CN104481784B - 涡激振动潮流能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡激振动潮流能发电装置，包括：涡激振动获能装置、人工肌肉发电组和电路组件；涡激振动获能装置包括振子、振子支架、支撑框架、弹簧和导杆，振子支架两侧上下两端分别通过弹簧与支撑框架弹性连接，导杆固定在振子支架的上部，导杆穿设在支撑框架的顶部；人工肌肉发电组包括多个发电单元，发电单元包括环形外框架、内框架和人工肌肉薄膜，环形外框架固设在支撑框架上，人工肌肉薄膜固定在环形外框架和内框架之间，人工肌肉薄膜通过内框架固定在导杆上，人工肌肉薄膜的两个表面涂有柔性电极层；电路组件包括充电电路，充电电路包括放电电源和第一开关，放电电源和第一开关分别连接在环形外框架上。实现提高发电效率和实用性。

Description

涡激振动潮流能发电装置

技术领域

本发明涉及海洋能开发利用领域，尤其涉及一种涡激振动潮流能发电装置。

背景技术

潮流能作为一种相对容易开发的能源形式，近年来得到了较大的发展，主要利用能量转换装置把潮汐引起的海水往复运动产生的动能转化为装置运动部件的机械能，带动发电机发电。目前，潮流能发电形式主要是水轮机。我国沿海的潮流总体上流速偏小，水深较浅。由于潮流能的能量密度与流速的立方成正比，因此在潮流流速较低的海域利用水轮机开发海流能，势必需要增大潮流能装置的尺度，对水深也提出了更高的要求，同时由于水轮机需要一定的起转流速，在流速较低时很难实现有效的能量转换。这样一方面造成许多潮流能资源的浪费，也阻碍了潮流能利用技术在更大范围内推广。现有技术中潮流能发电装置对潮流的要求较高，工作效率低，实用性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种涡激振动潮流能发电装置，解决现有技术中潮流发电装置对潮流要求高，工作效率低，实用性差的缺陷。

本发明提供的技术方案是，一种涡激振动潮流能发电装置，包括：涡激振动获能装置、人工肌肉发电组和电路组件；所述涡激振动获能装置包括振子、振子支架、支撑框架、弹簧和导杆，所述支撑框架为倒U型结构，所述振子支架为对称框架式结构，所述振子支架两侧上下两端分别通过所述弹簧与所述支撑框架弹性连接，所述导杆固定在所述振子支架的上部，所述导杆穿设在所述支撑框架的顶部；所述人工肌肉发电组包括多个堆叠在一起的发电单元，所述发电单元包括环形外框架、内框架和人工肌肉薄膜，所述环形外框架固设在所述支撑框架的顶部，所述环形外框架包围住所述内框架，所述人工肌肉薄膜固定在所述环形外框架和所述内框架之间，所述人工肌肉薄膜通过所述内框架固定在所述导杆的顶部，所述人工肌肉薄膜的两个表面涂有柔性电极层；所述电路组件包括充电电路和蓄能电路，所述充电电路包括连接在一起的放电电源和第一开关，所述放电电源和所述第一开关分别连接所述人工肌肉薄膜的两个所述柔性电极层；所述蓄能电路包括连接在一起的蓄电池和第二开关，所述蓄电池和所述第二开关分别连接所述人工肌肉薄膜的两个所述柔性电极层。

本发明提供的涡激振动潮流能发电装置，通过设置涡激振动获能装置，在均匀来流中，涡激振动获能装置的振子的背流面会形成交替泄放的漩涡，由于漩涡的泄放在振子表面产生不均匀的压强，进而振子受到流向和横向的脉动压力。此时当振子的移动自由度大于零时，会在脉动压力的作用下诱发周期性振荡。当振子系统的固有频率与漩涡的泄放频率达到一致时，振幅会达到最大值。上下往复振动的振子推动振子支架上下往复运动，此时，导杆也会随着振子支架上下往复运动，涡激振动获能装置把潮流能转换成振子支架的动能。通过设置人工肌肉发电组，当导杆做上下往复运动时，此时环形外框架固定，导杆带动内框架运动，进而带动人工肌肉薄膜的进行拉伸和收缩，通过设置电路组件，在拉伸过程中，电路组件的充电电路闭合，给人工肌肉薄膜施加一定的初始电荷，此时，人工肌肉薄膜相当于一个电容，拉伸时人工肌肉薄膜的厚度变小，两极之间的距离变小，从而电容变大。在导杆向下运动时，人工肌肉薄膜会恢复自然状态，在此过程中，充电电路断开，蓄能电路闭合，人工肌肉薄膜厚度变大，两极之间的距离变大，电容变小，电场力做负功，介电弹性体所含的弹性应变减少，两极板间的电压升高，电能增加，振子支架的动能转换成电能，储存到蓄电池中，从而有效的利用海洋潮流发电，提高发电装置的实用性。

