CN109113936B - 一种隧道活塞风发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道活塞风发电装置，属于风力发电机械装置制造技术领域。它能够实现对隧道风能进行采集并利用以及发电供能的功能。长方形装置主体的纵向两侧为六面封闭结构，其中间部分为上、下两面水平夹板和前后两面贯通结构，内部的纵轴式风轮轴通过大滚动轴承与风轮支撑板固定，纵轴式风轮通过轴承通过滚动轴承固定在风轮支撑上，在两块端板内侧分别安装三块压电片，通过与风轮同轴的凸轮和压电片上固定的轴承接触而产生变形并发电，发电机通过联轴器与风轮直接相连。主要用于隧道发电。

Description

一种隧道活塞风发电装置
技术领域
本发明属于风力发电机械技术领域。
背景技术
随着地铁工程投入和运营规模的日益扩大，地铁隧道的安全养护工作愈渐受重视。在此背景下，基于无线传感器网络技术的隧道健康监测系统得到了很好的发展。无线传感器节点的能量供应单元通常采用干电池，但由于列车运行时间长，频率高，进入隧道的时间和人员限制严格，传感器布置后，电池难于更换，且无法像外部结构一样用太阳能供电，当电量消耗殆尽，节点就失去作用，极大地限制了无线传感器网络的发展。本产品基于风轮转动和压电效应，对地铁隧道风能进行合理再利用。通过风轮转动，利用同轴凸轮带动压电片的振动，加大压电片在合理范围内的形变量和振动频率，提高风能的利用率，引发压电效应，实现从风能到机械能再到可利用性的电能的转换，从而达到为向无线传感器节点供电的目的。据检索，目前已有相关地铁风力发电的技术出现，例如中国专利申请号201521016746.8公开的“一种地铁隧道风力发电装置”，该专利所述的地铁隧道风力发电装置仅仅收集的是地铁通风口处的风能，对于地铁运行中产生的大量风能没有加以利用。再如中国专利申请201520610494.5公开的“用于地铁隧道的风力发电系统”，该专利所述的地铁风力发电装置使用风叶作为能量收集装置，占用的空间较大，不适合在地铁隧道中使用。以上两个专利所述的地铁隧道风力发电装置不宜用于在隧道内壁收集风能。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道风力发电装置，它能够解决双向多风速、提高隧道活塞风利用的技术问题。
本发明达到其目的所采用的技术方案是，
一种隧道活塞风发电装置，包括长方形装置主体、纵轴式风轮和发电机，长方形装置主体的纵向两侧为六面封闭结构，其中间部分为上、下两面水平夹板和前、后两面贯通结构，内部的纵轴式风轮轴通过大滚动轴承与风轮支撑板固定，左、右两块端板通过带口角钢连接，前、后的四块侧板通过角钢与上、下两面水平夹板和两端板固定，构成长方形装置主体的外部结构；纵轴式风轮的轴穿过风轮支撑板与凸轮固连，再通过联轴器与发电机轴连接，发电机通过电机底座固定在下方的夹板上表面；长方形装置主体两侧的六面封闭结构内设有一块水平和两块垂直的压电片，压电片的一端通过压电片固定角钢和压电片固定平板与端板内侧固定，与凸轮工作面相接触的滚动轴承通过滚动轴承座与压电片的另一端固定；压电片形变产生的电流和发电机产生的电流通过电阻、电容和芯片构成的整流滤波电路与电池连接；电路保护罩与夹板上表面固定。
所述压电片共有六块，它们通过压电片固定角钢固定在的端板内侧。
所述发电机共两个，它们通过电机底座固定在在下方的夹板上表面上，其轴通过联轴器和风轮轴两端相连。
所述凸轮共两个，它们分布在风轮轴的两端，和压电片上的滚动轴承接触。
所述带口角钢共四块，分别与上、下夹板和两侧的端板固定。
所述小直角钢共十二块，分别与前、后侧板、两侧的端板和上、下夹板固定。
发明的工作过程和工作原理：本装置使用时，固定在隧道沿线的内壁，列车经过时，隧道活塞风从装置风口通过，风轮转动，带动同轴的凸轮转动，凸轮和固定在压电片自由端的滚动轴承接触，压电片自由端的位移随着凸轮的轮廓的向径变化，及压电片往复的振动，压电片变形，引发正电效应从而在表面积累电荷，实现从风能到机械能再到电能的转换。风轮两端通过同轴器和发电机相连，当风轮转动时，发电机转动发电。以上电经过整流、滤波和调压为隧道内无线传感器节点供电。
与现有技术比较，本发明的有益效果是：
相比于传统化学电池供电的方式，本项目采用风力发电装置作为自供电装置供电源的主要部分，具备效率高，耗能小，结构简单，寿命长等诸多优点。通过风轮转动带动压电片振动，增大振动幅度和振动频率，提高能量转化效率；同时利用装置体积小的特点，增大功率密度，进一步提高了能量的利用率。
附图说明
图1是本发明的整体外观图
图2是本发明内部三维图
图3是本发明内部三维图
图4是本发明内部三维图
图5是本发明压电片的三维图
图6是本发明电器布置的三维图
图7是本发明的电路图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步的详细说明。
一种隧道活塞风发电装置，包括长方形装置主体、纵轴式风轮4和发电机13，长方形装置主体的纵向两侧为六面封闭结构，其中间部分为上、下两面水平夹板1和前后两面贯通结构，内部的纵轴式风轮4轴通过大滚动轴承11与风轮支撑板10固定，左、右两块端板2通过带口角钢17连接，前、后的四块侧板3通过角钢18与上、下两面水平夹板1和两端板2固定，构成长方形装置主体的外部结构；纵轴式风轮4的轴穿过风轮支撑板10与凸轮12固连，再通过联轴器7与发电机13轴连接，发电机13通过电机底座5固定在下方的夹板1上表面；长方形装置主体两侧的六面封闭结构内设有一块水平和两块垂直的压电片8，压电片8的一端通过压电片固定角钢6和压电片固定平板19与端板2内侧固定，与凸轮12工作面相接触的滚动轴承9通过滚动轴承座20与压电片8的另一端固定；压电片8 形变产生的电流和发电机13产生的电流通过电阻15、电容14和芯片21构成的整流滤波电路与电池22连接；电路保护罩16与夹板上表面固定。
所述压电片8共有六块，它们通过压电片固定角钢6固定在的端板内侧。
所述发电机13共两个，它们通过电机底座5固定在在下方的夹板1上表面上，其轴通过联轴器7和风轮轴两端相连。
所述凸轮12共两个，它们分布在风轮轴的两端，和压电片8上的滚动轴承9接触。
所述带口角钢17共四块，分别与上、下夹板1和两侧的端板2固定。
所述小直角钢18共十二块，分别与前、后侧板3、两侧的端板2和上、下夹板(1)固定。
本发明的工作过程和工作原理:本装置使用时，固定在隧道的内壁，列车经过时，隧道活塞风从装置风口通过，风轮转动，带动同轴的凸轮转动，凸轮和固定在压电片自由端的滚动轴承接触，压电片自由端的位移随着凸轮的轮廓的向径变化，及压电片往复的振动，压电片变形，引发正电效应从而在表面积累电荷，实现从风能到机械能再到电能的转换。风轮两端通过同轴器和发电机相连，当风轮转动时，发电机转动发电。以上电经过整流、滤波和调压为无线传感器节点供电。

