CN106286164B - 一种摇摆式低速流体发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摇摆式低速流体发电机，由摇摆分流器和摇摆活塞发电机两部分组成，本装置突破了传统分流器无法产生周期性液体或气体的局限，利用气体或液体冲击摇摆的水杯带动挡板进行分液，巧妙地实现了周期性的分流效果；该装置的动力全部来自于水或气体的动能或者势能，只需将气体或液体运至装置能量较高点便可，相较于利用电控阀门实现的周期性分流器，无需额外输入能量；使用了活塞结构，在低流速流体发电的时候能更充分更高效率的利用流体的动能，减小了有用能量的流失。
Description
技术领域
本发明属于发电机领域，具体地说，涉及一种摇摆式低速流体发电机。
背景技术
在当今提倡绿色化生活的背景下，水电厂等高效利用大流量流体发电技术的场合对流体发电运用已较为普及，然而利用小流量流体动能发电的设备依然短缺，工厂中的废水管道、生活废水管道等地方的流体的动能都没得到有效利用。
目前，在利用流体发电领域常使用涡轮发电机，涡轮发电机在水电站等大流量场合尚能发挥其优势，然而在需要小流量发电的场合，由于涡轮利用流体动能的固有原理，效率一直较低，另外涡轮和转子使涡轮发电机具有较高的成本。市场尚未存在能够有效利用小流量流体动能发电的设备。
发明内容
本发明针对实际生活中未存在能够有效利用小流量流体动能发电的设备的现状，提出一种摇摆式低速流体发电机。
本发明的技术目的是通过以下技术方案予以实现：
一种摇摆式低速流体发电机，由摇摆分流器和摇摆活塞发电机两部分组成；
其中，摇摆分流器包括分流管道、右斜管、左斜管、右竖管、左竖管、挡板、前管道、杠杆、右柱、左柱、右连接钉、中连接钉、左连接钉、右水杯、左水杯、右孔盖、左孔盖、右底盘、左底盘、连接棍、支撑架、水管孔和连接件，支撑架上方设置分流管道，分流管道的前端为前管道，前管道的下端对称设置左斜管和右斜管，左斜管下端设置左竖管，右斜管下端设置右竖管，在前管道的前方设置杠杆，杠杆通过中连接钉与分流管道内部的挡板相连，在挡板的下端设置竖隔板将分流管道分为两条出水管道，杠杆的左端通过左连接钉与左柱相连，杠杆的右端通过右连接钉与右柱相连，在左柱和右柱下端分别设置左水杯和右水杯，左水杯和右水杯的下端中心设有出水孔，在出水孔上方设置左孔盖和右孔盖。
而且，所述的左水杯位于左竖管的垂直下方，所述的右水杯位于右竖管的垂直下方，使得水流完全落入水杯中。
而且，所述的左水杯上端中空，左水杯通过平行设置于左水杯内壁的连接棍与左柱的下端相连；所述的右水杯上端中空，右水杯通过平行设置于右水杯内壁的连接棍与右柱的下端相连。
而且，在所述的左水杯内，左孔盖的下方设置左底盘；在所述的右水杯内，右孔盖的下方设置右底盘。
而且，所述的左孔盖和右孔盖均由圆形盖和与圆形盖中心相连的竖杆组成，圆形盖的面积大于左水杯和右水杯的出水孔的面积，且小于左水杯和右水杯的面积，竖杆的长度大于左底盘和右底盘的厚度。
而且，所述的支撑架的底部的中间位置设置水管孔，水管孔位于分流管道的两条出水管道的垂直下方。
而且，所述的支撑架的两侧设置连接件。
其中，摇摆活塞发电机包括上板、四根外支撑杆、四根内支撑杆、两根横杆、左磁感管道、右磁感管道和摇摆杆等；在外支撑杆的上端设置上板，外支撑杆的下端设置第一底杆和第二底杆，在两个外支撑杆的交叉连接点处分别平行设置第一横杆和第二横杆，在外支撑杆的内侧第一横杆和第二横杆下方设置四根内支撑杆，在两个内支撑杆的交叉连接点之间设置摇摆支撑杆，在摇摆支撑杆的中点处设置摇摆杆，在第一横杆和第二横杆之间位于两侧的位置分别设置左磁感管道和右磁感管道，左磁感管道和右磁感管道分别通过连杆与摇摆杆的两端相连。
而且，所述的上板的中央设置有圆孔。
而且，所述的外支撑杆包括第一外支撑杆、第二外支撑杆、第三外支撑杆和第四外支撑杆，第一外支撑杆与第二外支撑杆十字交叉设置，第三外支撑杆与第四外支撑杆十字交叉设置。
