[發(fā)明專利]渦激振動(dòng)與升力混合動(dòng)力型水流發(fā)電裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210453394.7
• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN102979660A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬良;李鳳來;李鵬;馬勇;任選其;黃德太;諸葛凌波;葛海超;何新;李旭暉
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): F03B13/00
• 分類號(hào): F03B13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種水力發(fā)電裝置，具體地說是一種利用水流能發(fā)電的裝置。

背景技術(shù)

當(dāng)今世界能源消耗量與日俱增，而不可再生的礦石能源日益枯竭，人們對于可再生能源的需求日益增加，對于水流能、風(fēng)能、太陽能等可再生能源開發(fā)利用的研究日益廣泛?，F(xiàn)有水流能獲取裝置以水輪機(jī)為主，但現(xiàn)有水輪機(jī)啟動(dòng)流速較高，只有在1m/s以上流速的流場中才能較為穩(wěn)定的運(yùn)行，而很多河流的流速難以達(dá)到水輪機(jī)的工作要求。渦激振動(dòng)是一種流體力學(xué)現(xiàn)象，它是由于黏性流體流經(jīng)一個(gè)非流線型物體，在物體背后發(fā)放出渦列，引起的物體沿垂直流動(dòng)方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)合理控制系統(tǒng)雷諾數(shù)以及振動(dòng)體固有頻率時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，可以在較低流速下獲得較大的驅(qū)動(dòng)力以及振幅。但是當(dāng)雷諾數(shù)過大時(shí)，會(huì)因?yàn)槊撾x自鎖區(qū)而使渦激力大幅下降。升力是流體流經(jīng)物體表面時(shí)產(chǎn)生的一種表面力，在合理控制物體相對于來流的攻角時(shí)，在大雷諾數(shù)下也可以取得較大升力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適應(yīng)在各種流速水流中工作的渦激振動(dòng)與升力混合動(dòng)力型水流發(fā)電裝置。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

包括位于來流中的振動(dòng)系統(tǒng)，將振動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)能量傳遞到水面的同步帶系統(tǒng)，將往復(fù)振動(dòng)轉(zhuǎn)化為單向轉(zhuǎn)動(dòng)的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，發(fā)電系統(tǒng)以及支撐結(jié)構(gòu)；

所述發(fā)電系統(tǒng)是安裝在支撐結(jié)構(gòu)上的發(fā)電機(jī)；

所述振動(dòng)系統(tǒng)包括軸線垂直于來流方向的一組振動(dòng)體，位于振動(dòng)體兩端用于約束振動(dòng)體的搖臂，搖臂通過搖臂轉(zhuǎn)軸安裝在支撐結(jié)構(gòu)上，搖臂與支撐結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有控制剛度系數(shù)的機(jī)構(gòu)；

所述同步帶系統(tǒng)包括與搖臂轉(zhuǎn)軸同軸且隨搖臂運(yùn)動(dòng)的大同步帶輪，分別安裝于振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換中的兩根長軸上的兩個(gè)小同步帶輪，將大帶輪與兩個(gè)小帶輪連接在一起的同步帶；

所述振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括安裝在支撐結(jié)構(gòu)上的一根中轉(zhuǎn)軸和位于中轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的兩根長軸，第一長軸與中轉(zhuǎn)軸之間由同步帶傳動(dòng)，中轉(zhuǎn)軸與第一長軸的轉(zhuǎn)向相同，第二長軸與中轉(zhuǎn)軸之間由齒輪傳動(dòng)，中轉(zhuǎn)軸與第二長軸的轉(zhuǎn)向相反，發(fā)電機(jī)與中轉(zhuǎn)軸由齒輪傳動(dòng)，同步帶系統(tǒng)中的小同步帶輪與長軸之間設(shè)置有單向離合器、且兩根長軸上的單向離合器的方向相反。

本發(fā)明還可以包括如下結(jié)構(gòu)特征：

1、兩個(gè)搖臂各配備一套同步帶系統(tǒng)。

2、所述振動(dòng)體為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部沿軸向?qū)ΨQ布置浮塊。

3、所述控制剛度系數(shù)的機(jī)構(gòu)為在搖臂轉(zhuǎn)軸處安裝扭簧、在搖臂上吊裝拉簧或者設(shè)置彈性氣缸。

4、振動(dòng)體為2-3個(gè)。

本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：（1）啟動(dòng)流速低，擺動(dòng)幅度大。本裝置利用了渦激振動(dòng)原理的低速啟動(dòng)特性，可以在低速流中有效獲取能量，同時(shí)在振動(dòng)體擺動(dòng)到與來流呈一定攻角時(shí)，借助攻角產(chǎn)生的升力使振幅大幅增加；(2)適應(yīng)流速區(qū)間廣。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，多個(gè)振動(dòng)體在特定排列形式下，較完全依賴渦激振動(dòng)結(jié)構(gòu)的裝置，其能夠適應(yīng)更寬的流速區(qū)間；（3）擺動(dòng)式工作穩(wěn)定，和諧。裝置為穩(wěn)定的往復(fù)擺動(dòng)，不會(huì)有纏繞水中雜物導(dǎo)致裝置停止工作的現(xiàn)象發(fā)生。低頻擺動(dòng)相對于高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對于水中生物生存的影響要小得多。

附圖說明

圖1本發(fā)明的渦激振動(dòng)與升力混合動(dòng)力型水流發(fā)電裝置總體結(jié)構(gòu)圖；

圖2-圖3本發(fā)明的第兩種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4單向離合器系統(tǒng)的工作原理圖；

圖5發(fā)電艙齒輪組的工作原理圖；

圖6-圖7搖臂結(jié)構(gòu)形式以及參數(shù)定義圖

圖8振動(dòng)系統(tǒng)振子模型；

圖9激振動(dòng)-升力混合動(dòng)力原理圖；

圖10?不同振動(dòng)間距狀態(tài)下的振幅-流速測試曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的渦激振動(dòng)與升力混合動(dòng)力型水流發(fā)電裝置，包括位于來流中的振動(dòng)系統(tǒng)，將振動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)能量傳遞到水面的同步帶系統(tǒng)，將往復(fù)振動(dòng)轉(zhuǎn)化為單向轉(zhuǎn)動(dòng)的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，發(fā)電系統(tǒng)以及整個(gè)裝置的支撐結(jié)構(gòu)。

振動(dòng)系統(tǒng)位于水下，包括軸線垂直于來流方向的一組振動(dòng)體（兩個(gè)或多個(gè))，位于振動(dòng)體兩端用于約束振動(dòng)體的搖臂，搖臂軸以及減小搖臂擺動(dòng)時(shí)摩擦阻力的水潤滑軸承系統(tǒng)。振動(dòng)體內(nèi)部對稱布置泡沫浮塊，以控制靜水中振動(dòng)系統(tǒng)浮態(tài)。此外，振動(dòng)系統(tǒng)還包括與搖臂連接，用以控制系統(tǒng)固有頻率的控制系統(tǒng)剛度系數(shù)機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)剛度系數(shù)機(jī)構(gòu)可以使在搖臂轉(zhuǎn)軸處安裝扭簧或者搖臂上吊裝拉簧以控制系統(tǒng)剛度系數(shù)，還可以通過其他彈性系統(tǒng)如橡膠以及彈性氣缸等控制系統(tǒng)的剛度系數(shù)。

同步帶系統(tǒng)的兩個(gè)搖臂各配備一套同步帶系統(tǒng)，以保證振動(dòng)系統(tǒng)受力均勻，防止發(fā)生扭轉(zhuǎn)。