CN103715857B - 颤振翼风力发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种颤振翼风力发电装置，包括安装台架，所述安装台架上固定有颤振翼，所述颤振翼内设置有强磁性配重，所述颤振翼外环绕有多级线圈绕子，所述线圈绕子通过桥式整流电路与蓄电装置或负载相连。所述颤振翼内设置有弦向配重块滑轨，所述强磁性配重滑动配合在所述配重块滑轨上。所述颤振翼的主体材料为Nylon6，所述主体材料内设置有分散相的改性SiO2材料。本发明采用颤振翼与强磁性配重相结合，利用非线性颤振极限环产能，产能效率高，产能电压和频率稳定，经过简单的调制和变压可并入常规电网使用；颤振翼采用SiO2纳米级颗粒增强Nylon6材料，具有耐疲劳特性，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电装置，具体地说是一种颤振翼风力发电装置，属于新能源技术领域。
背景技术
随着全球石油价格的走高，以及化石能源非可再生性的影响，风能作为清洁、安全、可再生能源的代表受到了广泛的重视，各国均建立了大型风场利用风能。
据估算，全世界的风能总量约1300亿千瓦，中国的风能总量约16亿千瓦。风能资源受地形的影响较大，世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带，如美国的加利福尼亚州沿岸和北欧一些国家，中国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带风能资源也很丰富。中国东南沿海及附近岛屿的风能密度可达300瓦/米2（W/m2）以上，3～20米/秒风速年累计超过6000小时。内陆风能资源最好的区域，沿内蒙古至新疆一带，风能密度也在200～300W/m2，3～20米/秒风速年累计5000～6000小时。这些地区适于发展风力发电和风力提水。新疆达坂城风力发电站1992年已装机5500千瓦，是中国最大的风力电站。
大型旋转式风机是风能利用的主要工具，这种传统风机的主要缺点有：1、与传统火电和水力发电相比，风力发电厂产生的电压、频率波动性大，因此大规模并入常规电网，会对电网造成危害。如非并网直接利用，对于低能耗产业又得不偿失。因此在我国大多数城市并未得到广泛应用。2、风机叶片直径不能无限增大，一方面随着叶片直径的增加，翼尖速度迅速增大，产生较大的阻力；另一方面随着展弦比的增加，叶片柔性不断增大，流固耦合现象显著，容易发生叶片破坏事故。3、当风速大于20m/s时，风机往往需要采取刹车。
2007年开始，荷兰、英国、美国、日本等国工程研究人员相继对振动发电装置开展探索研究，开发了诸如收集舞厅人们舞动、路面机动车辆和行人引起的振动以及其他机械振动能量的发电装置。但同样由于发电电压、频率不稳定，振动式发电机多应用于低功耗非必要场合。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种颤振翼风力发电装置，该装置可利用振动产能，并且产能的电压和频率稳定。
按照本发明的技术方案：一种颤振翼风力发电装置，包括安装台架，所述安装台架上固定有颤振翼，所述颤振翼内设置有强磁性配重，所述颤振翼外环绕有多级线圈绕子，所述线圈绕子通过桥式整流电路与蓄电装置或负载相连。
所述颤振翼内设置有弦向配重块滑轨，所述强磁性配重滑动配合在所述配重块滑轨上。
所述强磁性配重与微伺服电机相连，由所述微伺服电机带动沿着所述配重块滑轨作弦向微调运动。
所述强磁性配重有多个，相应地所述配重块滑轨也有多个。
所述强磁性配重为高磁导率锰锌铁氧体。
所述颤振翼的主体材料为Nylon6，所述主体材料内设置有分散相的改性SiO2材料。
所述改性SiO2材料在所述颤振翼内的体积比为1.5%~3%。
所述改性SiO2的级别20nm。
所述桥式整流电路设置在所述安装台架内。
所述安装台架由屏蔽性材料制成。
本发明的技术效果在于：本发明采用颤振翼与强磁性配重相结合，利用非线性颤振极限环产能，产能效率高，产能电压和频率稳定，经过简单的调制和变压可并入常规电网使用；颤振翼采用SiO2纳米级颗粒增强Nylon6材料，具有耐疲劳特性，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中的颤振翼的剖面示意图。
图3为本发明的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
图1～图3中，包括颤振翼1、强磁性配重2、线圈绕子3、安装台架4、配重块滑轨101、桥式整流电路201、引线202、蓄电装置或负载203等。
如图1～图3所示，本发明是一种颤振翼风力发电装置，包括安装台架4，安装台架4最好由屏蔽性材料制成，具有屏蔽功能。
