一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置，新增设的干扰圆柱（3）、自由端PVC钝体，以及多排并联压电悬臂梁（2）可以有效地提高装置发电效率，解决发电量不足或无法持续供电的问题，并且根据水流流速，调整干扰圆柱（3）和压电悬臂梁（2）之间的距离，能实现装置的自动化，本发明专利技术设方法思路简洁明晰，能够有效地提高涡激振动发电机的工作效率，同时，自动化控制能适应不同的流速环境，应用范围广。

An improved piezoelectric cantilever cantilever vortex vibration generator

The invention relates to an improved piezoelectric cantilever beam vortex induced vibration power generation device. The newly added interference cylinder (3), the free end PVC blunt body, and the multi row parallel piezoelectric cantilever beam (2) can effectively improve the power generation efficiency, solve the problem of insufficient power generation or continuous power supply, and adjust the drying rate according to the flow velocity of the flow. The distance between the disturbing cylinder (3) and the piezoelectric cantilever beam (2) can realize the automation of the device. The method of setting the method is concise and clear, and can effectively improve the working efficiency of the vortex induced vibration generator. At the same time, the automatic control can adapt to the different velocity environment, and the application is widely used.

【技术实现步骤摘要】
一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置
本专利技术涉及一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置，属于水流涡激振动发电

