CN106762425A - 一种无叶片双子涡流震荡式折叠海上风机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无叶片双子涡流震荡式折叠海上风机，所述风机包括海上浮台、锚链；所述海上浮台通过螺栓连接有可折叠立柱，所述立柱顶端连接有两侧带可折叠连杆的主连接体，每个所述连杆端部连接到摆动机构中的摆杆，所述摆杆的两侧连接有作用力臂，其底部通过摆动基座与保护外壳铰接，所述摆杆左右对称设置有发电机构，所述摆杆的顶部连接有伸出保护外壳的可折叠桅杆；该风机通过有效的伸缩折叠缩小整个装置的体积,方便运输,避免各个部件之间的拆装减少海底安装成本。

Description

一种无叶片双子涡流震荡式折叠海上风机
技术领域
本发明涉及海上风能技术领域，尤其涉及一种无叶片双子涡流震荡式折叠海上风机
背景技术
在调整能源结构需求迫切的当下，风电作为一种可再生清洁能源，无疑将扮演越来越重要的角色。日前，在上海国际海上风电产业链大会上，中国水利水电规划设计总院副总工程师易跃春表示，中国具备开发建设海上风电的良好条件，随着国家对海上风电的规划逐步实施，海上风电项目正在有序开展。丰富的海上风电资源是我国发展海上风电的基础。根据最新的海上风能资源普查成果，中国5～25米水深的海上风电开发潜力约2亿千瓦，50米高度海上风电开发潜力约为2亿千瓦，70米高度海上风电开发潜力约为5亿千瓦。
在有叶片风力发电机发展迅猛的同时。其发电效率低、安装和维护成本高等缺点也日益凸显。无叶片概念应运而生，这一概念恰恰是利用风机等大型建筑在风力作用下产生共振的机械能。西班牙公司Vortex Bladeless提出这一概念并于2010年制造了第一个无叶片风能发电机，这一风力发电机在理想情况下(风速每小时26英里)可捕捉到40％的风能。
公开日为2015年12月9日、公开号为2015105315676.6、发明名称为“仿尾鳍摇摆激振流体动能转化装置”的专利申请提出摆式与压电发电结合的概念，运用在波浪能领域有一定优势，但其结构相对复杂，在风能利用领域实用性不强。
压电发电运用压电效应，指某个材料受到机械应力时，产生的电荷与材料体产生的应变成比例。相反，当对材料施以电场——在材料的两表面存在一定电势差时，材料就会发生机械变形。智能材料之一压电材料的压电式采集装置具有结构简单、稳定性好、使用寿命长、功率密度高，并且更易与微型化装置兼容，得到了人们的广泛研究，欧美国家及日本在压电能量采集技术、整流电路、压电材料等方面的研究矫治国内有较大进步。
公开日为2015年12月9日、公开号为2015105315676.6、发明名称为“仿尾鳍摇摆激振流体动能转化装置”的专利申请提出摆式与压电发电结合的概念，运用在波浪能领域有一定优势，但其结构相对复杂，在风能利用领域实用性不强。
压电发电运用压电效应，指某个材料受到机械应力时，产生的电荷与材料体产生的应变成比例。相反，当对材料施以电场——在材料的两表面存在一定电势差时，材料就会发生机械变形。智能材料之一压电材料的压电式采集装置具有结构简单、稳定性好、使用寿命长、功率密度高，并且更易与微型化装置兼容，得到了人们的广泛研究，欧美国家及日本在压电能量采集技术、整流电路、压电材料等方面的研究矫治国内有较大进步。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种无叶片双子涡流震荡式折叠海上风机,它针对背景技术中存在的问题,采用无叶片震荡摆式折叠结构的海上风机,提高发电效率,减少运输与海底安装需要的大量人力和物力的成本,通过有效的伸缩折叠缩小整个装置的体积,方便运输,避免各个部件之间的拆装减少海底安装成本。
为了解决现有技术中存在技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种无叶片双子涡流震荡式折叠海上风机，所述风机包括海上浮台、锚链；所述海上浮台通过螺栓连接有可折叠立柱，所述立柱顶端连接有两侧带可折叠连杆的主连接体，每个所述连杆端部连接到摆动机构中的摆杆，所述摆杆的两侧连接有作用力臂，其底部通过摆动基座与保护外壳铰接，所述摆杆左右对称设置有发电机构，所述摆杆的顶部连接有伸出保护外壳的可折叠桅杆。
所述发电机构包括带整流电路的整流柱、多个压电片、多个基体和充电电池，所述充电电池底部连接所述保护外壳，其上连接整流柱；每个基体相隔一定距离垂直固结在整流柱上且自身形成垂直弯角、成L型排布；所述压电片采用悬臂式附在基体表面。
所述桅杆为圆台型，采用中空结构，上宽下窄，中间为圆形空孔。
每个所述基体包括竖直基体和水平基体，所述水平基体长度根据作用力臂摆至初始作用位置设计，使一侧整流柱上水平基体左端在同一条直线上且作用力臂摆动时与整流柱一侧所有水平基体最左端连线贴合。
每个所述压电片包括竖直压电片和水平压电片，所述竖直压电片和水平压电片分别附在所述竖直基体和水平基体表面上，形成悬臂结构。
本发明有益效果：
第一，本发明采用上部无叶片桅杆风能收集结构，利用本该避免的建筑在风中的摆动，收集摆动产生的风能进行发电，节约能源。
第二，本发明中采用四节桅杆与摆动机构与发电机构连接，实现桅杆的机械能→摆杆的机械能→作用力臂的机械能→压电片的动能→电能这一能量转化过程。
第三，本发明主要部件均采用伸缩折叠式结构,通过有效的伸缩折叠,缩小了整个装置的体积,方便运输,避免各个部件之间的拆装,减少了海底安装成本至原来的以上,延长风机寿命。
附图说明
图1是本发明一种无叶片双子涡流震荡式折叠海上风机结构和工作状态图。
图2是本发明一种无叶片双子涡流震荡式折叠海上风机中摆动机构与发电机构的工作状态图。
图中：桅杆(1)、一节桅杆(1-1)、二节桅杆(1-2)、三节桅杆(1-3)、四节桅杆(1-4)，锁紧机构(2)，摆动机构(3)、摆杆(3-1)、作用力臂(3-2)、铰链(3-3)、摆动基座(3-4)，保护外壳(4)，发电机构(5)、基体(5-1)、竖直基体(5-1a)、水平基体(5-1b)、整流电路(5-2)、压电片(5-3)、竖直压电片(5-3a)、水平压电片(5-3b)、整流柱(5-4)、充电电池(5-5)，主连接体(6)，连杆(7)，立柱(8)、一节立柱(8-1)、二节立柱(8-2)、三节立柱(8-3)，地脚螺栓(9)，浮台(10)，链环(11)，锚链(12)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做出详细地说明：
如图1，图2所示，本发明提供一种无叶片双子涡流震荡式折叠海上风机，所述风机包括海上浮台10、锚链12；所述海上浮台10通过链环11与锚链12连接；所述海上浮台10通过地脚螺栓9连接有可折叠立柱8，所述立柱8顶端连接有两侧带可折叠连杆7的主连接体6，每个所述连杆7端部连接到摆动机构3中的摆杆(3-1)，所述摆杆(3-1)的两侧连接有作用力臂(3-2)，其底部通过摆动基座(3-4)与保护外壳连接，所述摆动基座(3-4)通过铰链(3-3)与保护壳体(4)连接；所述摆杆(3-1)左右对称设置有发电机构5，所述摆杆(3-1)的顶部连接有伸出保护外壳4的可折叠桅杆1。
所述发电机构5包括带整流电路(5-2)的整流柱(5-4)、多个压电片(5-3)、多个基体(5-1)和充电电池(5-5)，所述充电电池(5-5)底部连接到所述保护外壳4，其上连接整流柱(5-4)；每个基体(5-1)相隔一定距离垂直固结在整流柱(5-4)上且自身形成垂直弯角、成L型排布；每个所述基体(5-1)包括竖直基体(5-1a)和水平基体(5-1b)，所述水平基体(5-1b)长度根据作用力臂摆至初始作用位置设计，使一侧整流柱上水平基体左端在同一条直线上且作用力臂摆动时与整流柱(5-4)一侧所有水平基体(5-1b)最左端连线贴合；所述压电片(5-3)采用悬臂式附在基体表面。每个所述压电片(5-3)包括竖直压电片(5-3a)和水平压电片(5-3b)，所述竖直压电片(5-3a)和水平压电片(5-3b)分别附在所述竖直基体(5-1a)和水平基体(5-1a)表面上，形成悬臂结构。所述桅杆1为圆台型，采用中空结构，上宽下窄，中间为圆形空孔。两根所述桅杆通过连接杆组成双子结构，利用卡门涡街产生的效应产生尽可能大的振动，双子结构亦可引起共振。
再从图1，图2中看出，左右对称的可折叠桅杆1各自通过锁紧机构2与摆杆(3-1)连接，风能使桅杆1运动；整流柱(5-4)竖直布置，与摆杆(3-1)原始位置平行，整流柱(5-4)中布置整流电路(5-2)，其一端与压电片(5-3)相连、另一端与整流柱(5-4)底端充电电池(5-5)相连；多个基体(5-1)沿整流柱(5-4)靠近作用力臂(3-2)一侧垂向布置，自身存在一个90度弯角，所述基体(5-1)包括竖直基体(5-1a)和水平基体(5-1b)，水平基体(5-1b)长度根据作用力臂(3-2)摆至极限位置设计，即水平基体(5-1b)长度根据作用力臂(3-2)摆至初始作用位置设计，使一侧整流柱(5-4)上水平基体(5-1b)最左端在同一条直线上且作用力臂(3-2)摆动时与整流柱(5-4)一侧所有水平基体(5-1b)最左端连线贴合。多个压电片(5-3)附着在基体(5-1)表面,亦分为竖直压电片(5-3a)和水平压电片(5-3b)，形成悬臂式结构。固定机构为一根可折叠立柱8与海洋浮台10，可折叠立柱8一端与主连接体6相连，一端通过地脚螺栓9与浮台10固定，浮台10通过两个锚链12与海底固定。
