CN111706468B - 一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置 - Google Patents

一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111706468B
CN111706468B CN202010418171.1A CN202010418171A CN111706468B CN 111706468 B CN111706468 B CN 111706468B CN 202010418171 A CN202010418171 A CN 202010418171A CN 111706468 B CN111706468 B CN 111706468B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carrying frame
frame
shell
rack
energy trap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010418171.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111706468A (zh
Inventor
陈东阳
葛凌鹏
范广恒
朱锃
纪智
胡家峰
张文宇
谢涛
王赟
王若楠
张悦
丁泽宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yangzhou University
Original Assignee
Yangzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yangzhou University filed Critical Yangzhou University
Priority to CN202010418171.1A priority Critical patent/CN111706468B/zh
Publication of CN111706468A publication Critical patent/CN111706468A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111706468B publication Critical patent/CN111706468B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D5/00—Other wind motors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置，包括发电机、齿条、非线性能量阱、空心圆柱和连接架；所述连接架安装在空心圆柱的两端；所述非线性能量阱和齿条安装在连接架上；所述连接架的端部伸入非线性能量阱内；所述齿条和发电机的齿轮相啮合。本发明通过非线性能量阱的设置，该非线性能量阱具有立方非线性的特点，能够拓宽与之相连物体的频带，使之能够在较宽的风速范围下发生涡激振动，从而进行发电，解决了涡脱频率时刻变化的问题；本发明直接将振动能量转化为电能，结构简单，能量损耗小。

