[發明專利]一種用于水下系留平臺的渦激振動發電裝置

在審

• 申請號: 201711154654.X
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107834903A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 毛昭勇;田文龍;宋保維;張克涵;胡欲立
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02J7/32
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明涉及海洋可再生能源開發與利用領域，具體涉及一種渦激振動發電裝置。

背景技術

水下系留平臺是一種依靠錨鏈與海底直接相連并懸浮在海水中的平臺，如錨雷、海洋潛標、深海探測節點等。水下系留平臺通過安裝水聲監測、水聲通信、壓力、水溫和水質監測等傳感器來完成相應的任務功能，其在軍民兩方面均具有廣泛的應用。為了完成指定任務，水下系留平臺必須具備水下長時間連續工作的能力，水下工作時間是衡量水下系留平臺性能的重要指標。水下系留平臺由于受自身重量和體積尺寸的約束，從而不能攜帶充足的能源段。而如果通過回收打撈的方式來進行能源補給，會帶來較高的成本。

2008年，美國密歇根大學的Bernitsas教授基于渦激振動效應成功研制出一種新型的海流發電裝置—VIVACE(Vortex Induced Vibration Aquatic Clean Energy)，并成功申請了專利，這是第一個利用渦激振動效應的發電裝置。2014年，中國海洋大學的王樹杰等人發明了一種渦激振動潮流能的發電裝置，其利用非流線型圓柱體結構的渦激振動效應來將潮流能轉化為圓柱結構的振動機械能，再進行轉化發電，專利公開號為CN104481784A。上述發明均利用非流線型結構自身的振動來進行海流能利用，但對于水下系留平臺，由于其要保持系留穩定性而導致不能直接利用平臺本身的振動進行海流能收集。

2014年，西北工業大學的宋保維教授及其團隊發明了一種用于水下航行器的垂直軸海流發電裝置，利用垂直軸風機對海流能進行利用發電，從而達到對水下平臺進行能源補給的目的，專利公開號為CN104533692A。該裝置結構較為復雜，占用航行器的空間大，風機葉輪的重量較重且風機葉輪的旋轉會對水下系留平臺的穩定性造成嚴重破壞。

為此，必須進一步探索研究一種適合水下系留平臺的能源收集技術。海流能的能量密度大、蘊藏量豐富，如果能夠將水下系留平臺所處環境中的海流能收集利用起來進行能源補給，從而可以解決水下系留平臺能源補給難的問題，延長其水下滯留時間。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種用于水下系留平臺的渦激振動發電裝置，通過渦激振動效應從海洋中獲取能量來進行能源補給，從而延長水下系留平臺在水下的工作時間，結構簡單，清潔，能量利用率高。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種用于水下系留平臺的渦激振動發電裝置，包括平板、懸臂梁、軸套、軸承、可充電電池和壓電陶瓷片。

所述的軸套通過軸承安裝在水下系留平臺內，軸套軸線平行于水下系留平臺的軸線；所述的平板位于水下系留平臺一側，連接懸臂梁一端，懸臂梁的另一端穿過水下系留平臺殼體的周向開口連接軸套；所述的壓電陶瓷片緊貼在懸臂梁上，壓電陶瓷片的電能輸出收集至可充電電池。

所述的可充電電池安裝在水下系留平臺內部。

所述的軸套兩端分別被一個軸承限位，只能繞軸線轉動。

所述平板的厚度不超過3mm。

本發明的有益效果是：

1)發電裝置結構簡單，便于安裝與維護；

2)適用性好，對海流流速沒有限制，在流速為0.25m/s時便可以提取較高的能量；

3)造價低，利用非流線型結構的渦激振動效應和壓電陶瓷的壓電特性來發電，發電原理簡單，裝置成本低；

4)無噪音、無污染，不會對海洋環境產生破壞；

5)能量利用率高，理論上只要輕質平板有輕微振動，便能夠進行電量收集。

附圖說明

圖1是本發明水下系留平臺整體外觀結構示意圖；

圖2是本發明發電裝置內部結構示意圖；

圖3是本發明懸臂梁結構示意圖；

圖4是本發明軸套結構示意圖；

圖5是本發明內艙結構示意圖；

圖6是本發明渦激振動過程簡圖。

圖中：1--水下系留平臺；2--輕質平板；3--懸臂梁；4--軸套；5--內艙；6--軸承；7--可充電電池；8--壓電陶瓷薄片。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限于下述實施例。

本發明的基本原理如下：