该海上风机在运送前,先将桅杆1、连杆7、立柱8收缩到最短,然后包装运输。运输完成后,进行海洋浮台10搭建，将固定结构和摆动发电结构安装。最后把桅杆1、连杆7、立柱8向外拉伸。上述的方案利用叶片双子涡流震荡式折叠海上风机，利用无叶片的设计介绍叶片制作与安装的成本、提高能量转化效率；由于主要部件均采用伸缩折叠式结构,减少了施工步骤，提高了施工的安装质量。发明实际工作原理：
这种风机包括摆动、发电机构。摆动发电机构由两根相同的可伸缩折叠的桅杆、连接两桅杆的横向可折叠连杆及主连接体组成，连杆分别与竖向桅杆端部垂直连接，左右连杆通过主连接体连接。桅杆采用圆台型中空结构，保证利用卡门涡街效应并最大程度使桅杆摆动。摆机构包括一根摆杆、一套作用力臂、一个摆动基座，摆杆竖直布置，与第四节桅杆通过锁紧机构连接，摆杆与摆件基座通过铰链连接，摆杆两边各连接一根作用力臂；发电机构包括整流柱、多个压电片与基体、充电电池、发电基座各一套；整流柱竖直布置与摆杆原始位置平行，整流柱中布置整流电路，与整流柱底端充电电池相连；多个基体沿整流柱靠近作用力臂一侧相隔一定距离均匀垂向布置,自身存在一个90度弯角，每个基体成L型，包括竖直基体和水平基体，水平基体长度根据作用力臂摆至初始作用位置设计，使一侧整流柱上水平基体最左端在同一条直线上且作用力臂摆动时与整流柱一侧所有水平基体最左端连线贴合，多个压电片的附着在基体表面,亦分为竖直压电片和水平压电片，形成悬臂式结构。固定机构为一根可折叠立柱与海洋浮台，可折叠立柱一端与主连接体相连，一端通过地脚螺栓与浮台固定，浮台通过两个锚链与海底固定。所述可折叠桅杆、连杆、立柱采用锁紧机构、具有2-4节的折叠结构。
所述桅杆采用锁紧机构锁紧，具有4节的折叠式结构；松开锁紧机构，把一节桅杆推入二节桅杆中、二节桅杆推入三节桅杆中、三节桅杆推入四节桅杆中。
所述连杆采用锁紧机构锁紧，具有2节的折叠式结构；松开锁紧机构，把一节连杆推入二节连杆中。
所述立柱采用锁紧机构锁紧，具有3节的折叠式结构；松开锁紧机构，把一节立柱推入二节立柱中、二节立柱推入三节立柱中。
上述实例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、材料、连接方式都是可以有所变化的，凡是在本发明技术基础上进行的等同变换和改进，均不应该排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种无叶片双子涡流震荡式折叠海上风机，所述风机包括海上浮台、锚链；其特征在于：所述海上浮台通过螺栓连接有可折叠立柱，所述立柱顶端连接有两侧带可折叠连杆的主连接体，每个所述连杆端部连接到摆动机构中的摆杆，所述摆杆的两侧连接有作用力臂，其底部通过摆动基座与保护外壳铰接，所述摆杆左右对称设置有发电机构，所述摆杆的顶部连接有伸出保护外壳的可折叠桅杆。
2.根据权利要求1所述的一种无叶片双子涡流震荡式折叠海上风机，其特征在于：所述发电机构包括带整流电路的整流柱、多个压电片、多个基体和充电电池，所述充电电池底部连接所述保护外壳，其上连接整流柱；每个基体相隔一定距离垂直固结在整流柱上且自身形成垂直弯角、成L型排布；所述压电片采用悬臂式附在基体表面。
3.根据权利要求1所述的一种无叶片双子涡流震荡式折叠海上风机，其特征在于：所述桅杆为圆台型，采用中空结构，上宽下窄，中间为圆形空孔。
4.根据权利要求2所述的一种无叶片双子涡流震荡式折叠海上风机，其特征在于：每个所述基体包括竖直基体和水平基体，所述水平基体长度根据作用力臂摆至初始作用位置设计，使一侧整流柱上水平基体左端在同一条直线上且作用力臂摆动时与整流柱一侧所有水平基体最左端连线贴合。
5.根据权利要求2所述的一种无叶片双子涡流震荡式折叠海上风机，其特征在于：每个所述压电片包括竖直压电片和水平压电片，所述竖直压电片和水平压电片分别附在所述竖直基体和水平基体表面上，形成悬臂结构。
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