如上所述涡激振动潮流能发电装置，所述支撑框架的上端部设置有横梁，所述导杆通过导套穿设在所述横梁上。

如上所述的涡激振动潮流能发电装置，所述支撑框架的两侧设置有导轨，所述振子支架的两侧设置有滑块，所述振子支架滑动连接在所述导轨上。

如上所述的涡激振动潮流能发电装置，所述环形外框架上设置有多层铝箔纸，所述铝箔纸与对应的所述柔性电极层连接；所述充电电路和所述蓄能电路通过对应层的铝箔纸与所述人工肌肉薄膜的两个所述柔性电极层连接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明涡激振动潮流能发电装置实施例的结构示意图；

图2为本发明涡激振动潮流能发电装置实施例中发电单元的俯视图；

图3为本发明涡激振动潮流能发电装置实施例人工肌肉薄膜处于拉伸状态的电路原理图；

图4为本发明涡激振动潮流能发电装置实施例人工肌肉薄膜处于自然状态的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图4所示，本实施例涡激振动潮流能发电装置，包括：涡激振动获能装置、人工肌肉发电组和电路组件；涡激振动获能装置包括振子1、振子支架2、支撑框架3、弹簧4和导杆5，支撑框架3为倒U型结构，振子支架2为对称框架式结构，振子支架2两侧上下两端分别通过弹簧4与支撑框架3弹性连接，导杆5固定在振子支架2的上部，导杆5穿设在支撑框架3的顶部；人工肌肉发电组包括多个堆叠在一起的发电单元，发电单元包括环形外框架6、内框架7和人工肌肉薄膜8，环形外框架6固设在支撑框架3的顶部，人工肌肉薄膜8固定在环形外框架6和内框架7之间，人工肌肉薄膜8通过内框架7固定在导杆5的顶部，人工肌肉薄膜8的两个表面涂有柔性电极层，相邻两个环形外框架6堆叠在一起，相邻的两个内框架7堆叠在一起；电路组件9包括充电电路91和蓄能电路92，充电电路91包括连接在一起的放电电源911和第一开关912，放电电源911和第一开关912分别连接在人工肌肉薄膜8的两个柔性电极层上，蓄能电路92包括连接在一起的蓄电池921和第二开关922，蓄电池921和第二开关922分别连接在人工肌肉薄膜8的两个柔性电极层上。

具体而言，本实施例涡激振动潮流能发电装置将振子支架2通过弹簧4弹性连接在支撑框架3上，当振子1在潮流的作用下，做上下往复运动时，振子支架2也会随之上下往复运动，从而带动导杆5和固定在导杆5上的内框架7做上下往复运动，环形外框架6处于固定状态，当导杆5上下往复运动时，设置于内框架和环形外框架6之间的人工肌肉薄膜8处于拉伸或收缩状态，人工肌肉薄膜8的两个表面涂有柔性电极层，人工肌肉薄膜8是绝缘材料，在其两面涂上可随动的柔性电极层，两个柔性电极层相当于两个电容极板，可等效为一个平行板可变电容，当导杆5往上运动时，人工肌肉薄膜8处于拉伸状态，此时，第一开关912开启，充电电路91闭合，人工肌肉薄膜8的厚度变小，两个柔性电极层之间的距离变小，人工肌肉薄膜8的电容变大，外界的机械能转换成人工肌肉薄膜8的弹性应变能；当导杆5往下运动时，人工肌肉薄膜8恢复自然状态，第一开关912闭合，充电电路91断开，两个柔性电极层之间的距离变大，人工肌肉薄膜8的电容变小，电场力做负功，人工肌肉薄膜8所含的弹性应变能减少，两个柔性电极层间的电压升高，电能增加，人工肌肉薄膜8的弹性应变能转换成电能，电能储存到蓄电池921中。在具体实施过程中，根据洋流的流速不同，可以通过选择振子1的直径和密度、弹簧4的弹性模量和长度等参数，使振子1产生涡激振动，驱动振子支架2上下往复运动。当导杆5往下运动时，第二开关922开启，蓄能电路92闭合，人工肌肉薄膜8所含的弹性应变能转换成电能，存入蓄能电路92的蓄电池921中，人工肌肉薄膜8恢复自然状态，当导杆5往上运动时，第二开关922闭合，蓄能电路92断开，防止电能的损失。

