CN103147925B - 尾涡噪声发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种尾涡噪声发电装置，包括地上叶片和地下发电箱，地上叶片包括碳纤维骨架、压电薄膜、ETFE保护膜以及导线总线，压电薄膜通过导线与导线总线连接，地下发电箱包括保护壳，保护外壳内从上到下设置有齿轮组、发电机、以及电力电子箱；经过发电功率的估算，本发电系统在每次航班的起飞或降落过程中可发电4.2KWh，相当于可供几十个航道灯整夜的用电量。所发电量全部由清洁能源转化，同时可降低机场噪声水平，提高机场运营效率。发电系统的安装部署也可满足机场跑道建设的安全要求。

Description

尾涡噪声发电装置
技术领域
本发明涉及一种尾涡噪声发电装置，属于一种清洁能源及新能源开发采集转化利用的发电装置。
背景技术
目前，风力发电机的工艺水平已经趋向成熟，一些小型发电机甚至能利用1m/s的超低风速进行发电，逐渐完善的垂直轴风力发电机也越来越被广泛应用。同时，噪声发电这一新概念在压电转化技术的发展支持下逐渐成为现实。但目前世界上还未出现任何专门用于吸收转化飞机起降产生的尾流风能及飞机巨大噪声能，这两种清洁能源的能源采集装置，也没有出现任何可用于机场跑道环境苛刻条件下的发电系统的相关发明。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种全新的用于机场跑道环境的能源采集及发电装置，即尾涡噪声发电装置，它能够吸收飞机起飞降落时产生的尾涡风能以及飞机巨大噪声振动能，并将这些清洁能源高效地转化为可利用的电能进行循环利用，同时这一发电装置可以满足机场跑道建设的安全规范要求，拥有完善的应对紧急事故的安全应急机制。
本发明实现其功能所采用的技术方案是：
一种尾涡噪声发电装置，包括地上叶片和地下发电箱，地上叶片包括碳纤维骨架、压电薄膜、ETFE保护膜以及导线总线，ETFE保护膜安装在碳纤维骨架上，压电薄膜贴在ETFE保护膜内侧，压电薄膜通过导线与导线总线连接；地下发电箱包括保护壳，保护外壳内从上到下设置有齿轮组、发电机、以及电力电子箱，导线总线连接发电机，碳纤维骨架底部与齿轮组上端齿轮连接，齿轮组的下端齿轮连接发电机。
所述地上叶片的碳纤维骨架底部设置有可熔断合金层，与导线总线相连接。
所述地下发电箱内还设置有回复力弹簧组，碳纤维骨架底端与回复力弹簧组铰接，回复力弹簧组通过弹簧固定环固定在内层保护壳中。
所述保护壳包括内层保护壳、底部保护壳、外层保护壳，底部保护壳通过轴承设置在内层保护壳的外围，外层保护壳设置在底部保护壳的上方。
所述叶片材料为柔性或脆性材料。
本发明的有益效果是：经过发电功率的估算，本发电系统在每次航班的起飞或降落过程中可发电4.2KWh，相当于可供几十个航道灯整夜的用电量。所发电量全部由清洁能源转化，同时可降低机场噪声水平，提高机场运营效率。发电系统的安装部署也可满足机场跑道建设的安全要求。
附图说明
图1为尾涡噪声发电装置实施例的结构示意图；
图2为尾涡噪声发电装置的地下发电箱的纵剖面结构示意图。
图中：1.碳纤维骨架，2.压电薄膜，3.ETFE保护膜，4.地上叶片，5.导线，6.导线总线，7.地下发电箱，8.齿轮组，9.回复力弹簧组，10.弹簧固定环，11.发电机，12.轴承，13.电力电子箱，14.内层保护壳，15.底部保护壳，16. 可熔断合金，17.外层保护壳。
具体实施方式
   下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步说明。
每个发电装置由地上叶片和地下发电箱两部分构成，地上叶片设计为树叶形状的可摇摆式叶片，在图1中，实施例由地上叶片4和地下发电箱7构成，其中地上叶片4由碳纤维骨架1、压电薄膜2、ETFE保护膜3、导线5、导线总线6构成。碳纤维骨架1与地下发电箱7连接。双层ETFE保护膜3安装在碳纤维骨架1上。压电薄膜2贴在ETFE保护膜3内侧，通过导线5与总导线6连接。
在图2中，地下发电箱7的结构包括导线总线6、齿轮组8、回复力弹簧组9、弹簧固定环10、发电机11、轴承12、电力电子箱13、内层保护壳14、底部保护壳15和可熔断合金16和外层保护壳17。
齿轮组8上端的齿轮与碳纤维骨架1连接，下端的齿轮连接发电机11。碳纤维骨架1底端与回复力弹簧组9铰接，回复力弹簧组9通过弹簧固定环10固定在内层保护壳14中。发电机11下端为电力电子箱13，电力电子箱13通过导线总线6与导线收集来自压电薄膜2与发电机11的电流。内层保护壳14通过轴承12与底部保护壳15连接，底部保护壳15上端连接外层保护壳。
系统工作时，地上叶片4在飞机尾涡产生的风中自由摆动，通过传动齿轮组8驱动地下发电机11发电，地下电力电子箱13将所发电能转化为可用的电能输出；叶片内部的压电薄膜2吸收飞机噪声的振动能，同样将其转化为可用电能输出。
地上叶片4与回复力弹簧组9连接，地上叶片4在受力摆动后，压缩回复力弹簧组9，将一部分动能转化为回复力弹簧组9的势能。回复力弹簧组9中的回复力随地上叶片4摆动角度增大而增大。当回复力弹簧组9力矩超过地上叶片4所受风力的力矩时，地上叶片4将受回复力弹簧组9的推力，反向运动，继续通过传动齿轮组8驱动地下发电机11发电。此为地上叶片4往复摇摆过程。
内层保护壳14和底部保护壳15之间通过轴承12连接，当风的来流方向与地上叶片4垂直方向不平行时会产生偏心力矩，该力矩可以使地上叶片4绕中心轴旋转以达到合适的迎风角度。
碳纤维骨架1根部的一段为高强度可熔断合金16。可熔断合金16与导线总线6连接，在紧急情况下，可通过导线输入熔断电流，使可熔断合金16熔断，地上叶片4迅速倒下。
发电系统中的这些发电装置安装在机场跑道的两侧，系统工作时地上叶片在飞机尾涡产生的风中自由摆动，充分吸收尾涡这种变化的风能并将其转化为叶片摆动动能，驱动地下发电机发电，并通过地下电力电子箱将所发电能转化为可用的电能输出；叶片内部的压电薄膜用于吸收飞机噪声的振动能，同样将其转化为可用电能输出，使飞机起降产生的这些清洁能源得到环利用。
为了满足机场跑道建设安全规范要求，叶片材料均为柔性或脆性材料构成，叶片根部的应急装置可以在紧急事故发生时（如飞机驶离跑道时）立刻切断叶片根部与发电机的刚性连接，使叶片立刻倒下并平躺于地面，以避免飞机与叶片的碰撞。

