CN110311534A - 一种垂直驱动分流型水平往复式液态金属磁流体发电机 - Google Patents
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Abstract
一种垂直驱动分流型水平往复液态金属磁流体发电机，其磁流体发电通道(2)水平居中布置，两个活塞式驱动储液缸(1‑a、1‑b)垂直布置于两个磁流体发电通道(2)的左右两侧，与磁流体发电通道(2)通过连接软管(3)连接，磁流体发电通道(2)穿过磁体(4)的磁孔，磁体(4)的磁场垂直作用于磁流体发电通道。磁流体发电通道及其配套磁体为一组或多组，如采用多组，各组通道及磁体之间平行布置，油缸下侧出液口及连接软管的数量与磁流体发电通道数量相等。油缸下侧的出液口通过连接软管分别与每组磁流体发电通道连接，由活塞驱动的发电工质从油缸下侧出液口分流，同时进入各组发电通道，实现了各磁流体发电机内流动工况同步。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁流体发电机，特别涉及一种液态金属磁流体发电机。
背景技术
液态金属磁流体(Liquid Metal Magnetohydrodynamics，LMMHD)发电机是采用交替外力，如波浪力，通过液压系统直接驱动发电工质，如液态金属，在发电通道内往复运动，切割磁力线，产生交变电能。
常见的液态金属磁流体发电机发电机均采用液压油作为驱动工质。为了避免驱动工质与发电工质混合，常见的办法是采用类似波纹管、橡胶囊或者活塞缸等可变体积的容器将两者分隔；由于波纹管、橡胶囊可变体积小并且存在疲劳性问题，寿命有限，目前，最新设计的磁流体液态金属磁流体发电机均采用活塞缸式结构，用活塞将驱动工质与发电工质物理隔离。常见的磁流体发电机中，中间为磁流体发电通道，两侧通过法兰直接安装活塞式驱动储液缸，两者在一条轴线上，同时水平或者同时垂直布置。发电机运行过程中，活塞式储液缸虽然满足了较大的可变体积，但由于活塞与活塞缸之间的缝隙存在渗透，这样就导致了发电工质与驱动工质的混合，影响发电效果。
其次，普通的发电机是通过提高线圈匝数来提高电压的，液态金属磁流体发电机发电工质相当于一根单股的线圈，这样就无法像常规发电机一样采用提高线圈匝数的办法来提高电压。对于磁流体发电机一般采用多个发电通道电流串联来提高输出电压。常见的结构形式是多个磁流体发电单元模块流体侧并联，电流串联的方式。一个发电单元一般由单个发电通道和两侧活塞式储液缸组成，造成结构相对复杂，重量加大。同时，还有各个活塞缸中活塞运行不同步问题，容易造成输出电压不稳定。
发明内容
为了克服目前液态金属磁流体发电机的缺点，本发明提出一种垂直驱动分流型水平往复式液态金属磁流体发电机。
本发明采用以下技术方案：
所述的垂直驱动分流型水平往复液态金属磁流体发电机包括两个活塞式驱动储液缸，一组或多组磁流体发电通道及其配套磁体。磁流体发电通道与配套磁体一一对应。
两个活塞式驱动储液缸垂直布置于磁流体发电通道的两侧，磁流体发电通道水平居中布置，活塞式驱动储液缸与磁流体发电通道通过连接软管连接，磁流体发电通道穿过磁体的磁孔，磁体的磁场垂直作用于磁流体发电通道。
活塞式驱动储液缸由油缸，活塞，活塞杆，密封帽，排液口，进油口，出液口，加注口等主要部件组成；活塞位于油缸内，将油缸分成上下两个腔室；油缸上侧开有进油口，进油口用于连接外部的液压驱动系统；油缸下侧开有出液口；油缸底部开有排液口；出液口通过连接软管与磁流体发电通道连接，连通两个活塞式驱动储液缸和磁流体发电通道，发电工质存储在由两个活塞式驱动储液缸的活塞下部油缸腔室、连接软管、发电通道共同组成的密闭空间内。驱动工质位于活塞以上的油缸上部腔室内。
