[發明專利]斜拉橋拉索俘能發電裝置

有效

• 申請號: 201610075833.3
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN106160569B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 張鶴;呂朝鋒;蔣吉清;周威
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司33100
• 代理人: 劉曉春

技術領域

本發明涉及用于斜拉橋拉索的俘能發電裝置。

背景技術

大跨度斜拉橋的拉索頻率與結構的低階振動頻率較為接近，在風、雨等環境荷載作用下，易于發生索橋耦合振動，從而導致拉索的局部振動現象。斜拉橋隨著跨度增大，拉索的跨度也會隨之增大，同時因自振頻率低，容易產生大振幅的振動，作為整個運營期皆處于環境動荷載影響下的柔型結構，這種振動是不可避免的。現有關于斜拉橋拉索局部振動的研究工作大都關注于拉索振動給結構安全和耐久性帶來的威脅，并未意識到這一振動現象其實可以加以利用，變害為寶。如果能夠通過能量轉化裝置，將這些振動所產生的能量轉化為電能并收集和利用，就可以為橋上的用電設備提供電能，擁有巨大的潛在經濟效益。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種斜拉橋拉索俘能發電裝置，能利用斜拉橋拉索的振動變形提供電能。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：斜拉橋拉索俘能發電裝置，包括繩狀俘能供電裝置，所述繩狀俘能供電裝置螺旋式纏繞在斜拉橋的拉索上，能夠隨拉索振動。

在采用上述技術方案的同時，本發明還可以采用或者組合采用以下進一步的技術方案：

所述繩狀俘能供電裝置包括多個壓電單元，所述多個壓電單元通過電線串連在一起形成供電電路。

所述供電電路包括穩壓整流器、儲能裝置和變壓裝置，所述穩壓整流器、儲能裝置和變壓裝置通過電線連接至所述供電電路的輸出端口，所述供電電路的輸出端口連接至用電設備。

所述用電設備包括橋梁結構的監控系統、阻尼系統、照明裝置以及行車指示牌。

所述供電電路采用高分子柔性防水絕緣套管封裝，形成所述繩狀俘能供電裝置。

所述繩狀俘能供電裝置纏繞在拉索上距離橋塔錨固端3m以外的部位，所述繩狀俘能供電裝置與所述拉索的接觸面采用粘合劑固定。

壓電材料可以根據其力電轉換特性，將環境荷載作用下產生的斜拉橋拉索振動所產生的機械能轉化為電能，并進行收集和利用，為橋上各用電設施提供電能，起到變害為利的目的。大跨度斜拉橋為密索體系結構，拉索的數量較為龐大，如能對此振動產生的機械能進行合理利用，完全能夠為橋梁結構上的監控系統、阻尼系統、照明裝置、行車指示牌等提供用電，將富余電量存儲于起來，能夠保證該自供能體系的持續供電。壓電換能裝置結構簡單、易于加工制作、便于微型化和集成化，材料的能量采集和應用工作環境限制少、效率高、綠色環保，相關技術的開發利用將產生巨大的經濟效益，為建設資源節約型社會提供助力，具有一定市場潛力和經濟價值。

本發明的有益效果是：本發明利用壓電材料的正向壓電效應，將壓電單元通過電線串聯起來，與電源控制裝置一起，內置于防水封裝管中，呈螺旋狀安裝在斜拉橋拉索外表面，將環境動荷載引起的斜拉索振動機械能轉化為電能，經過該供電薄膜裝置中的電源控制集成系統的穩壓、變壓處理，對橋上各用電設備進行供電點或者進行電能存儲，本發明的發電裝置所產生的電能完全能夠為橋梁結構上的監控系統、阻尼系統、照明裝置、行車指示牌等提供足夠的電能，還具備電能存儲裝置，當產生電能富余時能夠及時進行存儲，保證系統的持續供電，為公路和城市橋梁中常見的斜拉橋結構提供一種全新的環保綠色能源。

附圖說明

圖1是本發明安裝于斜拉橋的區域。

圖2是安裝了本發明的斜拉橋拉索側面圖。

圖3是為本發明的整體結構平面圖。

圖4是本發明的整體三維效果圖。

圖5是本發明的局部放大的三位效果圖。

圖6是本發明的實例中鋼索的基本參數表。

圖7是拉索的局部振動計算方法示意圖。

圖8是本發明的拉索S1的中點豎向位移時程曲線。

圖9是本發明的拉索S2的中點豎向位移時程曲線。

圖中標號：1-斜拉橋拉索；2-安裝區域；3-斜拉橋支座；4-斜拉橋主梁；5-斜拉橋橋塔；6-壓電單元；7-電線；8-穩流整流器；9-變壓器；10-儲能裝置；11-電流輸出端口；12-高分子防水絕緣封裝管；13-繩狀俘能發電裝置。

具體實施方式

參照附圖。

本發明的斜拉橋拉索俘能發電裝置包括安裝在斜拉橋拉索1上的繩狀俘能發電裝置13，繩狀俘能發電裝置13包括多個壓電單元6，壓電單元6兩兩之間間距在8cm左右，壓電單元數量由用電設備所需電量決定，壓電單元數量越多，即所能提供的電量越大。