技术介绍
钝体结构的涡激振动现象广泛存在于海洋工程中，如海洋平台张力腿、输油立管、海底管道以及海洋能采集装置-压电“鳗鱼”在波流作用下产生的振动等等。涡激振动现象就像一把双刃剑，既可以引发严重的结构疲劳破坏事故，又可以通过振动能量采集技术转化为可利用能源。目前，随着微小型传感器在海洋水文监测和军事侦察中的广泛使用，如何对其持续供电成为需要解决的关键问题。传统的水力发电装置一般使用转动涡轮机，但其能量采集密度低，器件体积大，并不适用于小型传感器的工作，而利用涡激振动进行流动能量采集的技术可以有效解决小型器件的供电问题。涡激振动是由于来流流经钝体结构形成的旋涡脱落而引起，其本质是一个复杂的流固耦合问题。当泻涡频率与结构固有频率接近时，会发生锁定（lock-in）现象，锁定现象的发生伴随着振幅的急剧增加，即共振响应，该响应与能量采集效率最大化密切相关，这是本项目将要关注的重点之一。虽然涡激振动现象已得到了众多学者的广泛关注，但是鉴于问题本身的复杂性，至今学术界对涡激振动的研究还远未透彻。目前的涡激振动发电机结构较为简单，发电效率有时难以维持小型器件的持续供电，因此对于涡激振动发电机性能的改进是目前的难点及今后工作的重点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置，能够有效解决目前发电机发电效率难以满足机械耗能的问题。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置，用于水流环境中，并在水流的作用下实现发电；包括固定杆，以及连接于固定杆上的至少一排压电悬臂梁，各排压电悬臂梁上其中一端与固定杆相连，另一端随水流自由摆动；各排压电悬臂梁分别通过自身振动变形使表面发生极化并产生电荷；其特征在于：还包括至少一根干扰圆柱，各根干扰圆柱分别与固定杆相平行的、设置于固定杆的上游位置。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括至少一个PVC钝体，PVC钝体的数量与压电悬臂梁的数量相等，各个PVC钝体分别与各排压电悬臂梁一一对应，各个PVC钝体分别连接于对应压电悬臂梁的自由端。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述PVC钝体为三角柱形、方柱形或圆柱形中任意一种。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述各根干扰圆柱中轴线彼此共面，且该共面与水流方向相垂直。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述干扰圆柱的数量为两根，过固定杆所在直线、以及两根干扰圆柱中轴线之间距离中点的面，与两根干扰圆柱中轴线的共面相垂直。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括第一皮带轨道、第二皮带轨道、第三皮带轨道、第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机、第一底座、第二底座、第三底座；三个皮带轨道呈水平设置，且位于同一水平面，其中，第一驱动电机与第一皮带轨道相连接进行驱动，第二驱动电机与第二皮带轨道相连接进行驱动，第三驱动电机与第三皮带轨道相连接进行驱动；第一皮带轨道、第二皮带轨道相互平行、共面，且彼此位置对应，第一皮带轨道、第二皮带轨道分别在第一驱动电机、第二驱动电机的控制下，彼此转动方向相反，且移动速率相等，第一底座、第二底座分别固定设置于第一皮带轨道上、第二皮带轨道上，第一底座、第二底座分别随第一皮带轨道、第二皮带轨道的移动而移动，所述两根干扰圆柱分别竖直设置于第一底座上表面、第二底座上表面；第三皮带轨道位于第一皮带轨道、第二皮带轨道的下游位置，且第三皮带轨道所在直线与第一皮带轨道所在直线相垂直，以及第三皮带轨道所在直线过第一皮带轨道的中点位置，第三底座固定设置于第三皮带轨道上，第三底座随第三皮带轨道的移动而移动，所述固定杆竖直设置于第三底座上表面。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括第一电控齿状固定装置、第二电控齿状固定装置、第三电控齿状固定装置、第一组滑轨、第二组滑轨和第三组滑轨，第一组滑轨设置于第一皮带轨道、第二皮带轨道的外侧，且第一组滑轨的上轨面与第一皮带轨道、第二皮带轨道上表面相平齐，第一电控齿状固定装置设置于第一组滑轨的上轨面，第一电控齿状固定装置所在直线与第一皮带轨道相平行，第一电控齿状固定装置在控制下、沿水平垂直于第一皮带轨道的方向，在第一组滑轨上轨面进行移动，第一电控齿状固定装置上面向第一皮带轨道的侧面上设置齿纹，所述第一底座上、第二底座上分别面向第一电控齿状固定装置的侧面上分别设置齿纹，随第一电控齿状固定装置在第一组滑轨上轨面的移动，第一电控齿状固定装置上的齿纹与第一底座上的齿纹、第二底座上的齿纹相接触，实现对第一底座、第二底座位置的固定；第二组滑轨和第三组滑轨相互平行的设于第三皮带轨道的两侧，第二组滑轨和第三组滑轨彼此位置对应，且第二组滑轨的上轨面和第三组滑轨的上轨面与第三皮带轨道的上表面相平齐，第二电控齿状固定装置设置于第二组滑轨上，第三电控齿状固定装置设置于第三组滑轨，第二电控齿状固定装置所在直线、第三电控齿状固定装置所在直线均与第三皮带轨道相平行，第二电控齿状固定装置、第三电控齿状固定装置分别在控制下、沿水平垂直于第三皮带轨道的方向，分别在第二组滑轨、第三组滑轨上轨面进行移动，且第二电控齿状固定装置、第三电控齿状固定装置的移动方向彼此相向，第二电控齿状固定装置、第三电控齿状固定装置上分别面向第三皮带轨道的侧面上分别设置齿纹，所述第三底座上分别面向第二电控齿状固定装置、第三电控齿状固定装置的两面上分别设置齿纹，随第二电控齿状固定装置、第三电控齿状固定装置分别在第二组滑轨、第三组滑轨上轨面彼此相向移动，第二电控齿状固定装置、第三电控齿状固定装置上的齿纹分别与第三底座上对应两面上的齿纹相接触，实现对第三底座位置的固定。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括设置于各根干扰圆柱上游位置的至少一个流速仪。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述压电悬臂梁包括PVDF压电片和两块橡胶基板，两块橡胶基板分别与PVDF压电片的两面相密封粘合，两块橡胶基板的表面分别设置正负电极，作为压电悬臂梁的正负电极。本专利技术所述一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置的应用系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术所设计改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置，相较于目前的普通涡激振动发电技术而言，新增设的干扰圆柱、自由端PVC钝体，以及多排并联压电悬臂梁可以有效地提高装置发电效率，解决发电量不足或无法持续供电的问题，并且根据水流流速，调整干扰圆柱和压电悬臂梁之间的距离，能实现装置的自动化，本专利技术设方法思路简洁明晰，能够有效地提高涡激振动发电机的工作效率，同时，自动化控制能适应不同的流速环境，应用范围广。附图说明图1是本专利技术所设计改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置的侧视图；图2是本专利技术所设计改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置的俯视图；图3是本专利技术所设计改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置的应用示意图；图4a至图4c是本专利技术所设计改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置中PVC钝体的三种结构。其中，1.固定杆，2.压电悬臂梁，3.干扰圆柱，4.第一皮带轨道，5.第二皮带轨道，6.第三皮带轨道，7.第一驱动电机，8.第二驱动电机，9.第三驱动电机，10.第一底座，11.第二底座，12.第三底座本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置，用于水流环境中，并在水流的作用下实现发电；包括固定杆（1），以及连接于固定杆（1）上的至少一排压电悬臂梁（2），各排压电悬臂梁（2）上其中一端与固定杆（1）相连，另一端随水流自由摆动；各排压电悬臂梁（2）分别通过自身振动变形使表面发生极化并产生电荷；其特征在于：还包括至少一根干扰圆柱（3），各根干扰圆柱（3）分别与固定杆（1）相平行的、设置于固定杆（1）的上游位置。