Description

一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置
技术领域
本发明涉及一种涡振发电装置，具体地说是一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置，属于流体力学、新能源发电领域。
背景技术
风能作为一种相对容易开发的新能源，取之不尽又绿色环保，近年来得到了相当快的发展。我国风能资源丰富，但是分布不均，风资源丰富的地区多位于沿海与山地及西北等偏远地区，复杂的地形条件增加了风能利用的难度。作为目前利用风力发电的主要设备，风力机占地体积大，结构复杂，切入风速要求高，且难以小型化，难以利用微风发电，存在诸多的局限性。
当流体流过物体表面时，会在物体两侧交替地产生脱离结构物体表面的旋涡，旋涡脱离固体有一定频率的。当这个频率和固体的固有频率接近时，就会产生共振，也就会涡激振动，涡激振动产生会导致物体振动，可以利用这一特性来发电。目前，利用涡激振动发电应用广泛，但是用于发电物体的固有频率固定，只能与某个确定流速下流过其表面产生的泻涡频率重合，从而激发涡激振动，利用涡振进行发电。但是自然界中，无论是风还是水等流体的流速都是时刻发生变化的，这严重限制了目前各种涡振装置的应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了种基于流固耦合涡激振动发电装置，以解决现有技术中存在的涡脱频率时刻变化的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置，包括发电机、齿条、非线性能量阱、空心圆柱和连接架；所述连接架安装在空心圆柱的两端；所述非线性能量阱和齿条安装在连接架上；所述连接架的端部伸入非线性能量阱内；所述齿条和发电机的齿轮相啮合。
进一步的，所述非线性能量阱包括壳体、载框和导轨；所述载框安装在壳体内；所述载框的上下两侧各安装有一个锥形弹簧；所述载框的左右两侧各安装有一个线性弹簧；所述锥形弹簧的一端安装在内侧壳体的顶端，另一端安装在载框上；所述线性弹簧的一端安装在内侧壳体的侧壁，另一端安装在载框上；所述连接架安装在载框上；与所述连接架相对的内侧壳体上安装有导轨；所述载框通过直线轴承安装在导轨上。
进一步的，所述锥形弹簧通过托盘安装在内侧壳体的顶端和载框上；所述线性弹簧通过连接部件安装在内侧壳体的侧壁和载框上。
进一步的，所述载框的左右两侧和内侧壳体的侧壁上设置有连接柱；所述连接柱通过销轴与连接部件连接。
进一步的，所述壳体包括外壳和端盖；所述端盖上设置有矩形孔洞；所述连接架穿过矩形孔洞固定在载框上。
进一步的，所述装置还包括旋转底座和支架；所述支架固定安装在旋转底座上；所述非线性能量阱和发电机安装在支架上。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明通过非线性能量阱的设置，该非线性能量阱具有立方非线性的特点，能够拓宽与之相连物体的频带，使之能够在较宽的风速范围下发生涡激振动，利用涡激振动带动发电机，消弱了涡脱频率时刻变化的问题，进行发电；本发明直接将振动能量转化为电能，结构简单，能量损耗小。
附图说明
图1是本发明一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置整体结构主视图；
图2是本发明一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置结构拆解示意图；
图3是本发明一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置的非线性能量阱侧视图；
图4是本发明一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置的非线性能量阱主视图。
附图标记：1-旋转底座，2-支架，3-发电机，4-齿条，5-非线性能量阱，5-1-外壳，5-2-端盖，5-3-托盘，5-4-锥形弹簧，5-5-连接部件，5-6-线性弹簧，5-7-载框，5-8-直线轴承，5-9-导轨，6-空心圆柱，7-连接架。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-4所示，一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置，包括旋转底座1、支架2、发电机3、齿条4、非线性能量阱5、空心圆柱6、连接架7。
旋转底座1固定在水平面上，其可在控制器的控制下旋转，使得空心圆柱6能够始终正对着来流；旋转底座1上设有两个支架2，两者通过螺栓紧固连接，两支架2中间的横梁下方连有发电机3，发电机3通过螺栓固定在支架2的横梁下方，两支架2的横梁上方设有非线性能量阱5，两者通过螺栓紧固连接，非线性能量阱5具有立方非线性，其具有质量轻，频带宽的优点。
非线性能量阱5由外壳5-1、端盖5-2、托盘5-3、锥形弹簧5-4、连接部件5-5、线性弹簧5-6、载框5-7、直线轴承5-8、导轨5-9组成，锥形弹簧5-4与线性弹簧5-6组成了具有立方非线性的弹簧系统，锥形弹簧5-4与线性弹簧5-6组成了具有立方非线性的弹簧系统，能够拓宽与之相连物体的频带，在较大范围内吸收来自外部振动产生的能量。锥形弹簧5-4两端通过托盘5-3连接在外壳5-1和载框5-7上，载框5-7的连接柱与连接部件5-5通过销连接在一起，可以相对旋转，连接部件5-5另一端通过卡扣紧固连接线性弹簧5-6，线性弹簧5-6另一端的连接部件5-5将线性弹簧5-6连接在外壳5-1内部的连接柱上，两者也可以相对旋转，载框5-7底部与直线轴承5-8相连，直线轴承5-8装在导轨5-9上并限制了载框5-7只能在铅直方向上下运动，导轨5-9连接在外壳5-1上。两非线性能量阱5中间的载框5-7中通过螺丝与连接架7相连，非线性能量阱 5的端盖5-2开有矩形孔洞，允许连接架7沿开孔洞上下运动，直线轴承5-8和导轨5-9组成的滑道系统，限定了与载框5-7相连部件只能延导轨5-9方向上下运动。两连接架7上设有齿条4，两者通过紧固螺栓固定，两齿条4与两发电机3上的齿轮相啮合；两连接架7中间设有空心圆柱6，两者通过螺丝固定。
本发明工作过程为：
将本装置置于流体中，当流体流速达到条件时，激发空心圆柱6发生涡激振动，空心圆柱6在非线性能量阱5内部的直线轴承5-8与导轨5-9的限制下上下振动，带动连接架7上的齿条4上下振动，齿条4带动与之啮合的电动机3齿轮转动，从而发电。
本发明利用非线性能量阱内弹簧组的立方非线性，拓宽与其载框相连的中心振动空管的频带，在较宽的风速范围下发生涡激振动，利用涡激振动带动发电机发电。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置，其特征在于，包括发电机、齿条、非线性能量阱、空心圆柱和连接架；所述连接架安装在空心圆柱的两端；所述非线性能量阱和齿条安装在连接架上；所述连接架的端部伸入非线性能量阱内；所述齿条和发电机的齿轮相啮合；
所述非线性能量阱包括壳体、载框和导轨；所述载框安装在壳体内；所述载框的上下两侧各安装有一个锥形弹簧；所述载框的左右两侧各安装有一个线性弹簧；所述锥形弹簧的一端安装在内侧壳体的顶端，另一端安装在载框上；所述线性弹簧的一端安装在内侧壳体的侧壁，另一端安装在载框上；所述连接架安装在载框上；与所述连接架相对的内侧壳体上安装有导轨；所述载框通过直线轴承安装在导轨上；
所述锥形弹簧通过托盘安装在内侧壳体的顶端和载框上；所述线性弹簧通过连接部件安装在内侧壳体的侧壁和载框上；
所述载框的左右两侧和内侧壳体的侧壁上设置有连接柱；所述连接柱通过销轴与连接部件连接；
所述壳体包括外壳和端盖；所述端盖上设置有矩形孔洞；所述连接架穿过矩形孔洞固定在载框上。
2.根据权利要求1所述的一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置，其特征在于，所述装置还包括旋转底座和支架；所述支架固定安装在旋转底座上；所述非线性能量阱和发电机安装在支架上。
CN202010418171.1A 2020-05-18 2020-05-18 一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置 Active CN111706468B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010418171.1A CN111706468B (zh) 2020-05-18 2020-05-18 一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010418171.1A CN111706468B (zh) 2020-05-18 2020-05-18 一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111706468A CN111706468A (zh) 2020-09-25
CN111706468B true CN111706468B (zh) 2022-06-17

