海龟等海洋生物造成机械上的碰撞,破坏水生物的生存环境,尤其在沿海地区更为严重,造成迁徙或者溯流的鱼类大量死亡,同时叶片旋转所带来的絮流、叶尖脱离涡等会造成的更复杂的尾流状况,从而导致海洋生物产生眩晕,出现大量泥沙的淤积;另一方面,由于旋转叶片的存在导致大量的动静结合部件暴露在海水中,位于海水以下的部分容易被腐蚀,会在表面生锈,因此对防水性能有严格要求;海洋微生物和旋转携带起的泥沙会通过结合部进入轴承部件中,必须进行定期清理,导致运行成本增加;此外,在采用翼型叶片与潮汐流共振发电的装置工作时,翼型叶片与潮汐流作用产生振动时,必须要叶片流线方向与水流方向一致,这在复杂的海洋环境中很难时刻保持。同时,对叶片方向的调节必然会有旋转控制部件,而旋转部件的存在又会影响整体封装,增加维修难度和维护成本。
技术实现思路
专利技术目的:本专利技术的目的是提供一种基于圆柱扰流涡街致使振动的潮汐能无叶振动发电装置,该装置可以减少潮汐能发电装置对海洋生态环境的影响,且外露结构简单,受海水腐蚀的风险小,维护的经济成本较低。技术方案:为实现以上目的,本专利技术所述的基于圆柱扰流涡街致使振动的潮汐能无叶振动发电装置包括:弹性振动杆及圆柱外壳,圆柱外壳套设在弹性振动杆的中上部,刚度调节装置和周向振动压电发电装置套设在弹性振动杆上,刚度调节装置、周向振动压电发电装置及弹性振动杆分别与基座固定连接;圆柱外壳和基座通过外部套设的防水封装套相连接。进一步地,刚度调节装置套设在弹性振动杆的底部,周向振动压电发电装置设置在刚度调节装置上方。进一步地,刚度调节装置包括外侧套筒、内侧套筒及调节螺母;内侧套筒套设在弹性振动杆上;外侧套筒套设在内侧套筒的外部,其下端与基座连接;调节螺母贯穿设置在外侧套筒上。进一步地,周向振动压电发电装置包括多根连接杆,连接杆两端分别与弹性振动杆和基座固定连接;每根连接杆上均设置有压电发电片。进一步地,圆柱外壳任意位置的直径D(Y)为:其中d为圆柱外壳的根部直径,L/2为弹性振动杆与刚度调节装置固接点和圆柱外壳根部间的距离,V∞(L/2)为圆柱外壳根部的来流速度,是在圆柱外壳根部位置处每日潮汐流运动高峰区间的潮汐流平均速度,V∞(Y)为距离弹性振动杆与刚度调节装置固接点Y处的来流速度,V∞(L/2)和V∞(Y)是根据当地常年潮汐测量统计数据得到的。进一步地,刚度调节装置根据以下公式对发电装置的系统刚度进行调节:发电装置的系统刚度k为:其中,m为发电装置的质量,c为发电装置的阻尼,fr为当地潮汐流最优涡脱落频率,V∞(L/2)是在圆柱外壳根部位置处,根据当地潮汐测量统计数据得到的每日潮汐流运动高峰区间的潮汐流平均速度,St为斯特劳哈尔数。有益效果:与现有技术相比,本专利技术具有以下显著优点:1、对复杂潮汐流适应性好。任何带有翼型的发电装置对于来流方向都有严格的要求,在充满水产生物的海洋环境里很难做到。即使有方向控制设备,也会增加研发成本,同时无法完全避免偏航对其发电效果的影响。而圆柱型外壳和周向发电装置的结合保证本装置对潮汐来流方向没有要求,另外刚度调节装置可以保证装置能够匹配不同地点的常年潮汐情况;2、对海洋环境影响小。与传统的多叶片旋转装置相比,无叶振动发电装置一方面免除了叶片旋转对海洋生物的碰撞危险,大大降低了对海洋生态环境的影响;另一方面,圆柱扰流涡街避免了现有技术中旋转叶片带来的絮流、叶尖脱离涡等所造成的更复杂的尾流状况,从而防止海洋生物产生眩晕,防止了大量泥沙的淤积,降低了对海洋生物生存环境的危害;3、维护成本低。无叶振动发电装置由于省略旋转部件,设备本身可以整体封装后放入海面之下,密封性能出色,防水、防沙以及防杂物效果出色,便于安装和维护,避免了旋转叶片的存在所带来的腐蚀生锈、海洋微生物和旋转携带起的泥沙进入所造成的不利影响,大大降低了清理频率,降低了运行和维护成本。附图说明图1为本专利技术潮汐能无叶振动发电装置结构示意图;图2是本专利技术刚度调节装置结构示意图;图3是装置振动原理示意图;图4是本专利技术周向振动压电发电装置俯视图;图5是传统多叶片旋转发电设备尾流图;图6是本专利技术无叶振动发电装置尾流图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。