一种太阳能与风能协同发电的超声蓝藻控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种太阳能与风能协同发电的超声蓝藻控制装置，该装置包括超声换能器阵列模块、风能压电发电模块、太阳能发电模块、能量转换与控制系统模块和浮箱；所述超声换能器阵列模块包括若干个超声换能器均匀阵列设置在第一环形框上；所述风能压电发电模块由若干个转动压电振子叶片、若干个固定压电振子、第二环形框、第三环形框、安装梁、第一支撑梁、第二支撑梁、第二固定圆柱和第三固定圆柱。通过收集风能和太阳能实现整个装置的全天候供电，并基于相控阵原理进行超声除藻。本实用新型专利技术装置基于绿色能源，具有绿色除藻、无污染、除藻面积大、效果佳等优点。

An ultrasonic cyanobacteria control device for solar and wind power generation

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能与风能协同发电的超声蓝藻控制装置
本技术属于生态除藻
，具体涉及一种太阳能与风能协同发电的超声蓝藻控制装置。
技术介绍
水体富营养化现象的出现，使得水库、湖泊、海湾等缓流水体中的水生植物和浮游植物利用水中的营养物质迅速繁殖，导致水中的溶解氧含量降低，造成水质恶化，从而引起鱼类以及其它水生生物死亡，进而影响水体的利用状况。采用绿色的方法来抑制水体富营养化现象对于治理水体污染具有重要意义。目前，多个国际或者国内的研究单位已经通过相关实验证明利用超声技术可以抑制水体中的蓝藻的生长和繁殖，从而改变水华现象，实现对水体的清洁和去污。荷兰和美国的相关企业已经开发了控制蓝藻生长和繁殖的超声设备，并投入实际应用。对于大面积的湖泊或者水库，要抑制全水面的蓝藻生长，需要设置多个超声发生装置。因此，若能实现自供电的超声发生装置对于长期抑制水体中的蓝藻具有重要的意义。荷兰LGSonic公司研制了可覆盖直径500米范围的基于太阳能供电的超声除藻装置，包含三个超声换能器实现360度水域的声场辐射。由于超声波在水中传播的非线性以及衰减特性，理论上的水域中的超声波辐射角度随着水体范围的扩大衰减严重。要实现覆盖面积内的全水域辐射，则需要大功率超声换能器。因此，超声除藻装置对电能将会产生较大的依赖。然而，太阳能发电只能对超声除藻装置进行白天供电。为了降低成本以及减小超声除藻装置的复杂程度，充分利用自然能源，本技术提出了小功率超声换能器阵列方案来实现超声除藻功能，并同时利用太阳能和风能结合发电实现对超声除藻装置的全天候供电。基于风能的不定向性，提出了环形阵列压电发电装置来收集风能，避免了在无太阳能的情况出现断电或者无电供应情况的发生。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种太阳能与风能协同发电的超声蓝藻控制装置，以解决现有技术中传统大功率超声除藻装置单一能源供应问题，本技术基于相控阵原理提出了小功率超声换能器阵列方案来实现超声除藻功能，并同时利用太阳能和风能结合发电实现对超声除藻装置的全天候的供电。为达到上述目的，本技术采用的技术方案如下：本技术的一种太阳能与风能协同发电的超声蓝藻控制装置，包括：超声换能器阵列模块、风能压电发电模块、太阳能发电模块、能量转换与控制系统模块和浮箱；所述超声换能器阵列模块包含：若干个超声换能器、第一环形框、若干个第一支撑梁和第一固定圆柱；其中，所述第一支撑梁的两端分别与所述第一环形框内侧和所述第一固定圆柱外侧相连并固定；所述风能压电发电模块包含：固定压电振子阵列模块和转动压电振子阵列模块，其中，所述固定压电振子阵列模块由若干个压电振子、第二环形框、第二支撑梁和第二固定圆柱组成，所述若干个压电振子采用阵列的方式固定在所述第二环形框的外侧，所述第二支撑梁的两端分别固定在所述第二环形框的内侧和所述第二固定圆柱的外侧；所述压电振子由两片矩形压电陶瓷片、弹性梁、柔性铰链和质量块组成；所述两片矩形压电陶瓷片分别粘贴在弹性梁的上下表面，所述质量块设置在所述弹性梁的一端，所述柔性铰链设置在弹性梁的另一端，并且设置有柔性铰链的弹性梁的一端固定在所述第二环形框上；所述矩形压电陶瓷片的极化方向沿着厚度方向；所述两片矩形压电陶瓷片的极化方向相同；所述转动压电振子阵列模块由若干个压电转动叶片、安装梁、安装螺栓、第三环形框、第三支撑梁和第三固定圆柱，其中，所述压电转动叶片采用阵列方式通过所述安装梁和所述安装螺栓固定在所述第三环形框的外侧；所述第三支撑梁的两端分别固定在所述第三环形框的内侧和所述第三固定圆柱的外侧；所述浮箱安装在所述超声换能器阵列模块的第一固定圆柱上，所述固定压电振子阵列模块安装在所述浮箱上，所述转动压电振子阵列模块安装在所述固定压电振子阵列模块上，并且所述第一固定圆柱、第二固定圆柱以及第三固定圆柱同轴，所述能量转换与控制系统模块安装在所述转动压电振子阵列模块的第三固定圆柱上，所述光伏发电系统固定在所述能量转换与控制系统模块上；所述太阳能发电模块将收集到的太阳能转化为电能储藏在所述能量转换与控制系统模块中。进一步地，所述超声换能器包括预紧螺栓、配重块、平面梁、4片矩形带圆孔的压电陶瓷片和喇叭口形发射端；通过所述预紧螺栓将所述配重块、所述矩形带圆孔的压电陶瓷片和所述喇叭口形发射端安装在所述置于第一环形框上的所述平面梁，同时所述平面梁位于第二片矩形带圆孔的压电陶瓷片与第三片矩形带圆孔的压电陶瓷片之间。进一步地，所述超声换能器阵列模块中设置的所述超声换能器的个数根据超声换能器发射出的超声波所能覆盖的空间角度大小来确定。进一步地，所述喇叭口形发射端设计为变截面放大结构且存在内腔，用于调节所述超声换能器的发射频率；所述矩形带圆孔的压电陶瓷片沿着厚度方向极化；所述相邻两片矩形带圆孔的压电陶瓷片的极化方向相反；所述平面梁位于所述超声换能器的振动节点位置。进一步地，若干个所述超声换能器采用阵列方式通过所述置于第一环形框上的所述平面梁固定安装在所述第一环形框上，并且与所述第一环形框的安装位置位于所述超声换能器的振动节点位置。进一步地，所述压电转动叶片由四组所述压电振子阵列设置在中空圆柱上；且所述压电转动叶片的数量与所述固定压电振子的数量一一对应。进一步地，所述太阳能发电模块由光伏发电系统组成。本技术的有益效果：本技术提出的超声蓝藻控制装置基于相控阵原理，采用阵列方式的小功率超声换能器控制超声波的发射与辐射范围，能够有效地抑制蓝藻的生长和繁殖，同时降低能耗。此外，利用压电材料的正压电效应，充分收集自然风实现全天候的压电风能发电对超声蓝藻控制装置进行供电，弥补太阳能发电受太阳照晒时间的限制而产生电能间断的缺陷。同时，风能压电发电和太阳能发电相结合，进一步解决了超声蓝藻控制装置的电能供应不足的问题。本技术的超声蓝藻控制装置具有结构简单、系统复杂程度低、控制系统简单、除藻效果好、可控性好等优点。附图说明图1为太阳能与风能协同发电的超声蓝藻控制装置的结构示意图；图2为超声换能器阵列模块的结构示意图；图3为固定压电振子阵列模块的结构示意图；图4为转动压电振子阵列模块的结构示意图；图5为浮箱与超声换能器阵列模块固连的结构示意图；图6为光伏发电系统与能量转换与控制系统模块固连的结构示意图；图7为超声换能器的结构示意图；图8为压电振子的结构示意图；图9为压电转动叶片的结构示意图；图10为压电转动叶片固定在安装梁上的结构示意图；其中：1.1-超声换能器，1.2-第一环形框，1.3-第一支撑梁，1.4-第一固定圆柱，1.5-预紧螺栓，1.6-配重块，1.7-平面梁，1.8-矩形带圆孔的压电陶瓷片，1.9-喇叭口形发射端，2.1-矩形压电陶瓷片，2.2-质量块，2.3-第二环形框，2.4-安装梁，2.5-弹性梁，2.6-第二支撑梁，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能与风能协同发电的超声蓝藻控制装置，其特征在于，包括：超声换能器阵列模块、风能压电发电模块、太阳能发电模块、能量转换与控制系统模块(4)和浮箱(5)；/n所述超声换能器阵列模块包含：若干个超声换能器(1.1)、第一环形框(1.2)、若干个第一支撑梁(1.3)和第一固定圆柱(1.4)；所述第一支撑梁(1.3)的两端分别与所述第一环形框(1.2)内侧和所述第一固定圆柱(1.4)外侧相连并固定；/n所述风能压电发电模块包含：固定压电振子阵列模块和转动压电振子阵列模块，所述固定压电振子阵列模块由若干个压电振子、第二环形框(2.3)、第二支撑梁(2.6)和第二固定圆柱(2.7)组成，所述若干个压电振子采用阵列的方式固定在所述第二