[發明專利]串行排列雙柱體渦致振動收集低速流動能的裝置

無效

• 申請號: 201410052843.6
• 申請日: 2014-02-17
• 公開（公告）號: CN103762896A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 丁林;張力;胡德江;楊仲卿;吳春梅;王軍雷
• 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發電領域，具體涉及一種串行排列雙柱體渦致振動收集低速流動能的裝置。

背景技術

為了應對全球氣候變暖，可再生能源開發利用受到世界各國高度重視，許多國家將開發利用可再生能源作為能源戰略的重要組成部分，提出了明確的可再生能源發展目標，制定了鼓勵可再生能源發展的法律和政策。特別是在2007年3月，歐盟領導人達成了一項協議，為了在五年內削減二氧化碳排放量，所消耗的能量中至少應有20%是來自可再生能源。在所有的可再生能源中，流動能（風能/水能）是最具有代表性的替代能源之一，這種可再生資源促使人們發明和開發新的機械設備，從而利用這種來自大自然的恩賜。然而，目前利用流動能進行能量收集的發電技術，無論是風能還是水能發電，傳統的發電技術都無法有效利用低速流動能（比如微風）。此類發電技術所需啟動流速高，能量損耗大。雖然針對低速氣流和水流的發電技術已經提出不少形式，但多數存在著結構不合理和系統設計困難等缺陷。

鈍體繞流是自然界中極為普遍的一種物理現象。鈍體是工程中一種常見的非流線型結構，在一定的流速下，流體繞流鈍體后會在鈍體兩側交替地產生脫離鈍體表面的旋渦。旋渦脫落會在結構表面形成周期性脈動作用力，當鈍體固定方式為彈性支撐或允許發生彈性形變時，脈動力將引發鈍體的周期性振動，并在一定條件下產生渦致振動。在一切與流體相關的機械與工程中，渦致振動是一個涉及安全性的重大問題，例如會導致橋梁、煙囪、高塔、海上平臺和熱交換站等建筑物的疲勞破壞，尤其是當旋渦脫落的頻率與結構的固有頻率接近時，結構處于共振狀態，渦致振動對固體結構的破壞更加嚴重。而此類結構振動在較低的流速下即會發生，如能將渦致振動與發電技術相結合，則可極大提高流動能的利用范圍，其供能范圍也會得到極大擴展，并且變得更加靈活。對傳統發電設備無法利用的低速流動能進行利用，在航空航天、電子、機電和國防軍事等領域都具有廣闊的應用前景（如微型電源，替代蓄電池等），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，本發明提供了一種串行排列雙柱體渦致振動收集低速流動能的裝置，該裝置具有簡單、結構設計容易、能量轉換效率高的特點，特別適合用于捕集低速流體動能。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案：

串行排列雙柱體渦致振動收集低速流動能的裝置，包括上游圓柱振動系統和下游圓柱-壓電振動系統；

所述上游圓柱振動系統包括上游圓柱體、砂紙條和支撐彈簧Ⅰ；所述砂紙條為兩根，兩根砂紙條以穿過上游圓柱體軸心線的水平面對稱，沿上游圓柱體的軸向粘貼于上游圓柱體兩側，其位于上游圓柱體的迎風面上；所述上游圓柱體通過其兩端設置的支撐彈簧Ⅰ安裝于流道中心，上游圓柱體的軸心線與來流方向垂直；

所述下游圓柱-壓電振動系統包括下游圓柱體、壓電板和支撐彈簧Ⅱ；所述下游圓柱體通過其兩端設置的支撐彈簧Ⅱ安裝于流道中心，下游圓柱體的軸心線與來流方向垂直；所述壓電板的一端安裝在下游圓柱體的背風面上，壓電板包括彈性基板、壓電片和附加質量塊，所述彈性基板的一面或兩面粘貼壓電片，所述附加質量塊安裝在彈性基板且遠離下游圓柱體的一端上；壓電板的長度與下游圓柱體直徑相等；

所述上游圓柱體和下游圓柱體均為中空結構，上游圓柱體和下游圓柱體串行排列，上游圓柱體和下游圓柱體的運動方向垂直于流向及各自軸向。

作為本發明的一種優選方案，所述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，本發明的串行排列雙柱體渦致振動收集低速流動能的裝置具有如下優點：

1、該裝置結構簡單可靠，結構中沒有轉動部件，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、結構中采用串行排列的雙柱體，能量密度高；同時利用上游圓柱振動系統增加下游圓柱-壓電振動系統的來流強度，促進下游圓柱體發生渦致振動，提高能量轉換效率，所需來流速度低。

3、在下游圓柱體后安裝能發生形變的彈性壓電板，在較低流速時，結合壓電片形變時的壓電效應直接將流動能轉換為電能，大幅提高發電能力。

附圖說明

圖1為串行排列雙柱體渦致振動收集低速流動能的裝置的結構示意圖；

圖2為上游圓柱振動系統的示意圖；

圖3為下游圓柱-壓電振動系統的示意圖。