Claims (5)

1.一种尾涡噪声发电装置，其特征在于：包括地上叶片和地下发电箱，地上叶片包括碳纤维骨架、压电薄膜、ETFE保护膜以及导线总线，ETFE保护膜安装在碳纤维骨架上，压电薄膜贴在ETFE保护膜内侧，压电薄膜通过导线与导线总线连接；地下发电箱包括保护壳，保护外壳内从上到下设置有齿轮组、发电机、以及电力电子箱，导线总线连接发电机，碳纤维骨架底部与齿轮组上端齿轮连接，齿轮组的下端齿轮连接发电机。
2.如权利要求1所述尾涡噪声发电装置，其特征在于：所述地上叶片的碳纤维骨架底部设置有可熔断合金层，与导线总线相连接。
3.如权利要求1或2所述尾涡噪声发电装置，其特征在于：所述地下发电箱内还设置有回复力弹簧组，碳纤维骨架底端与回复力弹簧组铰接，回复力弹簧组通过弹簧固定环固定在内层保护壳中。
4.如权利要求3所述尾涡噪声发电装置，其特征在于：所述保护壳包括内层保护壳、底部保护壳、外层保护壳，底部保护壳通过轴承设置在内层保护壳的外围，外层保护壳设置在底部保护壳的上方。
5.如权利要求4所述尾涡噪声发电装置，其特征在于：所述叶片材料为柔性或脆性材料。
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