进一步的，为了在运动时对导杆5起到导向作用，支撑框架3的上端部设置有横梁31，导杆5通过导套51穿设在横梁31上。具体的，通过设置横梁31以及导套51，可以维持导杆5在竖直方向上做上下往复运动时，对导杆5 起到导向的作用，从而有效的减少动能的损失。

更进一步的，为了更有效的减少动能的损失，支撑框架3的两侧设置有导轨32，振子支架2的两侧设置有滑块21。具体的，通过设置导轨32和滑块21，可以保持振子支架2在竖直方向上沿着导轨32运动，有效减少了动能的损失。

基于上述技术方案，优选的，环形外框架6上设置有多层铝箔纸（未绘示），铝箔纸与对应的柔性电极层连接。具体的，铝箔纸可以很好的将人工肌肉薄膜8的两个柔性电极层与充电电路91固定连接起来。

本实施例涡激振动潮流能发电装置，通过设置涡激振动获能装置、人工肌肉发电组和电路组件，可以有效的将外界的动能转换成人工肌肉发电组的弹性应变能，进而将人工肌肉发电组的弹性应变能转换成电能，储存到蓄电池中；通过设置横梁和导套，可以有效的维持导杆的竖直运动，减少动能的损失；通过在支撑框架上设置导轨，在振子支架上设置滑块，可以有效的维持振子支架在竖直方向上运动，更加有效的减少动能的损失；通过在外框加上设置铝箔纸，可以有效的将两个柔性电极层与电路组件连接在一起，防止电路脱落；通过将直流蓄电池和第一开关与环形外框架的铝箔纸相连接，可以方便的对所有的人工肌肉薄膜进行充电；通过设置蓄能电路，可以有效的收集和存贮电能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种涡激振动潮流能发电装置，其特征在于，包括：涡激振动获能装置、人工肌肉发电组和电路组件；所述涡激振动获能装置包括振子、振子支架、支撑框架、弹簧和导杆，所述支撑框架为倒U型结构，所述振子支架为对称框架式结构，所述振子支架两侧上下两端分别通过所述弹簧与所述支撑框架弹性连接，所述导杆固定在所述振子支架的上部，所述导杆穿设在所述支撑框架的顶部；所述人工肌肉发电组包括多个堆叠在一起的发电单元，所述发电单元包括环形外框架、内框架和人工肌肉薄膜，所述环形外框架固设在所述支撑框架的顶部，所述环形外框架包围住所述内框架，所述人工肌肉薄膜固定在所述环形外框架和所述内框架之间，所述人工肌肉薄膜通过所述内框架固定在所述导杆的顶部，所述人工肌肉薄膜的两个表面涂有柔性电极层；所述电路组件包括充电电路和蓄能电路，所述充电电路包括连接在一起的放电电源和第一开关，所述放电电源和所述第一开关分别连接所述人工肌肉薄膜的两个所述柔性电极层；所述蓄能电路包括连接在一起的蓄电池和第二开关，所述蓄电池和所述第二开关分别连接所述人工肌肉薄膜的两个所述柔性电极层。

2.根据权利要求1所述的涡激振动潮流能发电装置，其特征在于，所述支撑框架的上端部设置有横梁，所述导杆通过导套穿设在所述横梁上。

3.根据权利要求1所述的涡激振动潮流能发电装置，其特征在于，所述支撑框架的两侧设置有导轨，所述振子支架的两侧设置有滑块，所述振子支架滑动连接在所述导轨上。

4.根据权利要求1所述的涡激振动潮流能发电装置，其特征在于，所述环形外框架上设置有多层铝箔纸，所述铝箔纸与对应的所述柔性电极层连接；所述充电电路和所述蓄能电路通过对应层的铝箔纸与所述人工肌肉薄膜的两个所述柔性电极层连接。