而且，所述的内支撑杆包括第一内支撑杆、第二内支撑杆、第三内支撑杆和第四内支撑杆，第一内支撑杆与第二内支撑杆十字交叉设置，第三内支撑杆与第四内支撑杆十字交叉设置，在第一内支撑杆的底部和第三内支撑杆的底部之间和第二内支撑杆的底部和第四内支撑杆的底部之间分别设置第一内支撑连接杆和第二内支撑连接杆。
而且，所述的磁感管道(包括左磁感管道和右磁感管道)的外侧设置上圆盘和下圆盘，在上圆盘与下圆盘之间缠绕闭合导线。
而且，所述的磁感管道的下圆盘的下方同轴均匀设置出水孔，出水孔的数量为10-15个。
而且，所述的磁感管道内设置磁性活塞，磁性活塞的直径略小于磁感管道的内径，磁性活塞可沿磁感管道上下滑动，磁性活塞的上部设置磁铁。
在摇摆分流器和摇摆活塞发电机之间设置两根连接管，连接管上端连接摇摆分流器分流管道的两个出水口，下端连接摇摆活塞发电机的两个磁感管道。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.突破了传统分流器无法产生周期性液体或气体的局限，利用气体或液体冲击摇摆的水杯带动挡板进行分液，巧妙地实现了周期性的分流效果。
2.该装置的动力全部来自于水或气体的动能或者势能，只需将气体或液体运至装置能量较高点便可，相较于利用电控阀门实现的周期性分流器，无需额外输入能量。
3.使用了活塞结构，在低流速流体发电的时候能更充分更高效率的利用流体的动能，减小了有用能量的流失。
4.同时由于磁铁生产以及螺线管技术均已非常成熟，成本低廉加工方便，避免了加工复杂价格高昂的涡轮加入降低发电机的整体效费比。
5.活塞结构采用水流的直线运动直接发电，而不是先将流体的直线运动转化成圆周运动再用转子发电机发电，机械传动路径短。
附图说明
图1是一种摇摆式低速流体发电机的平面结构示意图。
图2是周期性分流器的立体结构示意图。
图3是摇摆活塞发电机的立体结构示意图。
图4是磁感管道的结构示意图。
其中1-1为分流管道，1-2为右斜管，1-3为左斜管，1-4为右竖管，1-5为左竖管，1-6为挡板，1-7为前管道，2-1为杠杆，2-2为右柱，2-3为左柱，2-4为右连接钉，2-5为中连接钉，2-6为左连接钉，3-1为右水杯，3-2为左水杯，3-3为右孔盖，3-4为左孔盖，3-5为右底盘，3-6为左底盘，3-7为连接棍，4-1为支撑架，4-2为水管孔，4-3为连接件，5-1为上板，5-2为圆孔，6-1为第一外支撑杆，6-2为第二外支撑杆，6-3为第三外支撑杆，6-4为第三外支撑杆，6-5为第一底杆，6-6为第二底杆，7-1为第一内支撑杆，7-2为第二内支撑杆，7-3为第三内支撑杆，7-4为第四内支撑杆，7-5为第一内支撑连接杆，7-6为第二内支撑连接杆，8-1为第一横杆，8-2为第二横杆，9-1为右磁感管道，9-2为左磁感管道，9-3为管体，9-4为上圆盘，9-5为磁性活塞，9-6为出水孔，9-7为下圆盘，10为连杆，11为摇摆杆，12为连接管。
具体实施方式
下面结合附图与具体的实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1、图2、图3和图4所示，一种摇摆式低速流体发电机，由摇摆分流器和摇摆活塞发电机两部分组成；
其中，摇摆分流器包括分流管道、右斜管、左斜管、右竖管、左竖管、挡板、前管道、杠杆、右柱、左柱、右连接钉、中连接钉、左连接钉、右水杯、左水杯、右孔盖、左孔盖、右底盘、左底盘、连接棍、支撑架、水管孔和连接件，支撑架上方设置分流管道，分流管道的前端为前管道，前管道的下端对称设置左斜管和右斜管，左斜管下端设置左竖管，右斜管下端设置右竖管，在前管道的前方设置杠杆，杠杆通过中连接钉与分流管道内部的挡板相连，在挡板的下端设置竖隔板将分流管道分为两条出水管道，杠杆的左端通过左连接钉与左柱相连，杠杆的右端通过右连接钉与右柱相连，在左柱和右柱下端分别设置左水杯和右水杯，左水杯和右水杯的下端中心设有出水孔，在出水孔上方设置左孔盖和右孔盖。
