一种模块化定向流管道式周向阵列排布的压电俘能器制造技术

一种模块化定向流管道式周向阵列排布的压电俘能器，属于水流和空气流致振动俘能技术领域，解决现有流致振动俘能中的俘能器大多为固定式，相互间的耦合关系难以调节，应用局限性大的问题。包括聚流增速圈和至少一个压电模块，当压电模块为两个或者多个时，进行串联连接，每个压电模块包括多个压电振子、中心支座、限流外圈和连接螺杆；中心支座与限流外圈同轴内外设置，两者之间通过多个连接螺杆连接，中心支座与限流外圈之间还周向阵列设置有多个压电振子；聚流增速圈同轴安装在来流侧限流外圈的外端面上；中心支座上沿其圆周方向开设有多个长孔。本发明专利技术可广泛应用于蒸汽管道、蒸馏管道、自来水管道、排气管道等领域的能量收集。

A kind of piezoelectric energy capture device with modular directional flow pipe type circumferential array arrangement

【技术实现步骤摘要】
一种模块化定向流管道式周向阵列排布的压电俘能器
本专利技术涉及一种压电俘能器，具体涉及一种模块化定向流管道式周向阵列排布的压电俘能器，属于水流和空气流致振动俘能

技术介绍
流致振动俘能就是利用水流或空气流流过非流线型物体时，交替脱落的涡旋产生的涡激力激励俘能振子振动，从而产生电能的一项技术。现有技术中的流致振动俘能多为单个或串并型式俘能器，空间利用率待开发性较大，且面对低速流体时难以达到俘能器谐振频率进而影响输出。研究表明应用于定向流的周向排布式压电俘能器不仅能有效提高空间利用率，而且振子间的运动状态能互相耦合，有助于提高俘能效率。目前流致振动俘能中的俘能器大多为固定式，虽然也能实现较好的俘能效果，相互间的耦合关系难以调节，应用有较大的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种模块化定向流管道式周向阵列排布的压电俘能器，以解决现有流致振动俘能中的俘能器大多为固定式，相互间的耦合关系难以调节，应用局限性大的问题。技术方案如下：一种模块化定向流管道式周向阵列排布的压电俘能器，包括聚流增速圈和至少一个压电模块，当压电模块为两个或者多个时，进行串联连接，每个压电模块包括多个压电振子、中心支座、限流外圈和连接螺杆；中心支座与限流外圈同轴内外设置，两者之间通过多个连接螺杆连接，中心支座与限流外圈之间还周向阵列设置有多个压电振子；所述聚流增速圈同轴安装在来流侧限流外圈的外端面上；所述中心支座上沿其圆周方向开设有多个长孔，长孔的长度方向与中心支座的母线方向一致。进一步地：压电振子包括压电悬臂梁和扰流柱，中心支座包括两侧夹持板和基座；所述基座的周向开有多个凹槽，两侧夹持板固定连接在凹槽内，两侧夹持板的相对面上开有限位凹槽，限位凹槽与长孔对应，压电悬臂梁的内端夹持固定在限位凹槽内，压电悬臂梁的外端连接扰流柱。进一步地：所述压电悬臂梁是由压电材料贴附在弹性基体上形成，二者宽度相同。进一步地：所述连接螺杆两端均有外螺纹且为中空状，内端连接中心支座，外端连接限流外圈。如此设置，便于走线。进一步地：所述聚流增速圈由耦合段和增速段组成，增速段成喇叭状，耦合段和增速段为一体结构，耦合段与限流外圈连接。带有多个压电振子的中心支座通过周向排布的连接螺杆与限流外圈固定，构成一组压电模块，旋合聚流增速圈后构成周向排布式压电俘能器。进一步地：所述扰流柱的截面形状为圆形、矩形、三角形、椭圆形或半圆形等非流线型；所述扰流柱的截面形状优先选用圆形。进一步地：当压电模块为两个或者多个时，采用螺纹连接、铆接或螺栓进行串联连接。本专利技术所达到的效果为：本专利技术可应用于定向流中，定向流体流经聚流增速圈，流速得到一定的增加，使得后续流经限流外圈时激励压电振子的流速提升，更加接近压电振子的谐振频率，从而提升俘能器的输出，限流外圈同时起到支撑结构和限制水流的作用，类似管内流动，这样能使周向排布的压电振子所处的流动状态基本一致且保持平稳，中心支座起夹持作用，固定压电悬臂梁的底部，同时其上方形通孔可以将压电振子收集的能量从底部引出，周向各振子的输出可藉由中心支座中间空间汇聚经由中空的连接螺杆导出，连接螺杆设计直径很小，在减轻整体结构质量的同时可以降低对流体的干扰，进而避免对压电振子产生扰流，基于模块化设计，除去聚流增速圈的部分可以通过螺纹旋合串接，进一步提升了压电振子的空间集成度，提高空间利用率。本专利技术流体经过扰流柱产生交替涡旋，涡旋的脱落在扰流柱两侧产生周期性流激力，激励压电片产生周期性弯曲振动，振子间的运动状态互不干涉，而且串接后不同模块间的振子存在耦合作用，能增大压电片振动幅度，而且通过调节螺纹旋合长度，能改变前后振子间的耦合状态，灵活性高，有助于提高俘能效率。本专利技术能很好地应用于定向流，对俘能效果较差的低速流情况也会有很大改善，管内相对稳定的流体引起振子的周期性振荡，具有激励方式简单、运行稳定、俘能效率高、结构新颖、空间利用率高、设计灵活、模块化、可系列化生产的优点。本专利技术在传统的串并形式压电俘能器基础上进行改进，周向并行的同时可以通过模块化的串接实现不同角度的串行耦合，不仅提高了空间利用率，而且振子间相互耦合作用能增大压电片振动幅度，有助于提高俘能效率。附图说明图1是本专利技术的应用于定向流的周向排布式压电俘能器的立体结构示意图(单模块，未串接)；图2是本专利技术的压电振子夹持立体示意图；图3是本专利技术的中心支座立体示意图；图4是本专利技术的夹持板立体示意图；图5是本专利技术的基座立体示意图；图6是本专利技术的压电振子夹持方式的爆炸示意图；图7是本专利技术的基座上的连接示意图(均布只取一组展示)；图8是本专利技术的中心支座和限流外圈连接方式示意图；图9是本专利技术的限流外圈的立体示意图；图10是本专利技术的聚流增速圈的立体示意图；图11是本专利技术的总体走线示意图；图12是本专利技术的中心汇聚走线局部示意图；图13是本专利技术的n个模块自由串接立体示意图。具体实施方式下面根据附图详细阐述本专利技术优选的实施方式。如图1至图13所示，本实施例所述的一种模块化定向流管道式周向阵列排布的压电俘能器，包括压电振子、中心支座、限流外圈、连接螺杆、聚流增速圈；压电振子包括压电悬臂梁1和扰流柱2；所述压电悬臂梁1是由压电材料3贴附在弹性基体4上形成，二者宽度相同，插在中心支座6上，由两侧夹持板7夹持，通过压紧螺栓5经螺纹孔10在侧面压紧进行固定，周向排布均布6个，所述中心支座6包括夹持板7和基座8，夹持板7上开有限位凹槽11，用来对压电振子进行限位，夹持板7上开有螺纹孔10与通孔12，可通过后者旋入紧固螺栓9实现固定作用，将夹持板7固定在基座8上，周向共6组，与压电振子相对；所述基座8周向开有凹槽13，其上与夹持板7的通孔12对应位置开有螺纹孔15，可旋入紧固螺栓9，开有方形长孔14与夹持板7的限位凹槽11对应，共同夹持压电振子，沿周向均布3个沉头孔16，通过连接螺杆17与限流外圈20连接从而进行固定；连接螺杆两端均有外螺纹18，且为中空状方便走线，在穿过中心支座的沉头孔16和限流外圈20的沉头孔22后，两端螺纹与圆螺母19旋合进行固定；所述限流外圈20起限流和稳流的作用，其上沿周向开有3个沉头孔22，与中心支座6的沉头孔相互对应，此外在两端分别有外螺纹21和内螺纹23，内外螺纹形制相同，便于模块化和进行串接；所述聚流增速圈24由耦合段25和增速段26组成，增速段26成喇叭状，在定向来流中能起到聚流和提高流速的作用，耦合段25和前述增速段26为一体结构，在远离增速段26一端有内螺纹27，上述内螺纹27将与限流外圈20的外螺纹21旋合，之前所述带有6个压电振子的中心支座6已经通过周向排布的3个连接螺杆17与限流外圈20固定，构成一组压电模块，旋合聚流增速圈24后构成周向阵列排布的压电俘能器，当压电模块为两个或者多个时，进行螺纹旋合串联连接。本实施例中的中心支座6形状不限于所设计形状，而在于其所起的支撑以及输出汇集的作用。多模块耦合连接的形式多样，如螺纹连接、铆接、螺栓连接等；本实施例多模块耦合连接是由其限流外圈20上的螺纹完成，拆装便捷。本实施例中压电振子呈圆周排布，均布6个且流向可接下一模块中的振子进行串行排布，振子间的运动互相耦合且无干涉，有助于提高俘能效率。该俘能器能很好地应用于定向流，对俘能效果较差的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化定向流管道式周向阵列排布的压电俘能器，其特征在于：包括聚流增速圈(24)和至少一个压电模块，当压电模块为两个或者多个时，进行串联连接，每个压电模块包括多个压电振子(A)、中心支座(6)、限流外圈(20)和连接螺杆(17)；中心支座(6)与限流外圈(20)同轴内外设置，两者之间通过多个连接螺杆(17)连接，中心支座(6)与限流外圈(20)之间还周向阵列设置有多个压电振子(A)；所述聚流增速圈(24)同轴安装在来流侧限流外圈(20)的外端面上；所述中心支座(6)上沿其圆周方向开设有多个长孔(14)，长孔(14)的长度方向与中心支座的母线方向一致。

