CN109120182B - 一种基于振荡水柱式压电悬臂梁发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于振荡水柱式压电悬臂梁发电装置，属于新能源技术领域。本发明包括：压电发电箱1、浮筒2和波浪能收集装置3，其特征在于，所述的浮筒2为高0.8米，半径为0.5米的无下底面空心圆筒；浮筒2的上底面开圆孔用于放置波浪能收集装置3，圆孔周围钻有螺栓孔，螺栓孔呈圆周阵列结构排列，所述的螺栓孔用于固定压电发电箱1。本发明由于整体结构尺寸较小，并利用浮筒的漂浮特性，无需限制其工作位置，可为海洋上任一位置的小型设备供电，省去了锚块和泊线的组合。悬臂梁呈圆周阵列式结构排列，此排列结构可使多个悬臂梁发生接替振动，从而提高发电效率。该装置结构简单、成本较低、易于制造、有较高的维修性。
Description
技术领域
本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种基于振荡水柱式压电悬臂梁发电装置。
背景技术
随着工业的不断发展，各行业对于传统能源的利用有增无减，传统能源正在消耗殆尽，生态环境破坏的问题也是愈演愈烈，全球范围内正在提倡节能减排，开发利用新能源成为当今人类最为关注的课题之一。近年来国内外对于海洋波浪能的收集利用有所研究，目前，海洋波浪发电主要的技术包括点吸收式技术、振荡水柱技术、漫顶式技术、水中压差技术等。但只有少量波浪能产品能达到实用化的水平，对于这一问题还有待研发。随着对压电技术和压电材料的研究深入，很多学者将压电技术与波浪能相结合，由于压电材料能实现其他形式的能量与电能的直接转化，相较于传统的电磁发电原理有明显的优势，并取得了可观的成果，如何利用压电技术简单、经济地实现波浪能到电能的转换成为了首要任务。
发明内容
为了在已有技术的基础上将海上波浪能得以更充分的利用，本发明提供了一种基于振荡水柱式压电悬臂梁发电装置，以解决目前对波浪能转化效率低、压电波浪能发电结构复杂以及成本高等问题。在保障安全性和稳定性的前提下，通过压电技术，实现对波浪能的转化。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于振荡水柱式压电悬臂梁发电装置，包括：压电发电箱1、浮筒2和波浪能收集装置3，其特征在于，所述的浮筒2为高0.8米，半径为0.5米的无下底面空心圆筒；浮筒2的上底面开圆孔用于放置波浪能收集装置3，圆孔周围钻有螺栓孔，螺栓孔呈圆周阵列结构排列，所述的螺栓孔用于固定压电发电箱1。
所述的压电发电箱1由复合压电材料1-1、拨片1-2、压电悬臂梁1-3和箱体1-4组成；所述箱体1-4为空心圆柱体，下端与浮筒2通过螺栓固定，上下由圆孔贯通；所述的压电悬臂梁1-3焊接在箱体1-4的内壁上；所述的复合压电材料1-1为长方形薄片，粘贴在悬臂梁1-3上；所述的波浪能收集装置3由风扇3-1、轴承3-2、轴3-3和轴承支架组成；所述的轴承支架焊接在箱体1-4的内壁上，并将轴承3-2固定在箱体1-4的中心位置；所述的轴3-3 的中段与轴承3-2配合，轴3-3的上端与拨片1-2连接，轴3-3的下端与风扇3-1连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、由于整体结构尺寸较小，并利用浮筒的漂浮特性，无需限制其工作位置，可为海洋上任一位置的小型设备供电，省去了锚块和泊线的组合。
2、悬臂梁呈圆周阵列式结构排列，此排列结构可使多个悬臂梁发生接替振动，从而提高发电效率。
3、该装置结构简单、成本较低、易于制造、有较高的维修性。
附图说明
图1为本发明一种基于振荡水柱式压电悬臂梁发电装置的整体结构立体图；
图2为本发明一种基于振荡水柱式压电悬臂梁发电装置压电发电箱结构图；
图3为本发明一种基于振荡水柱式压电悬臂梁发电装置波浪能采集组件结构图；
图4为本发明一种基于振荡水柱式压电悬臂梁发电装置浮筒与海面位置结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作出详细说明：
具体实施例一：
一种基于振荡水柱式压电悬臂梁发电装置，其特征在于该装置由浮筒2、波浪能收集组件3、压电发电箱组成1。所述浮筒2高为高0.8米，半径为0.5米的无下底面空心圆筒，上底面开圆孔用于放置波浪能收集装置3并使气室贯通，圆孔周围钻有四个螺栓孔，呈圆周阵列结构排列用于和上方的压电箱1固定。
所述压电箱1由箱体1-4、压电发电组件以及螺栓组成，所述箱体1-4为空心圆柱体，下端与浮筒2通过螺栓固定，上下有圆孔贯通，用于放置波浪能收集组件及压电发电组件。
所述压电组件包括压电悬臂梁1-3、拨片1-2、复合压电材料1-1。所述压电悬臂梁1-3 由不锈钢片、复合压电材料组成，悬臂梁1-3焊接在压电箱1的内壁，呈圆周阵列式结构排列，此排列结构可使多个悬臂梁接替发生振动，从而提高发电效率。
所述复合压电材料1-1为小长方形薄片，粘贴在悬臂梁1-3的末端位置。拨片1-2转动可与之接触并产生振动。
所述拨片1-2为长方形的薄片，置于与悬臂梁1-3水平位置，与轴3-3的末端采用花键连接。
所述波浪能收集组件由风扇3-1、轴3-3、深沟球轴承3-2及轴承支架组成。所述轴承支架焊接在压电箱下端圆孔内并将轴承3-2固定在圆孔中心位置，轴3-3的下端连接风扇3-1，上端与压电发电组件中的拨片1-2相连接。实现风扇3-1对拨片1-2的传动。
所述浮筒2的材料采用铝合金，密度较小且耐蚀性相对较好。采用内外表面涂漆的方法防腐蚀、抗氧化以及水生物的侵蚀。所述压电发电箱的箱体采用6061铝铸造，其优势在于其质量相对较小且有较好的焊接性，防止悬臂梁长时间振动发生脱落。所述复合压电材料为压电陶瓷和聚偏氟乙烯活环氧树脂的两相复合材料，具有良好的柔韧性且易于加工，便于与不锈钢薄片的悬臂梁粘贴。
本发明提供了一种结构简单、易于加工、发电效率高、输出稳定、安全性好且低成本的一种基于振荡水柱式压电悬臂梁发电装置，通过压电技术，将能够最大程度的实现海上的波浪能到电能的转化，可作为海上无线电装置的可靠电源持续不断为其供电。
如图1和图3所示，一种基于振荡水柱式压电悬臂梁发电装置，其特征在于：装置由压电发电箱1、浮筒2、波浪能收集组件3三部分组成，所述浮筒高为高0.8米，半径为0.5米的无下底面空心圆筒，上底面开圆孔用于放置波浪能收集装置3并使气室贯通，圆孔周围钻有四个螺栓孔，呈圆周阵列结构排列用于和上方的压电发电箱1固定。
所述压电发电箱1由所述压电箱由箱体1-4、压电发电组件1-1～1-3以及螺栓组成，所述箱体为空心圆柱体，下端与浮筒2通过螺栓固定，上下有圆孔贯通，用于放置波浪能收集组件3及压电发电组件1-1、1-2、1-3。
所述压电发电组件包括压电悬臂梁1-3、复合压电材料1-1、拨片1-2。所述压电悬臂梁由不锈钢片、复合压电材料组成，压电悬臂梁1-3焊接在压电箱的内壁，呈圆周阵列式结构排列。所述复合压电材料1-1为小长方形薄片，粘贴在悬臂梁1-3的末端位置。拨片1-2转动可与之接触并产生振动。所述拨片1-2为长方形的薄片，置于与悬臂梁1-3水平位置，与轴3-3的末端采用花键连接。
所述波浪能收集组件3由风扇3-1、轴3-3、深沟球轴承3-2及轴承支架组成。所述轴承支架焊接在压电箱箱体1-4下端圆孔内壁并将轴承固定在圆孔中心位置，轴3-3的下端连接风扇3-1，上端与压电发电组件中的拨片1-2相连接。实现风3-1扇对拨片1-2的传动。
具体的工作过程及原理：
