[發明專利]一種利用并列雙圓柱流致振動收集電能的裝置

有效

• 申請號: 201410052818.8
• 申請日: 2014-02-17
• 公開（公告）號: CN103762894A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 丁林;張力;毛心茹;楊仲卿;陳艷容;閆云飛
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 穆祥維

技術領域

本發明涉及一種利用流動能進行發電的裝置，具體涉及一種利用并列雙圓柱流致振動收集電能的裝置。

背景技術

目前，能源問題成為全球關注的熱點，化石能源利用導致環境污染日益嚴重，可再生能源的開發利用受到各國高度重視，成為當今能源領域發展的重要方向。對于環境中可利用的可再生能源，風能、水流及洋流等形式的流動能是一種普遍存在的可再生資源。利用流體動能進行發電是一種主要的可再生能源利用形式。傳統的風力發電和水力發電技術主要是利用流體作用力直接推動渦輪旋轉，從而采用電磁感應發電機進行發電。然而，這一類發電設備工作時所需的來流速度大，能量損耗大。當來流速度低時，比如微風和小型河流中的水流，利用傳統的流動能發電技術進行能量收集存在較大困難。

當鈍體橫向繞流時，在流速不很高的情況下就會形成邊界層分離，隨之產生脫體旋渦。鈍體后旋渦脫落會在結構表面形成周期性脈動作用力，易形成流致振動。流致振動是一種自激振動現象，普遍存在于自然界和工程領域。該現象是一個流體與固體相互作用的過程，常見的流致振動現象包括顫振、馳振、渦致振動和抖振。在許多與流體相關的機械和工程問題中，流致振動是一個涉及安全性的重大問題，特別是近年來海洋工程、風工程、航空航天和核工程等的迅速發展，流致振動問題受到更為廣泛的關注。如果能將流致振動與發電技術相結合，實現流動能向振動能、電能的高效轉換。不僅能將這類不利振動現象有效利用，還能極大擴展流動能的利用范圍。當來流速度較低時，利用流致振動進行發電，同時利用柔性壓電片在鈍體后旋渦形成和演化過程中的不斷形變，進一步提高流致振動能量收集的密度。該發電技術可以為獨立于電網的低功率用電設施提供電能，比如野外檢測儀器設備、軍用微型電源和應急照明等，具有極為廣闊的應用前景，符合當今社會節能、環保、低碳的發展趨勢，對推動我國可再生能源的利用技術和國民經濟的發展具有重要意義。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足，特別是針對來流速度較低的流體，本發明提供了一種結構設計容易、能量轉換效率高的利用并列雙圓柱流致振動收集電能的裝置。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案：

一種利用并列雙圓柱流致振動收集電能的裝置，包括上圓柱體、下圓柱體、彈性壓電片、端板、壓電片固定軸、支撐彈簧和阻尼調節器；所述上圓柱體、下圓柱體和壓電片固定軸通過在上圓柱體和下圓柱體兩端設置的端板連接為一體，上圓柱體和下圓柱體呈一上一下并行排列，且直徑相等，所述壓電片固定軸距離上圓柱體和下圓柱體的距離相等，壓電片固定軸的軸心線與上圓柱體和下圓柱體的軸心線平行且位于同一平面；所述彈性壓電片一端連接在壓電片固定軸上，另一端自由振動；所述上圓柱體和下圓柱體的兩側的端板分別通過豎直設置的直線軸承安裝在流道壁面上，兩側的端板與流道壁面之間分別設置阻尼調節器和支撐彈簧，所述阻尼調節器的一端連接在端板上，阻尼調節器的另一端連接在流道壁面上，所述支撐彈簧的一端連接在端板上，支撐彈簧的另一端連接在流道壁面上。

作為本發明的一種優選方案，所述彈性壓電片沿流向的長度為上圓柱體的直徑的1.5倍，彈性壓電片上下兩側分別連接電極引出導線，電極引出導線與處理電路連接。

與現有技術相比，本發明的一種利用并列雙圓柱流致振動收集電能的裝置具有如下優點：

1、結構簡單可靠，沒有轉動部件，不會因摩擦力消耗部分能量，適用于流速較低時的能量收集。

2、采用并列雙圓柱振動共同驅動發電機，同時結合彈性壓電片形變時的壓電效應直接將流動能轉換為電能，可有效利用低速流動能進行發電，能量密度高，大幅提高發電能力。

附圖說明

圖1為一種利用并列雙圓柱流致振動收集電能的裝置的結構示意圖；

圖2為一種利用并列雙圓柱流致振動收集電能的裝置的主視圖；

圖3為一種利用并列雙圓柱流致振動收集電能的裝置的俯視圖；

圖4為一種利用并列雙圓柱流致振動收集電能的裝置的左視圖；

圖5為圓柱體流致振動原理圖。

附圖中：?1—上圓柱體；?2—下圓柱體；?3—彈性壓電片；?4—端板；?5—壓電片固定軸；?6—支撐彈簧；?7—阻尼調節器；?8—流道壁面。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細地描述。