所述的磁流体发电通道及其配套磁体可以是一组或多组，如采用多组，各组磁流体发电通道及其配套磁体之间平行布置,相应的油缸下侧出液口及连接软管数量与磁流体发电通道数量相同；油缸下侧出液口通过连接软管分别与每组磁流体发电通道连接，由活塞驱动的发电工质从油缸下侧出液口分流，同时进入各组发电通道,构成垂直驱动分流型水平往复液态金属磁流体发电机,实现了各磁流体发电通道内流动状况基本同步,解决了已有磁流体发电技术中多组发电通道及活塞式驱动储液缸内流动工况不同步的问题。
活塞杆的上部穿出油缸。活塞杆为中空管状结构，活塞与活塞杆的连接处开有连通孔，活塞杆与活塞连接后，油缸下部的腔室通过该连通孔及活塞杆的中空管状结构与外部连通。活塞杆的顶部为加注口，加注口安装有密封帽。发电工质通过活塞杆上部的加注口注入油缸下部的腔室内，加注完毕后用密封帽将加注口密封。
驱动工质推动储液缸中的活塞,活塞驱动发电工质在磁流体发电机通道内作水平往复运动,切割磁力线,把机械能转化为电能输出。
驱动工质一般为液压油，发电工质采用液态金属。液压油的密度远远小于液态金属的密度，两者互不相溶。由于本发明活塞式驱动储液缸垂直布置，发电工质密度远大于驱动工质，在发电机运行过程中两者很快自然分层，不会混合在一起,从而解决了已有技术中发电工质与驱动工质易发生混合的问题,这是本发明的最大优势。
磁流体发电通道为绝缘性材料制成的矩形流通结构，磁流体发电通道在垂直于流动方向的水平两侧内壁布内嵌导电电极，用于将电流引出。
连接软管采用符合国标的液压软管，连接磁流体发电通道与活塞式驱动储液缸。
磁体采用永磁体，气隙内的磁场垂直作用于磁流体发电通道。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1为本发明垂直驱动分流型水平往复液态金属磁流体发电机实施例的结构示意图，图中：1-a、1-b活塞式驱动储液缸，2磁流体发电通道，3连接软管，4磁体；
图2为活塞式驱动储液缸结构示意图，图中：1-1油缸，1-2活塞，1-3活塞杆，1-4密封帽，1-5排液口，1-6进油口，1-7出液口，1-8加注口。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明的垂直驱动分流型水平往复液态金属磁流体发电机的实施例包括：两个活塞式驱动储液缸1-a、1-b，两个磁流体发电通道2，两根连接软管3和两个磁体4。两个活塞式驱动储液缸1-a、1-b垂直布置于两个磁流体发电通道2的左右两侧，两个磁流体发电通道2水平居中布置，活塞式驱动储液缸1-a、1-b下部各有两个出液口1-7，两个出液口1-7分别通过连接软管3与对应的磁流体发电通道2连接，两个磁体4分别嵌套在对应的磁流体发电通道2上。
活塞式驱动储液缸1-a、1-b的结构如图2所示，由油缸1-1，活塞1-2，活塞杆1-3，密封帽1-4，排液口1-5，进油口1-6，出液口1-7，加注口1-8等主要部件组成。油缸1-1是活塞式驱动储液缸的主体部分，活塞1-2位于油缸1-1内，活塞1-2将油缸1-1分成上下两个腔室。驱动工质存储在活塞1-2上部油缸1-1的腔室内。油缸上侧开有进油口1-6，进油口l-6用于连接外部液压驱动系统，油缸1-1的底部两侧有出液口1-7，出液口1-7通过连接软管3与磁流体发电通道2连接，连通两个活塞式驱动储液缸1-a、1-b的油缸1-1和磁流体发电通道2，发电工质存储在由两个活塞式驱动储液缸1-a、1-b的活塞1-2下部油缸1-1腔室、连接软管3、发电通道2共同组成的密闭空间内。
活塞杆1-3从油缸1-1上部穿出。活塞杆1-3为中空管状结构，油缸1-1下部的腔室通过活塞杆1-3的中空管道与外部连通。活塞杆1-3的顶部开口为加注口1-8，加注口1-8装有密封帽1-4。发电工质通过活塞杆上部的加注口1-8注入油缸1-1下部的腔室内，加注完毕后用密封帽1-4进行密封。
本发明的垂直驱动分流型水平往复液态金属磁流体发电机可以用于波浪能发电系统。在波浪能发电系统中，将上下往复运动的波浪力通过波浪能捕获系统转换为液压系统的液压能。液压系统的液压油管连接垂直驱动分流型水平往复液态金属磁流体发电机中活塞式驱动储液缸1-a、1-b的进油口1-6。高压的液压油推动活塞式驱动储液缸1-a中的活塞1-2向下运动，使发电工质经过连接软管3高速流过发电通道2，再经过另一侧连接软管3进入到活塞式储液缸1-b。发电工质在磁体4的磁场作用下产生电能。当活塞式储液缸1-a中的活塞1-2运行到油缸1-1下止点时，触发波浪能发电装置中液压系统的换向机构，这时，高压的液压油从另一侧活塞式驱动储液缸1-b的进油口1-6进入油缸1-1，推动活塞1-2，反向驱动发电工质进行发电。如此往复循环，持续工作进行发电。
运行过程中，发电工质液态金属终处于驱动工质液压油的下部，由于液压油的密度，远远小于液态金属，因此，在浮力的作用下，液压油始终处于液态金属的上方，自然分层。即便在高速运行中两者有少量混合，也会迅速的自然分层，液压油不会进入磁流体发电通道2，影响发电效果。本发明解决了现有磁流体液态金属发电机液压油容易混入液态金属，造成电阻增加，影响发电效率的问题。
本发明两个活塞式驱动储液缸就可以对应多组磁流体发电通道，减少了结构复杂性。
同时，多组磁流体发电通道的输出电流，采用串联方式连接，提高了磁流体发电机的输出电压。
Claims (4)
1.一种垂直驱动分流型水平往复液态金属磁流体发电机，其特征在于：所述的垂直驱动分流型水平往复液态金属磁流体发电机包括活塞式驱动储液缸(1-a、1-b)，磁流体发电通道(2)，连接软管(3)和磁体(4)；两个活塞式驱动储液缸(1-a、1-b)垂直布置于磁流体发电通道(2)的左右两侧，磁流体发电通道(2)水平居中布置，活塞式驱动储液缸(1-a、1-b)与磁流体发电通道(2)通过连接软管(3)连接，磁流体发电通道(2)穿过磁体(4)的磁孔，磁体(4)的磁场垂直作用于磁流体发电通道。
2.如权利要求1所述的垂直驱动分流型水平往复液态金属磁流体发电机，其特征在于：所述的活塞式驱动储液缸(1-a、1-b)由油缸(1-1)、活塞(1-2)、活塞杆(1-3)、密封帽(1-4)、排液口(1-5)、进油口(1-6)、出液口(1-7)，以及加注口(1-8)组成；油缸(1-1)是活塞式驱动储液缸的主体部分，活塞(1-2)位于油缸(1-1)内，活塞(1-2)将油缸(1-1)分成上下两个腔室；驱动工质存储在活塞(1-2)上部油缸(1-1)的腔室内；油缸上侧开有进油口(1-6)，油缸(1-1)的底部两侧有出液口(1-7)，出液口(1-7)通过连接软管(3)与磁流体发电通道(2)连接，连通两个活塞式驱动储液缸(1-a、1-b)的油缸(1-1)和磁流体发电通道(2)，发电工质存储在由两个活塞式驱动储液缸(1-a、1-b)的活塞下部油缸腔室、连接软管(3)、发电通道(2)共同组成的密闭空间内。
3.如权利要求2所述的垂直驱动分流型水平往复液态金属磁流体发电机，其特征在于：所述的活塞杆(1-3)从油缸(1-1)的上部穿出；活塞杆(1-3)为中空管状结构，油缸(1-1)下部的腔室通过活塞杆(1-3)的中空管道与外部连通；活塞杆(1-3)的顶部开口为加注口(1-8)，加注口(1-8)安装有密封帽(1-4)；发电工质通过活塞杆上部的加注口(1-8)注入油缸(1-1)下部的腔室内，加注完毕后用密封帽(1-4)密封。
4.如权利要求1所述的垂直驱动分流型水平往复液态金属磁流体发电机，其特征在于：所述的磁流体发电通道及其配套磁体为一组或多组，磁流体发电通道与其配套的磁体一一对应；各组之间磁流体发电通道及磁体平行布置；油缸下侧出液口的数量和连接软管数量与磁流体发电通道数量相同；油缸下侧的出液口通过连接软管分别与每组磁流体发电通道连接，由活塞驱动的发电工质从油缸下侧出液口分流，同时进入各组发电通道，实现了各发电机内流动工况同步。
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