而且，所述的左水杯位于左竖管的垂直下方，所述的右水杯位于右竖管的垂直下方，使得水流完全落入水杯中。
而且，所述的左水杯上端中空，左水杯通过平行设置于左水杯内壁的连接棍与左柱的下端相连；所述的右水杯上端中空，右水杯通过平行设置于右水杯内壁的连接棍与右柱的下端相连。
而且，在所述的左水杯内，左孔盖的下方设置左底盘；在所述的右水杯内，右孔盖的下方设置右底盘。
而且，所述的左孔盖和右孔盖均由圆形盖和与圆形盖中心相连的竖杆组成，圆形盖的面积大于左水杯和右水杯的出水孔的面积，且小于左水杯和右水杯的面积，竖杆的长度大于左底盘和右底盘的厚度。
而且，所述的支撑架的底部的中间位置设置水管孔，水管孔位于分流管道的两条出水管道的垂直下方。
而且，所述的支撑架的两侧设置连接件。
其中，摇摆活塞发电机包括上板、四根外支撑杆、四根内支撑杆、两根横杆、左磁感管道、右磁感管道和摇摆杆等；在外支撑杆的上端设置上板，外支撑杆的下端设置第一底杆和第二底杆，在两个外支撑杆的交叉连接点处分别平行设置第一横杆和第二横杆，在外支撑杆的内侧第一横杆和第二横杆下方设置四根内支撑杆，在两个内支撑杆的交叉连接点之间设置摇摆支撑杆，在摇摆支撑杆的中点处设置摇摆杆，在第一横杆和第二横杆之间位于两侧的位置分别设置左磁感管道和右磁感管道，左磁感管道和右磁感管道分别通过连杆与摇摆杆的两端相连。
而且，所述的上板的中央设置有圆孔。
而且，所述的外支撑杆包括第一外支撑杆、第二外支撑杆、第三外支撑杆和第四外支撑杆，第一外支撑杆与第二外支撑杆十字交叉设置，第三外支撑杆与第四外支撑杆十字交叉设置。
而且，所述的内支撑杆包括第一内支撑杆、第二内支撑杆、第三内支撑杆和第四内支撑杆，第一内支撑杆与第二内支撑杆十字交叉设置，第三内支撑杆与第四内支撑杆十字交叉设置，在第一内支撑杆的底部和第三内支撑杆的底部之间和第二内支撑杆的底部和第四内支撑杆的底部之间分别设置第一内支撑连接杆和第二内支撑连接杆。
而且，所述的磁感管道(包括左磁感管道和右磁感管道)的外侧设置上圆盘和下圆盘，在上圆盘与下圆盘之间缠绕闭合导线。
而且，所述的磁感管道的下圆盘的下方同轴均匀设置出水孔，出水孔的数量为11个。
而且，所述的磁感管道内设置磁性活塞，磁性活塞的直径略小于磁感管道的内径，磁性活塞可沿磁感管道上下滑动，磁性活塞的上部设置磁铁。
在摇摆分流器和摇摆活塞发电机之间设置两根连接管，连接管上端连接摇摆分流器分流管道的两个出水口，下端连接摇摆活塞发电机的两个磁感管道。
实施例1-本装置的使用方法
使用时，通过分流管道的上端注入水或气体等流体，流体一部分进入分流管道，一部分进入前管道，进入前管道的流体分别沿左斜管-左竖管和右斜管-右竖管的两条管道流出，分别落入左水杯和右水杯，由于杠杆作用和水杯内水量的不平衡，会使左水杯和右水杯在高位与低位之间上下运动，运动原理如下所述：位于低位的水杯的孔盖被支撑架的底部顶起，露出水杯的出水孔，位于该水杯内的水从出水孔内流出，而位于高位的水杯内孔盖是盖在出水孔上的，该水杯的水没有流出，这样会造成位于低位的水杯内水量减少，位于高位的水杯的重量会重于位于低位的水杯，从而位于高位的水杯下落带动杠杆另一端的低位水杯上升，形成新的高位水杯和低位水杯，而进入下一次循环，在水杯的上下运动同时，杠杆会通过中连接钉带动分流管道内的挡板向左或向右摆动，挡板靠在分流管道的管壁上时，会使水流流向另一边，从而达到将流体分流的目的，周期性下落的水流通过连接管流入摇摆活塞发电机的左磁感管道和右磁感管道中，流体向下冲击磁感管道的磁性活塞，磁性活塞推动连杆向下运动，由于摇摆杆的设置，向下运动的磁性活塞及连杆，会推动另一侧的磁性活塞及连杆向上运动，进而到达高位继续接收流体的冲击，重复前一个过程，磁性活塞在磁感管道内向上和向下运动时均会切割闭合导线，磁性活塞上的磁铁的运动切割了磁感线，使闭合导线内产生电流，从而完成通过低速流体进行发电的整个过程。
实施例2-机械能转化为电能的转换效率