环形框(2.3)的外侧，所述第二支撑梁(2.6)的两端分别固定在所述第二环形框(2.3)的内侧和所述第二固定圆柱(2.7)的外侧；/n所述压电振子由两片矩形压电陶瓷片(2.1)、弹性梁(2.5)、柔性铰链(2.8)和质量块(2.2)组成；所述两片矩形压电陶瓷片(2.1)分别粘贴在弹性梁(2.5)的上下表面，所述质量块(2.2)设置在所述弹性梁(2.5)的一端，所述柔性铰链(2.8)设置在弹性梁(2.5)的另一端，并且设置有柔性铰链(2.8)的弹性梁(2.5)的一端固定在所述第二环形框(2.3)上；/n所述矩形压电陶瓷片(2.1)的极化方向沿着厚度方向；/n所述两片矩形压电陶瓷片(2.1)的极化方向相同；/n所述转动压电振子阵列模块由若干个压电转动叶片、安装梁(2.4)、安装螺栓(2.10)、第三环形框(2.13)、第三支撑梁(2.12)和第三固定圆柱(2.11)，所述压电转动叶片采用阵列方式通过所述安装梁(2.4)和所述安装螺栓(2.10)固定在所述第三环形框(2.13)的外侧；所述第三支撑梁(2.12)的两端分别固定在所述第三环形框(2.13)的内侧和所述第三固定圆柱(2.11)的外侧；/n所述浮箱(5)安装在所述超声换能器阵列模块的第一固定圆柱(1.4)上，所述固定压电振子阵列模块安装在所述浮箱(5)上，所述转动压电振子阵列模块安装在所述固定压电振子阵列模块上，并且所述第一固定圆柱(1.4)、第二固定圆柱(2.7)以及第三固定圆柱(2.11)同轴，所述能量转换与控制系统模块(4)安装在所述转动压电振子阵列模块的第三固定圆柱(2.11)上，所述太阳能发电模块固定在所述能量转换与控制系统模块(4)上；/n所述太阳能发电模块将收集到的太阳能转化为电能储藏在所述能量转换与控制系统模块(4)中。/n...

【技术特征摘要】
1.一种太阳能与风能协同发电的超声蓝藻控制装置，其特征在于，包括：超声换能器阵列模块、风能压电发电模块、太阳能发电模块、能量转换与控制系统模块(4)和浮箱(5)；
所述超声换能器阵列模块包含：若干个超声换能器(1.1)、第一环形框(1.2)、若干个第一支撑梁(1.3)和第一固定圆柱(1.4)；所述第一支撑梁(1.3)的两端分别与所述第一环形框(1.2)内侧和所述第一固定圆柱(1.4)外侧相连并固定；
所述风能压电发电模块包含：固定压电振子阵列模块和转动压电振子阵列模块，所述固定压电振子阵列模块由若干个压电振子、第二环形框(2.3)、第二支撑梁(2.6)和第二固定圆柱(2.7)组成，所述若干个压电振子采用阵列的方式固定在所述第二环形框(2.3)的外侧，所述第二支撑梁(2.6)的两端分别固定在所述第二环形框(2.3)的内侧和所述第二固定圆柱(2.7)的外侧；
所述压电振子由两片矩形压电陶瓷片(2.1)、弹性梁(2.5)、柔性铰链(2.8)和质量块(2.2)组成；所述两片矩形压电陶瓷片(2.1)分别粘贴在弹性梁(2.5)的上下表面，所述质量块(2.2)设置在所述弹性梁(2.5)的一端，所述柔性铰链(2.8)设置在弹性梁(2.5)的另一端，并且设置有柔性铰链(2.8)的弹性梁(2.5)的一端固定在所述第二环形框(2.3)上；
所述矩形压电陶瓷片(2.1)的极化方向沿着厚度方向；
所述两片矩形压电陶瓷片(2.1)的极化方向相同；
所述转动压电振子阵列模块由若干个压电转动叶片、安装梁(2.4)、安装螺栓(2.10)、第三环形框(2.13)、第三支撑梁(2.12)和第三固定圆柱(2.11)，所述压电转动叶片采用阵列方式通过所述安装梁(2.4)和所述安装螺栓(2.10)固定在所述第三环形框(2.13)的外侧；所述第三支撑梁(2.12)的两端分别固定在所述第三环形框(2.13)的内侧和所述第三固定圆柱(2.11)的外侧；
所述浮箱(5)安装在所述超声换能器阵列模块的第一固定圆柱(1.4)上，所述固定压电振子阵列模块安装在所述浮箱(5)上，所述转动压电振子阵列模块安装在所述固定压电振子阵列模块上，并且所述第一固定圆柱(1.4)、第二固定圆柱(2.7)以及第三固定圆柱(2.11)同轴，所述能量转换与控制系统模块(4)安装在所述转动压电振子阵列模块的第三固...

【专利技术属性】
技术研发人员：周楚新，王亮，赵淳生，
申请(专利权)人：周楚新，王亮，赵淳生，
类型：新型
国别省市：美国;US