本发明的装置中，浮筒2漂浮在海面上，通过螺栓与压电发电箱的箱体1-4连接，箱体 1-4内置有压电发电组件1-1、1-2、1-3。悬臂梁1-3通过焊接的方式与箱体1-4连接，拨片1-2处于悬臂梁中心位置，通过轴3-3和轴承3-2与下端风扇3-1形成联动。其中浮筒2为空心圆筒，由于浮筒自身特性，与海面位置关系如图4所示，形成连续不断的振荡水柱，从而在浮筒2上端产生气室，使得风扇3-1发生持续旋转，通过轴3-3和轴承3-2将运动传递给拨片1-2，拨片发生旋转，与周围带有复合压电材料1-1的悬臂梁1-3接替接触使得压电发电箱1内的压电悬臂梁1-3发生共振，在其弯曲变形的作用下产生周期性的应力，因压电效应在复合压电材料1-1的表面产生电荷，经过导线将产生的电荷导入储能元件或用电器，达到合理利用振荡水柱的效果，实现波浪能与电能的有效转换。
具体实施例二：
本发明一种基于振荡水柱式波浪能压电发电装置，属于新能源技术领域，涉及一种振荡水柱式压电发电装置，用于将海上天然的波浪能转化为电能的装置。所述装置主要由三部分构成，分别是压电发电箱、浮筒、波浪能收集装置。圆筒形浮体上端设置通风孔，扇叶至于浮体内通过轴和轴承与拨片相连接，轴心周围设置多个附有压电材料的悬臂梁。该装置通过振荡水柱的方式收集海上的波浪能，带动风扇的转动从而使拨片旋转，造成周围压电悬臂梁的振动，产生持续电能。该装置具有结构简单、发电效率高等的特点，不需要控制系统结构简单，使用方便，实用性强可充分利用海上的波浪能。可用于无线电装置等低功耗负载提供电能。
一种基于振荡水柱式压电悬臂梁发电装置，其特征在于该装置由浮筒2、波浪能收集组件3、压电发电箱1组成。所述压电发电箱1由箱体1-4、压电发电组件及螺栓组成。所述压电组件包括压电悬臂梁1-3、复合压电材料1-1、拨片1-2。所述压电悬臂梁1-3由不锈钢片、复合压电材料组成，呈圆周阵列式结构排列。
浮筒2是一个无底面空心圆筒，上方中心开有圆形孔，用于放置波浪能收集装置3。浮筒2材料为铝合金，内外表面涂漆防锈。
所述波浪能收集组件3由风扇3-1、轴3-3、深沟球轴承3-2及轴承支架组成。轴承支架和压电发电箱箱体1-4下端圆孔内壁采用焊接的方式相连接。
所述拨片1-2为长方形薄片，置于与悬臂梁1-3中心的水平位置，与轴3-3的末端采用花键链接。
所述复合压电材料1-1为长方形薄片，粘贴在不锈钢片的末端表面。
所述压电发电箱的箱体1-4由铝合金材料铸造，与浮筒2通过螺栓连接。
所述复合压电材料1-1由压电陶瓷和聚偏氟活环氧树脂组成。
Claims (1)
1.一种基于振荡水柱式压电悬臂梁发电装置，包括：压电发电箱(1)、浮筒(2)和波浪能收集装置(3)，其特征在于，所述的浮筒(2)为高0.8米，半径为0.5米的无下底面空心圆筒；浮筒(2)的上底面开圆孔用于放置波浪能收集装置(3)，圆孔周围钻有螺栓孔，螺栓孔呈圆周阵列结构排列，所述的螺栓孔用于固定压电发电箱(1)；
所述的压电发电箱(1)由复合压电材料(1-1)、拨片(1-2)、压电悬臂梁(1-3)和箱体(1-4)组成；所述箱体(1-4)为空心圆柱体，下端与浮筒(2)通过螺栓固定，上下由圆孔贯通；所述的压电悬臂梁(1-3)焊接在箱体(1-4)的内壁上，压电悬臂梁(1-3)呈圆周阵列式结构排列；所述的复合压电材料(1-1)为长方形薄片，粘贴在悬臂梁(1-3)的末端位置上，拨片(1-2)转动可与之接触并产生振动，使多个悬臂梁接替发生振动；所述的波浪能收集装置(3)由风扇(3-1)、轴承(3-2)、轴(3-3)和轴承支架组成；所述的轴承支架焊接在箱体(1-4)的内壁上，并将轴承(3-2)固定在箱体(1-4)的中心位置；所述的轴(3-3)的中段与轴承(3-2)配合，轴(3-3)的上端与拨片(1-2)连接，轴(3-3)的下端与风扇(3-1)连接；浮筒(2)上端产生气室使得风扇(3-1)发生持续旋转；
浮筒(2)的材料采用铝合金，压电发电箱的箱体(1-4)采用6061铝铸造；所述复合压电材料为压电陶瓷和聚偏氟乙烯活环氧树脂的两相复合材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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