已知单个感应线圈匝数1000，电阻48Ω。经测试，在流量0.833kg/s，流速0.088m/s，入流管道直径11cm的来流条件下，可知水流的功率P为，将一个线圈串联在3kΩ电压表上，产生电压峰值1.8V；可计算得到电源功率为，则转换效率＝33％。
实施例3-总进水流量、进入前管道的水流量占总进水流量的比例和工作周期之间的关系
对于摇摆周期分流器，进水口流量为q，进入前管道的水流量占总进水流量的比例为α。已知挡板质量，挡片倾角θ，挡片长度L，孔盖质量，分流管道内部截面积A，水杯盛满水的容量为V，
周期T为其中q’为一水桶中的流量，代入周期T的公式得
以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (1)
1.一种摇摆式低速流体发电机，其特征在于：由摇摆分流器和摇摆活塞发电机两部分组成；
其中，摇摆分流器包括分流管道、右斜管、左斜管、右竖管、左竖管、挡板、前管道、杠杆、右柱、左柱、右连接钉、中连接钉、左连接钉、右水杯、左水杯、右孔盖、左孔盖、右底盘、左底盘、连接棍、支撑架、水管孔和连接件，支撑架上方设置分流管道，分流管道的前端为前管道，前管道的下端对称设置左斜管和右斜管，左斜管下端设置左竖管，右斜管下端设置右竖管，在前管道的前方设置杠杆，杠杆通过中连接钉与分流管道内部的挡板相连，在挡板的下端设置竖隔板将分流管道分为两条出水管道，杠杆的左端通过左连接钉与左柱相连，杠杆的右端通过右连接钉与右柱相连，在左柱和右柱下端分别设置左水杯和右水杯，左水杯和右水杯的下端中心设有出水孔，在出水孔上方设置左孔盖和右孔盖；
其中，摇摆活塞发电机包括上板、四根外支撑杆、四根内支撑杆、两根横杆、左磁感管道、右磁感管道和摇摆杆；在外支撑杆的上端设置上板，外支撑杆的下端设置第一底杆和第二底杆，在两个外支撑杆的交叉连接点处分别平行设置第一横杆和第二横杆，在外支撑杆的内侧第一横杆和第二横杆下方设置四根内支撑杆，在两个内支撑杆的交叉连接点之间设置摇摆支撑杆，在摇摆支撑杆的中点处设置摇摆杆，在第一横杆和第二横杆之间位于两侧的位置分别设置左磁感管道和右磁感管道，左磁感管道和右磁感管道分别通过连杆与摇摆杆的两端相连；
在摇摆分流器和摇摆活塞发电机之间设置两根连接管，连接管上端连接摇摆分流器分流管道的两个出水口，下端连接摇摆活塞发电机的两个磁感管道；
所述的左水杯位于左竖管的垂直下方，所述的右水杯位于右竖管的垂直下方，使得水流完全落入水杯中；左水杯上端中空，左水杯通过平行设置于左水杯内壁的连接棍与左柱的下端相连，右水杯上端中空，右水杯通过平行设置于右水杯内壁的连接棍与右柱的下端相连；左水杯内，左孔盖的下方设置左底盘，右水杯内，右孔盖的下方设置右底盘；
所述的左孔盖和右孔盖均由圆形盖和与圆形盖中心相连的竖杆组成，圆形盖的面积大于左水杯和右水杯的出水孔的面积，且小于左水杯和右水杯的面积，竖杆的长度大于左底盘和右底盘的厚度；
所述的支撑架的底部的中间位置设置水管孔，水管孔位于分流管道的两条出水管道的垂直下方，支撑架的两侧设置连接件；
所述的上板的中央设置有圆孔；
所述的外支撑杆包括第一外支撑杆、第二外支撑杆、第三外支撑杆和第四外支撑杆，第一外支撑杆与第二外支撑杆十字交叉设置，第三外支撑杆与第四外支撑杆十字交叉设置；
所述的内支撑杆包括第一内支撑杆、第二内支撑杆、第三内支撑杆和第四内支撑杆，第一内支撑杆与第二内支撑杆十字交叉设置，第三内支撑杆与第四内支撑杆十字交叉设置，在第一内支撑杆的底部和第三内支撑杆的底部之间和第二内支撑杆的底部和第四内支撑杆的底部之间分别设置第一内支撑连接杆和第二内支撑连接杆；
所述的磁感管道的外侧设置上圆盘和下圆盘，在上圆盘与下圆盘之间缠绕闭合导线；磁感管道的下圆盘的下方同轴均匀设置出水孔，出水孔的数量为10-15个；磁感管道内设置磁性活塞，磁性活塞的直径小于磁感管道的内径，磁性活塞可沿磁感管道上下滑动，磁性活塞的上部设置磁铁。
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