一种基于改进截面柱体的涡激效应的发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于改进截面柱体的涡激效应的发电装置，包括支架、能量捕获件和发电模块，能量捕获件的两端通过转动组件与支架转动连接，且输出端与发电模块连接，能量捕获件为刚性柱体，能量捕获件的径向截面包括N条平直线条单元，各平直线条单元的两端延长后与相邻平直线条单元的延长线相交得到多边形，且相邻平直线条单元的端点通过曲线段连接。与现有技术相比，本发明专利技术具有能量吸收率高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进截面柱体的涡激效应的发电装置
本专利技术涉及涡激发电领域，尤其是涉及一种基于改进截面柱体的涡激效应的发电装置。
技术介绍
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，充分利用这些能量将为人类产生大量的电能。因此，科学家提出利用流体动能来进行发电的技术，然而现有的利用流体动能发电的装置结构较为复杂，同时不能吸收各个方向的流体动能，对能量的捕获效率较低。流体流过刚体时，由于物体后方的涡旋脱落，对物体产生了脉动载荷，会导致刚体发生运动，是为涡激效应，同时刚体的运动作用于流体，改变尾流状态。在这个过程中，流体的动能被收集并转化为物体的动能。而涡激效应发电技术，则是充分利用涡激效应，将流体的动能转化为机械动能，进而利用该机械动能经由发电装置进行发电。相比涡激振动的其他形式，利用能量捕获装置发生绕轴线的旋转进行发电更加可靠，转换方式更加自然。目前，利用涡激效应的发电装置一般采用圆形、椭圆形或多边形截面的柱体。由于涡激效应，可绕轴线旋转的柱体在不同流速的流体作用下会发生周期性摆动、随机摆动以及单向旋转等几种状态。其中，单向旋转是较为理想的有利于稳定持续发电的运动状态。然而从实际应用的角度，对涡激效应下的旋转运动而言，圆形、椭圆等圆角截面的柱体不易产生涡激效应，三角形、四边形等尖角的多边形截面的柱体更易发生涡激振动，但是由于三角形、四角形等规则截面形状的逆旋转方向的阻流作用，随机摆动较为常见，单向旋转只有在流速足够大的情况下才会发生。因此传统的截面的柱体对流体能量的捕获仍然存在提升空间，发电不够持续稳定，发电效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了提供一种基于改进截面柱体的涡激效应的发电装置，通过曲线对于流体冲力的疏散，径向截面被分割为迎风边和背风边，其改进截面的设计相比圆角截面对涡激效应的反应更加明显；相比于常规多边形，曲边又可以减少逆旋转方向的阻流作用，使柱体更易于单向旋转，使电能输出更加稳定持续从而可以利用各个方向的来流的动能进行收集，能量吸收率高，装置运行效率高。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于改进截面柱体的涡激效应的发电装置，包括支架、能量捕获件和发电模块，所述能量捕获件的两端通过转动组件与支架转动连接，且输出端与发电模块连接，所述能量捕获件为刚性柱体，所述能量捕获件的径向截面包括N条平直线条单元，各平直线条单元的两端延长后与相邻平直线条单元的延长线相交得到多边形，且相邻平直线条单元的端点通过曲线段连接。所述平直线条单元为一根或两根线段，且当为两根线段时，两根线段首尾相连形成一个内夹角，所述内夹角为多边形的一个内凹角。所有平直线条单元均为一根线段。所述径向截面为旋转对称图形，最小旋转对称角为360°/N。所述多边形为轴对称图形。所述曲线段为圆、椭圆、抛物线或双曲线的一部分。所述能量捕获件为等截面柱体。所述能量捕获件为非等截面柱体。所述能量捕获件的轴线竖直布置。所述能量捕获件共设有多个，且各能量捕获件的输出端相互耦合与发电模块连接。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)通过曲线对于流体冲力的疏散，径向截面被分割为迎风边和背风边，其改进截面的设计相比圆角截面对涡激效应的反应更加明显；相比于常规多边形，曲边又可以减少逆旋转方向的阻流作用，使柱体更易于单向旋转，使电能输出更加稳定持续从而可以利用各个方向的来流的动能进行收集，能量吸收率高，装置运行效率高。2)所有平直线条单元均为一根线段，采用凸多边形的基础设计，进一步提高了利用率。3)采用对称设计，易于制备，易于安装和维护。附图说明图1为本专利技术发电装置的整体结构示意图；图2为本专利技术实施例中一种截面设计示意图；图3为本专利技术实施例中另一种截面设计示意图；图4为本专利技术实施例中再一种截面设计示意图；其中：1、支架，2、能量捕获件，3、发电模块，4、直线段，5、曲线段，401、直线段的延长线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。