CN113027661A - 一种流致振动液压发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种流致振动液压发电设备，包括振子、端板、传力杆、传力板、滑块、导轨、下部支撑、上部支撑、压力弹簧、万向轴、液压缸、蓄能器、压力调节阀、发电机；振子两端设置有端板；端板的外侧连接有传力杆，传力杆的上端连接有传力板，传力板的背面设有若干对滑块，滑块限位于导轨并与导轨活动连接；导轨的上、下两端分别与下部支撑与上部支撑固定连接；且导轨的上、下两端均套设有压力弹簧；振子、端板、传力杆、传力板和滑块形成整体并能上下往复运动；传力板两侧设置有万向轴，万向轴的一端固定在传力板上，另一端固定在液压缸的作动杆上；液压缸固定在上部支撑的上表面，且通过管路与蓄能器相连；蓄能器通过压力调节阀与发电机连接。

Description

一种流致振动液压发电设备
技术领域
本申请涉及流体力学、液压机械及控制、新能源发电领域，是采用液压驱动方式进行流致振动发电的装置。
背景技术
我国海流能储量丰富，据统计仅沿岸流的理论可开发量达14万MW，相当于70个三峡水电站的装机容量，开发前景十分可观。近年来，流致振动俘能技术不断发展，一系列流致振动发电设备相继提出，未来流致振动发电必然成为一种有效的海流能汲取方式。
所谓流致振动发电，即流体绕过阻流钝体(如圆柱、棱柱等)后因尾流及漩涡等周期性变化导致振动，而振动带动发电机进行发电。现有的流致振动发电研究多针对振子振动及流场特点、多振子排布、发电能量获取等方面，研究对象多针对电磁式、压电式发电设备。不过，不论针对哪种发电设备，现有研究多面向小、微设备电能供给需求，并未考虑较大的单机容量，且未有有效的手段提升单机容量。对于流致振动(如典型的涡激振动)，其振动为非线性共振，一般判别其是否可发生有效振动判别指标为折合流速Ur(Ur＝U/fn.D，U为来流流速，fn为振子振频率，D为振子的特征宽度)，折合流速取决于流速、振子的自振频率、振子的特征宽度。通常，如果想增加单机容量，需增大过流面积，也就是增大振子的特征宽度；不过，若增大特征宽度而不减小自振频率，则需使得来流流速进一步提升才可获取能量或启动发电。因此，如何尽可能在现有流速条件下增大振子特征宽度、减小自振频率，为单机容量提升的一个关键问题。另外，对于单机容量增大的振子，其运动应为低频率、大振幅线性往复运动，振动能量周期性提供，而这种周期性的振动能量并不能有效被利用。因此，如何将低频率、大振幅的线性往复能量转化为稳定持续的输出，为单机容量提升的另一个关键问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种采用液压的流致振动发电装置，该装置可在大振子条件下吸收振动较缓振幅较大的运动能量，提高大单机容量设备的冗余度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种流致振动液压发电设备，包括振子、端板、传力杆、传力板、滑块、导轨、下部支撑、上部支撑、压力弹簧、万向轴、液压缸、蓄能器、压力调节阀、发电机；所述振子为柱状结构，振子的两端设置有端板，所述端板的面积为振子截面面积的1～3倍；所述端板的外侧连接有所述传力杆，传力杆的上端连接有传力板，所述传力板的背面设有若干对滑块，所述滑块限位于导轨并与导轨活动连接；导轨的上、下两端分别与下部支撑与上部支撑固定连接；且导轨的上、下两端均套设有所述压力弹簧；所述振子、端板、传力杆、传力板和滑块形成一个整体且能够进行线性的上下往复运动；传力板两侧设置有万向轴，所述万向轴的一端固定在传力板上，另一端固定在液压缸的作动杆上；液压缸固定在上部支撑的上表面，且通过管路与蓄能器相连；蓄能器通过压力调节阀与发电机连接，通过调节压力调节阀的过流压力，实现液压发电稳定输出。
进一步的，所述导轨的数量与滑块的对数一致。
进一步的，所述振子的来流投影宽度大于30cm，振子和端板均由由钢材或塑料制成。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明流致振动液压发电设备采用液压驱动的方式进行发电，实现了往复线性低频运动能量转化为可控的持续能量输出，具有显著的有益效果。首先，采用在导轨上下设置压力弹簧提供回复力，可以尽可能降低振子振动的频率，从而可在保证起振流速不变的前提下，尽可能增大振子的特征宽度，从而增大单机容量。其次，采用万向轴、液压缸、蓄能器、压力调节阀、发电机配合的方式实现液压发电，可以让大振幅、小频率的线性往复运动能量有效转化为液压能量进行输出，且能量输出平稳可控，保证用电效果。此外，改设备设计简单，易于实现，具有良好的运用前景。