安装台架4上固定有颤振翼1。颤振翼1的主体材料为Nylon6，主体材料内设置有分散相的改性SiO2材料，可以显著增强颤振翼1的耐疲劳性能。改性SiO2材料在颤振翼1内的体积比为1.5%~3%。改性SiO2的级别20nm，采用优质纳米颗粒增强高分子聚合物材料，抗疲劳性能好，能有效地延长结构寿命。
颤振翼1内设置有强磁性配重2，强磁性配重2为高磁导率锰锌铁氧体。颤振翼1内还设置有弦向配重块滑轨101，强磁性配重2滑动配合在配重块滑轨101上。强磁性配重2与微伺服电机相连，由微伺服电机带动沿着配重块滑轨101作弦向微调运动。强磁性配重2有多个，相应地配重块滑轨101也有多个。
颤振翼1外环绕有多级线圈绕子3，线圈绕子3通过非磁导刚性部件固定在固定在颤振翼1的周围。线圈绕子3通过引线202及桥式整流电路201与蓄电装置或负载203相连。桥式整流电路201及控制器设置在安装台架4内，由于安装台架4具有屏蔽功能，因此可屏蔽强磁性配重2产生的干扰。
本发明的制作方法，包括以下几个步骤：
步骤一：耐疲劳颤振翼材料制造。
将改性20nm级别SiO2做为分散相加入Nylon6中作为颤振翼的主体材料，改性SiO2体积比为1.5%~3%。
步骤二：根据使用风场风速条件选取适合型号的颤振翼系统。
颤振翼根据非线性颤振理论设计。大展弦比大柔性翼存在颤振极限环，即由于结构几何非线性效应的影响，结构在一定风速范围下产生稳定振动的现象。极限环发生的风速与机翼的弯曲/扭转刚度比相关，并可通过调整惯量进行微调。
步骤三：将安装有强磁性配重的颤振翼固定在安装台架上并连接配重块控制电路。
步骤四：安装柔性绕子，连接传输电路。
本发明的工作过程如下：如图3所示，线圈绕子3缠绕在强磁性配重2周围，当颤振翼1进入极限环状态时，强磁性配重2做上下运动与线圈绕子3形成相对位置变化，切割磁感线产生感应电动势。多组线圈绕子3产生的感应电流通过引线202，经桥式整流电路201输入蓄电装置或负载203。
本发明具有优良的力学特性，产能效率高，产能电压和频率稳定，经过简单的调制和变压可并入常规电网使用。
本发明整体结构轻质便携，可以在浮空器结构、海上漂浮平台以及其他恶劣风场环境中使用。
以下为本发明的两个具体实施例。
实施例1
本实施例中的颤振翼风力发电装置，在远海作业平台上使用。颤振翼1展长4m，弦长0.25m，弯曲刚度2.56X104m4，扭转刚度1.02X104，颤振翼主体质量570g。所选用强磁性配重2为4个高磁导率锰锌铁氧体，每个质量100g，安装在弦向配重块滑轨101中。在海平面适用风速20m/s~27m/s，输出功率约400kW~600kW。
实施例2
本实施例中的颤振翼风力发电装置，在平流层浮空器平台使用。颤振翼1展长6m，弦长0.3m，弯曲刚度1.56X104m4，扭转刚度0.72X104，颤振翼主体质量430g。所选用强磁性配重2为5个高磁导率锰锌铁氧体，每个质量75g，安装在弦向配重块滑轨101中。适用风速25m/s~31m/s，输出功率约40kW~50kW。
Claims (9)
1.一种颤振翼风力发电装置，其特征是：包括安装台架（4），所述安装台架（4）上固定有颤振翼（1），所述颤振翼（1）内设置有强磁性配重（2），所述颤振翼（1）外环绕有多级线圈绕子（3），所述线圈绕子（3）通过桥式整流电路（201）与蓄电装置或负载（203）相连；
所述颤振翼（1）内设置有弦向配重块滑轨（101），所述强磁性配重（2）滑动配合在所述配重块滑轨（101）上；所述弦向是指所述颤振翼（1）的弦长方向。
2.按照权利要求1所述的颤振翼风力发电装置，其特征是：所述强磁性配重（2）与微伺服电机相连，由所述微伺服电机带动沿着所述配重块滑轨（101）作弦向微调运动。
3.按照权利要求1或2所述的颤振翼风力发电装置，其特征是：所述强磁性配重（2）有多个，相应地所述配重块滑轨（101）也有多个。
4.按照权利要求1所述的颤振翼风力发电装置，其特征是：所述强磁性配重（2）为高磁导率锰锌铁氧体。
5.按照权利要求1所述的颤振翼风力发电装置，其特征是：所述颤振翼（1）的主体材料为Nylon6，所述主体材料内设置有分散相的改性SiO2材料。
6.按照权利要求5所述的颤振翼风力发电装置，其特征是：所述改性SiO2材料在所述颤振翼（1）内的体积比为1.5%~3%。
7.按照权利要求5或6所述的颤振翼风力发电装置，其特征是：所述改性SiO2的级别20nm。
8.按照权利要求1所述的颤振翼风力发电装置，其特征是：所述桥式整流电路（201）设置在所述安装台架（4）内。
9.按照权利要求1所述的颤振翼风力发电装置，其特征是：所述安装台架（4）由屏蔽性材料制成。
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