[發明專利]基于定向水流管道的直線變旋轉發電系統的方法

在審

• 申請號: 201910334567.5
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110071600A
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 王瑾程;韓東;鄭明瑞;高斯杰;李亞寧;劉允
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02K7/18
• 分類號: H02K7/18;F03B17/06
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

一種基于定向水流管道的直線變旋轉發電系統及方法，屬于流體動力學領域。其特征在于：包括隨動管、發電組件(永久磁鐵/線圈/導線組)、擺動桿、彈簧結構、布置有安裝孔的固定底座。本發明提供一種基于定向水流管道的直線變旋轉發電系統以及發電方法，隨動管由于水流流經障礙物，在障礙物后形成渦流，渦的擾動導致其隨著下部的彈簧結構發生水平擺動，并且通過擺動桿將直線變旋轉運動，使導線組旋轉，使其內部的發電組件靜止件與隨動件之間發生相對運動，利用切割磁感線的原理進行發電。該基于定向水流管道的直線變旋轉發電系統的優點在于改善了擺動件近固定端部分擺動幅度較小的問題，利用桿件連接擺動幅度最大的一端，使直線運動轉變為旋轉運動，增大了發電效率。

技術領域

本發明涉及一種基于定向水流管道的直線變旋轉發電系統的方法，屬于流體動力學領域。

背景技術

自然界中的水體在流動過程中產生的能量稱為水能，水能的重要應用就是水力發電。水力發電是利用河流、湖泊中的水流經不同高度地形時產生的能量來發電，目前的水力發電是由水輪發電機組中的水輪機和發電機實現水的位能向機械能再向電能的二次轉換實現的。按水電站裝機容量的大小可分為大、中、小型水電站，而目前的小水電站由于小規模的電力生產造成單位裝機容量成本較高。另外，一般水力發電是通過集中水頭引導高速度水流沖擊水輪機以帶動發電機發電，由于運動部件的存在，因此必然避免不了整個系統定期的維護，所需成本較高。為此，本發明提出一種基于定向水流管道的直線變旋轉發電系統。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于定向水流管道的直線變旋轉發電系統的方法，其優點在于改善了擺動件靠近固定端部分擺動幅度較小的問題，利用桿件連接擺動幅度最大的一端，使直線運動轉變為旋轉運動，增大了機械能利用率，增大了發電效率。

所述一種基于定向水流管道的直線變旋轉發電系統，其特征在于：從上向下依次包括頂蓋、隨動管、柔性半支撐管、剛性連接管、固定底座；上述隨動管內安裝第一發電模塊，第一發電模塊由若干永久磁鐵、線圈、固定桿組成；其中永久磁鐵通過桿件水平固定安裝于隨動管腔體內，線圈布置于每個永久磁鐵周圍，通過固定桿固定安裝于固定底盤；隨動管側壁外表面具有不規則凹槽；上述剛性連接管內安裝第二發電模塊，第二發電模塊由過擺動桿、導線組、C形永久磁鐵、集電環、旋轉軸固定桿組成；上述擺動桿呈倒置的T型結構，其上部與頂蓋固定連接，下部為水平延伸臂；C形永久磁鐵嵌于剛性連接管側壁內圈；導線組呈環形，兩側由擺動桿的水平延伸臂卡箍固定；導線組通過旋轉軸固定桿和擺動桿安裝于剛性連接管內部，并與C形永久磁鐵位于同一水平位置；導線組與集電環連接。

上述柔性半支撐管由彈簧結構和柔性防水密封套組成；柔性半支撐管一端連接隨動管，一端連接剛性連接管。柔性防水密封套的材質可以是金屬，也可以是非金屬，須具有一定的柔性。若流體具有腐蝕性，則上述隨動管、彈簧結構、柔性防水密封套以及剛性連接盤需采用耐腐蝕材料。C形永久磁鐵安裝于剛性連接盤內部，不與外流場接觸。

所述一種基于定向水流管道的直線變旋轉發電系統的發電方法，其特征在于以下過程：隨動管由于流體流經障礙物，在障礙物后形成渦流，渦的擾動導致其隨著下部的彈簧結構發生水平擺動；第一部分發電模塊，由于隨動管的擺動帶動固定于其內壁的永久磁鐵也發生水平擺動，線圈通過固定桿固定安裝于固定底盤保持靜止，利用線圈定向往復切割磁感線的原理進行發電；第二部分發電模塊，導線組通過擺動桿與隨動管頂蓋的連接，由于隨動管的擺動帶動其發生一定角度的往復旋轉，利用導線旋轉往復切割磁感線的原理進行發電。

上述基于定向水流管道的直線變旋轉發電系統，其特征在于：彈簧結構的彈簧倔強系數的選擇，以及隨動管上的不規則凹槽所占面積或凹槽數目的選擇，根據管道內水流速度而定，以調整發電系統擺動頻率，與渦脫頻率達到共振。