【技术特征摘要】
1.一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置，用于水流环境中，并在水流的作用下实现发电；包括固定杆（1），以及连接于固定杆（1）上的至少一排压电悬臂梁（2），各排压电悬臂梁（2）上其中一端与固定杆（1）相连，另一端随水流自由摆动；各排压电悬臂梁（2）分别通过自身振动变形使表面发生极化并产生电荷；其特征在于：还包括至少一根干扰圆柱（3），各根干扰圆柱（3）分别与固定杆（1）相平行的、设置于固定杆（1）的上游位置。2.根据权利要求1所述一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置，其特征在于：还包括至少一个PVC钝体，PVC钝体的数量与压电悬臂梁（2）的数量相等，各个PVC钝体分别与各排压电悬臂梁（2）一一对应，各个PVC钝体分别连接于对应压电悬臂梁（2）的自由端。3.根据权利要求2所述一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置，其特征在于：所述PVC钝体为三角柱形、方柱形或圆柱形中任意一种。4.根据权利要求1所述一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置，其特征在于：所述各根干扰圆柱（3）中轴线彼此共面，且该共面与水流方向相垂直。5.根据权利要求4所述一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置，其特征在于：所述干扰圆柱（3）的数量为两根，过固定杆（1）所在直线、以及两根干扰圆柱（3）中轴线之间距离中点的面，与两根干扰圆柱（3）中轴线的共面相垂直。6.根据权利要求5所述一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置，其特征在于：还包括第一皮带轨道（4）、第二皮带轨道（5）、第三皮带轨道（6）、第一驱动电机（7）、第二驱动电机（8）、第三驱动电机（9）、第一底座（10）、第二底座（11）、第三底座（12）；三个皮带轨道呈水平设置，且位于同一水平面，其中，第一驱动电机（7）与第一皮带轨道（4）相连接进行驱动，第二驱动电机（8）与第二皮带轨道（5）相连接进行驱动，第三驱动电机（9）与第三皮带轨道（6）相连接进行驱动；第一皮带轨道（4）、第二皮带轨道（5）相互平行、共面，且彼此位置对应，第一皮带轨道（4）、第二皮带轨道（5）分别在第一驱动电机（7）、第二驱动电机（8）的控制下，彼此转动方向相反，且移动速率相等，第一底座（10）、第二底座（11）分别固定设置于第一皮带轨道（4）上、第二皮带轨道（5）上，第一底座（10）、第二底座（11）分别随第一皮带轨道（4）、第二皮带轨道（5）的移动而移动，所述两根干扰圆柱（3）分别竖直设置于第一底座（10）上表面、第二底座（11）上表面；第三皮带轨道（6）位于第一皮带轨道（4）、第二皮带轨道（5）的下游位置，且第三皮带轨道（6）所在直线与第一皮带轨道（4）所在直线相垂直，以及第三皮带轨道（6）所在直线过第一皮带轨道（4）的中点位置，第三底座（12）固定设置于第三皮带轨道（6）上，第三底座（12）随第三皮带轨道（6）的移动而移动，所述固定杆（1）竖直设置于第三底座（12）上表面。7.根据权利要求5所述一种改进型压电悬臂梁涡激振动发电装置，其特征在于：还包括第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华坤，翟秋，陈奕曈，潘天娇，陈菁菁，方科，郑天宇，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32