如图1所示,本实施例中基于圆柱扰流涡街致使振动的潮汐能无叶振动发电装置包括:弹性振动杆1及套设在弹性振动杆1的圆柱外壳2,圆柱外壳2套设在弹性振动杆1的中上部,刚度调节装置3和周向振动压电发电装置4外套在弹性振动杆1上,其中刚度调节装置3套设在弹性振动杆1的底部,周向振动压电发电装置4设置在刚度调节装置上方,刚度调节装置3、周向振动压电发电装置4及弹性振动杆1分别与基座5固定连接;圆柱外壳2和基座5通过外部套设的防水封装套6相连接。潮汐流过圆柱外壳2,产生卡门涡街,引发圆柱外壳2和弹性振动杆1振动,从而带动连接弹性振动杆1的周向振动压电发电装置4工作。如图2所示,刚度调节装置3包括外侧套筒7、内侧套筒8及调节螺母9;内侧套筒8套设在弹性振动杆1上,用于对弹性振动杆1进行固定;外侧套筒7套设在内侧套筒8的外部,其下端与基座5连接;调节螺母9贯穿设置在外侧套筒7上,用于对弹性振动杆1的伸出长度进行调节,从而调整弹性振动杆1的刚度。如图4所示,周向振动压电发电装置4包括多根连接杆,连接杆两端分别与弹性振动杆1和基座5固定连接;每根连接杆上均设置有压电发电片10。在本实施例中,连接杆设置为4根,因此周向振动压电发电装置4在弹性振动杆1和基座5之间,周向每隔90度都有一个固定在连接杆之间的压电发电片,从而保证了弹性振动杆1在向各个方向摆动时都能够工作,为外界提供电能。与其他带有翼型叶片的发电装置相比,本发电装置由于不设置叶片结构,对来流方向没有任何要求,可以在各个方向上振动并输出电能,这就降低了发电装置的安装要求和维护成本,扩大了发电装置的适用范围,提高了发电效率。对于本实施例中的无叶振动发电装置,根据当地常年潮汐测量统计数据,可以得到平均来流速度等参数,从而对刚度调节装置3基于以下方式进行调节。如图1所示,圆柱外壳2根部直径为d,振动杆1与刚度调节装置3固接点和圆柱外壳2根部的距离为L/2,和振动杆1与圆柱外壳2固接点的距离为L。将振动杆1与刚度调节装置3固接点选为坐标原点,圆柱外壳2根部的来流速度为本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于圆柱扰流涡街致使振动的潮汐能无叶振动发电装置,其特征在于:包括弹性振动杆(1)及圆柱外壳(2),圆柱外壳(2)套设在弹性振动杆(1)的中上部,刚度调节装置(3)和周向振动压电发电装置(4)套设在弹性振动杆(1)上,刚度调节装置(3)、周向振动压电发电装置(4)及弹性振动杆(1)分别与基座(5)固定连接;圆柱外壳(2)和基座(5)通过外部套设的防水封装套(6)相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于圆柱扰流涡街致使振动的潮汐能无叶振动发电装置,其特征在于:包括弹性振动杆(1)及圆柱外壳(2),圆柱外壳(2)套设在弹性振动杆(1)的中上部,刚度调节装置(3)和周向振动压电发电装置(4)套设在弹性振动杆(1)上,刚度调节装置(3)、周向振动压电发电装置(4)及弹性振动杆(1)分别与基座(5)固定连接;圆柱外壳(2)和基座(5)通过外部套设的防水封装套(6)相连接。2.根据权利要求1所述的潮汐能无叶振动发电装置,其特征在于:刚度调节装置(3)套设在弹性振动杆(1)的底部,周向振动压电发电装置(4)设置在刚度调节装置上方。3.根据权利要求1所述的潮汐能无叶振动发电装置,其特征在于:刚度调节装置(3)包括外侧套筒(7)、内侧套筒(8)及调节螺母(9);内侧套筒(8)套设在弹性振动杆(1)上;外侧套筒(7)套设在内侧套筒(8)的外部,其下端与基座(5)连接;调节螺母(9)贯穿设置在外侧套筒(7)上。4.根据权利要求2所述的潮汐能无叶振动发电装置,其特征在于:周向振动压电发电装置(4)包括多根连接杆,连接...

【专利技术属性】
技术研发人员:程志杨建刚
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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