【技术特征摘要】
1.一种模块化定向流管道式周向阵列排布的压电俘能器，其特征在于：包括聚流增速圈(24)和至少一个压电模块，当压电模块为两个或者多个时，进行串联连接，每个压电模块包括多个压电振子(A)、中心支座(6)、限流外圈(20)和连接螺杆(17)；中心支座(6)与限流外圈(20)同轴内外设置，两者之间通过多个连接螺杆(17)连接，中心支座(6)与限流外圈(20)之间还周向阵列设置有多个压电振子(A)；所述聚流增速圈(24)同轴安装在来流侧限流外圈(20)的外端面上；所述中心支座(6)上沿其圆周方向开设有多个长孔(14)，长孔(14)的长度方向与中心支座的母线方向一致。2.根据权利要求1所述的一种模块化定向流管道式周向阵列排布的压电俘能器，其特征在于：压电振子包括压电悬臂梁(1)和扰流柱(2)，中心支座(6)包括两侧夹持板(7)和基座(8)；所述基座(8)的周向开有多个凹槽(13)，两侧夹持板(7)固定连接在凹槽(13)内，两侧夹持板(7)的相对面上开有限位凹槽(11)，限位凹槽(11)与长孔(14)对应，压电悬臂梁(1)的内端夹持固定在限位凹槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：单小彪，冯雎，谢涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23