附图说明
图1是本发明流致振动液压发电设备的正视立体结构示意图；
图2是本发明流致振动液压发电设备的后视立体结构示意图；
图3是本发明发电设备中振子、端板、传力杆、传力板和滑块组成的整体向上运动的立体结构示意图；
图4是本发明发电设备中振子、端板、传力杆、传力板和滑块组成的整体向下运动的立体结构示意图。
附图标记：1-振子；2-端板；3-传力杆；4-传力板；5-滑块；6-导轨；7-下部支撑；8-上部支撑；9-压力弹簧；10-万向轴；11-液压缸；12-蓄能器；13-压力调节阀；14-发电机。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。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至图4所示，一种流致振动液压发电设备由振子1、端板2、传力杆3、传力板4、滑块5、导轨6、下部支撑7、上部支撑8、压力弹簧9、万向轴10、液压缸11、蓄能器12、压力调节阀13、发电机14组成。本实施例中振子1为棱柱、圆柱或其他阻流柱体，材料为钢材；振子1两端设置端板2，端板2采用钢材，其面积为振子1截面面积的2倍；端板2外侧连接传力杆3。
传力杆3上端连接传力板4；传力板4背面设置两对滑块5；滑块5限位在导轨6之上，本实施例中导轨6数量也为2；导轨6上、下两端分别固定在下部支撑7与上部支撑8之上；导轨6上、下两端均套设压力弹簧9；振子1、端板2、传力杆3、传力板4、滑块5作为一个整体可以进行线性的上下往复运动。
传力板4两侧设置万向轴10，万向轴10一端固定在传力板4之上，另一端固定在液压缸11的作动杆之上；液压缸11固定在上部支撑8之上，通过管路与蓄能器12相连；蓄能器12通过压力调节阀13连接发电机14，通过调节压力调节阀13的过流压力，实现液压发电稳定输出。
此外，本实施例中发电振子特征宽度50cm，宽度3m；单个发电振子的额定功率为200W。
如图3和图4所示，当将本发明设备应用在海流发电中时，通过流体的周期性变化，流体流经本发明设备时，促使由振子1、端板2、传力杆3、传力板4、滑块5形成的整体进行上下的往复运动，其中压力弹簧能够提供回复力，然后采用万向轴、液压缸、蓄能器、压力调节阀、发电机配合的方式实现液压发电，可以让大振幅、小频率的线性往复运动能量有效转化为液压能量进行输出，且能量输出平稳可控，保证用电效果。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种流致振动液压发电设备，其特征在于，包括振子(1)、端板(2)、传力杆(3)、传力板(4)、滑块(5)、导轨(6)、下部支撑(7)、上部支撑(8)、压力弹簧(9)、万向轴(10)、液压缸(11)、蓄能器(12)、压力调节阀(13)、发电机(14)；所述振子(1)为柱状结构，振子(1)的两端设置有端板(2)，所述端板(2)的面积为振子(1)截面面积的1～3倍；所述端板(2)的外侧连接有所述传力杆(3)，传力杆(3)的上端连接有传力板(4)，所述传力板(4)的背面设有若干对滑块(5)，所述滑块(5)限位于导轨(6)并与导轨(6)活动连接；导轨(6)的上、下两端分别与下部支撑(7)与上部支撑(8)固定连接；且导轨(6)的上、下两端均套设有所述压力弹簧(9)；所述振子(1)、端板(2)、传力杆(3)、传力板(4)和滑块(5)形成一个整体且能够进行线性的上下往复运动；传力板(4)两侧设置有万向轴(10)，所述万向轴(10)的一端固定在传力板(4)上，另一端固定在液压缸(11)的作动杆上；液压缸(11)固定在上部支撑(8)的上表面，且通过管路与蓄能器(12)相连；蓄能器(12)通过压力调节阀(13)与发电机(14)连接，通过调节压力调节阀(12)的过流压力，实现液压发电稳定输出。
2.根据权利要求1所述一种流致振动液压发电设备，其特征在于，所述导轨(6)的数量与滑块(5)的对数一致。
3.根据权利要求1所述一种流致振动液压发电设备，其特征在于，所述振子(1)的来流投影宽度大于30cm，振子(1)和端板(2)均由由钢材或塑料制成。
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