一种基于改进截面柱体的涡激效应的发电装置，如图1所示，包括支架1、能量捕获件2和发电模块3，能量捕获件2的两端通过转动组件与支架3转动连接，且输出端与发电模块3连接，能量捕获件2为刚性柱体。能量捕获件2两端与支架1旋转配合，两者通过轴承相连，使能量捕获件2具有绕轴线旋转的单一自由度。支架1起到固定能量捕获件2的转轴的作用。当流体流过能量捕获件2时，由于涡激效应，能量捕获件2会出现振荡或者单向旋转等运动状态，能量捕获件2的运动带动与能量捕获装置2连接的发电件3发电。为了实现上述单向旋转的目的，能量捕获件2的径向截面包括N条平直线条单元，各平直线条单元的两端延长后与相邻平直线条单元的延长线相交得到多边形，且相邻平直线条单元的端点通过曲线段连接，该曲线段为外凸曲线。通过曲线对于流体冲力的疏散，径向截面被分割为迎风面和背风面，其改进截面的设计相比圆角截面对涡激效应的反应更加明显；相比于常规多边形，曲边又可以减少逆旋转方向的阻流作用，使柱体更易于单向旋转，使电能输出更加稳定持续从而可以利用各个方向的来流的动能进行收集，能量吸收率高，装置运行效率高。发电装置3的结构为现有技术，其选型、安装和使用已为同行普通技术人员所掌握，在此不再进行介绍。其中，平直线条单元为一根或两根线段，且当为两根线段时，两根线段首尾相连形成一个内夹角，内夹角为多边形的一个内凹角。具体的，可以全都是一根线段，也可以是全都是两个线段，也可以部分是一根线段，部分是两个线段。优选的，所有平直线条单元均为一根线段，这样上述延长相交得到的多边形就是一个凸多边形，进一步提高了利用率。在一些实施例中，径向截面为旋转对称图形，最小旋转对称角为360°/N。在一些实施例中，多边形为轴对称图形，可以是偏心的，也可以是非偏心的。曲线段为圆、椭圆、抛物线、双曲线或其他类型的曲线的一部分在一些实施例中，能量捕获件2为等截面柱体，在另一些实施例中，能量捕获件2为非等截面柱体，即沿着轴向的各径向界面的面积和形状会发生变化，具体的可以是线段的边长发生变化。在一些实施例中，能量捕获件2的轴线竖直布置。在一些实施例中，能量捕获件2共设有多个，且各能量捕获件2的输出端相互耦合与发电模块3连接。能量捕获件2的大小、高度等的选取，可以根据本装置所在位置的流体情况决定。实施例1：如图2所示，改进的径向截面可以以一个三角形为基础得到，首先，将每一个顶角的两条边定义为迎风边和背风边，迎风边为沿着旋转方向顶角后方的边，而背风边为沿着旋转方向顶角前方的边。由背风边上某一点指向尖角的方向开始向三角形形内部沿曲线延伸直至与迎风边相交，取曲线与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进截面柱体的涡激效应的发电装置，包括支架(1)、能量捕获件(2)和发电模块(3)，所述能量捕获件(2)的两端通过转动组件与支架(3)转动连接，且输出端与发电模块(3)连接，所述能量捕获件(2)为刚性柱体，其特征在于，所述能量捕获件(2)的径向截面包括N条平直线条单元，各平直线条单元的两端延长后与相邻平直线条单元的延长线相交得到多边形，且相邻平直线条单元的端点通过曲线段连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于改进截面柱体的涡激效应的发电装置，包括支架(1)、能量捕获件(2)和发电模块(3)，所述能量捕获件(2)的两端通过转动组件与支架(3)转动连接，且输出端与发电模块(3)连接，所述能量捕获件(2)为刚性柱体，其特征在于，所述能量捕获件(2)的径向截面包括N条平直线条单元，各平直线条单元的两端延长后与相邻平直线条单元的延长线相交得到多边形，且相邻平直线条单元的端点通过曲线段连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于改进截面柱体的涡激效应的发电装置，其特征在于，所述平直线条单元为一根或两根线段，且当为两根线段时，两根线段首尾相连形成一个内夹角，所述内夹角为多边形的一个内凹角。


3.根据权利要求2所述的一种基于改进截面柱体的涡激效应的发电装置，其特征在于，所有平直线条单元均为一根线段。


4.根据权利要求1所述的一种基于改进截面柱体的涡激效应的发电装置，其特征在于，所述径向截面为旋转对称图形，最小旋转对称角为36...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘振海，李利春，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31