Claims (1)

1.一种隧道活塞风发电装置，包括长方形装置主体、纵轴式风轮（4）和发电机（13），其特征在于：长方形装置主体的纵向两侧为六面封闭结构，其中间部分为上、下两面水平夹板（1）和前后两面贯通的结构，该结构内部设有纵轴式风轮（4），纵轴式风轮轴通过大滚动轴承（11）与风轮支撑板（10）固定，长方形装置主体的左、右两块端板（2）通过带口角钢（17）连接，前、后的四块侧板（3）通过小直角钢（18）与上、下两面水平夹板（1）和所述左、右两块端板（2）固定，构成长方形装置主体的外部结构；纵轴式风轮（4）的轴穿过风轮支撑板（10）与凸轮（12）固连，再通过联轴器(7)与发电机（13）轴连接，发电机（13）通过电机底座（5）固定在下面的水平夹板（1）上表面；长方形装置主体两侧的六面封闭结构内设有一块水平和两块垂直的压电片（8），压电片（8）的一端通过压电片固定角钢（6）和压电片固定平板（19）与端板（2）内侧固定，与凸轮（12）工作面相接触的滚动轴承（9）通过滚动轴承座（20）与压电片（8）的另一端固定；压电片（8）形变产生的电流和发电机（13）产生的电流通过电阻（15）、电容（14）和芯片（21）构成的整流滤波电路与电池（22）连接；所述芯片（21）与电池（22）设置在电路保护罩（16）内部，电路保护罩（16）与下面的水平夹板（1）上表面固定；本装置使用时，固定在隧道沿线的内壁；所述左、右两端的压电片（8）共有六块，它们通过压电片固定角钢（6）固定在的端板内侧；所述发电机（13）共两个，它们通过电机底座（5）固定在下面的水平夹板（1）表面上，其轴通过联轴器（7）和风轮轴两端相连；当风轮转动时，发电机转动发电并经过整流、滤波和调压为隧道内无线传感器节点供电；
所述凸轮（12）共两个，它们分布在风轮轴的两端，和压电片（8）上的滚动轴承（9）接触；
所述带口角钢（17）共四块，分别与上、下两面水平夹板（1）和两侧的端板（2）固定；
所述小直角钢（18）共十二块，分别与前、后侧板（3）、两侧的端板（2）和上、下两面水平夹板（1）固定。
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