Family

ID=72537203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010418171.1A Active CN111706468B (zh) 2020-05-18 2020-05-18 一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111706468B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113572306B (zh) * 2021-08-17 2023-07-04 哈尔滨工业大学（威海） 基于变质量的宽频viv能量收集装置及其效率验证方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103452747B (zh) * 2012-05-31 2015-11-18 北京能高自动化技术股份有限公司 基于阻尼装置的风机塔架降载方法
CN104005901B (zh) * 2014-05-28 2016-02-24 天津大学前沿技术研究院有限公司 一种基于多振子的对振式涡激振动发电装置
CN105182232B (zh) * 2015-08-13 2017-11-21 长沙理工大学 水流‑振动体‑发电机动力耦合实验模拟装置
CN109378934B (zh) * 2018-11-06 2020-08-25 江苏科技大学 一种随振幅转换的磁边界涡激振动发电装置
CN109780130B (zh) * 2019-02-28 2021-01-15 西安理工大学 一种用于整星振动抑制的非线性能量阱吸振装置
CN111008490B (zh) * 2019-10-11 2024-02-23 扬州大学 采用非线性能量阱抑制双柱体结构流激振动的流固耦合预测方法
CN110886808B (zh) * 2019-12-04 2021-08-06 上海大学 一种限幅式非线性能量阱减振装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111706468A (zh) 2020-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107061170A (zh) 无叶片风力发电机
CN109630352B (zh) 一种空气压缩式垂直型风力发电机组
CN105024586B (zh) 一种振动型风力发电系统
CN111706468B (zh) 一种具有宽频能量采集特性的涡振发电装置
CN105781864A (zh) 潮流能发电装置及其水底密封保护装置
CN101539094B (zh) 一种聚压式风力发电装置
CN101852179B (zh) 多级叶轮风力发电机
CN110805516A (zh) 基于多气室振荡水柱装置的波浪能-风能集成发电系统
CN101539109A (zh) 阵列式风力发电群组
CN201401284Y (zh) 一种风力发电群组
CN202187867U (zh) 对开叶片垂直轴风力发电机
US8899927B2 (en) Automatically adjusting wind energy paddlewheel
CN2921347Y (zh) 简易水力发电装置
CN111641351B (zh) 一种宽频能量采集的涡振压电发电装置
CN101089387A (zh) 大型垂直轴风力发电设备
CN111102136A (zh) 一种永磁悬浮组合型风光发电系统
CN209800163U (zh) 一种风光互补型高效电力发电装置
CN110821756A (zh) 一种拉线塔架式群装风力发电装置及制备方法
CN103266981B (zh) 斜板转筒式波浪能发电装置
CN113586343A (zh) 一种风筒式多风轮垂直轴风力发电装置
RU105949U1 (ru) Свободнопоточная микрогидроэлектростанция
CN201401286Y (zh) 一种低风速发电装置
CN102278280A (zh) 一种新型提高风机或风力发电机效率的装置
CN104716891A (zh) 一种太阳能风力综合发电装置
CN221683112U (zh) 双涵道发电机组

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Chen Dongyang

Inventor after: Wang Ruonan

Inventor after: Zhang Yue

Inventor after: Ding Zeyu

Inventor after: Ge Lingpeng

Inventor after: Fan Guangheng

Inventor after: Zhu Zeng

Inventor after: Ji Zhi

Inventor after: Hu Jiafeng

Inventor after: Zhang Wenyu

Inventor after: Xie Tao

Inventor after: Wang Bin

Inventor before: Ge Lingpeng

Inventor before: Wang Ruonan

Inventor before: Zhang Yue

Inventor before: Ding Zeyu

Inventor before: Chen Dongyang

Inventor before: Fan Guangheng

Inventor before: Zhu Zeng

Inventor before: Ji Zhi

Inventor before: Hu Jiafeng

Inventor before: Zhang Wenyu

Inventor before: Xie Tao

Inventor before: Wang Bin

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant