CN113206619A - 一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，由压力脉动增压装置、压力脉动能量采集装置和整流装置组成。恒定速度的水流从自激振荡脉冲上游喷嘴流入自激振荡脉冲腔室，从自激振荡脉冲下游喷嘴流出，变为脉冲射流进入压力脉动能量采集管道，对铝制薄膜施加压力脉动，压力脉动通过铝制薄膜传递给力学放大装置，使力学放大装置产生振动，振动经过力学放大装置放大之后传递给压电叠堆，使压电叠堆的压电层产生形变产生电能。本发明能够在不借助外力的情况下使恒定速度水流变为周期性脉冲射流，增大了管道压力脉动幅值和频率范围，利用力学放大装置提高压电叠堆发电能力，提高能量采集效率，发电稳定，受环境影响小，可靠性高且结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于收集水流管道压力脉动的压电俘能装置，能有效增大管道内压力脉动幅值并将压力脉动所产生的振动能转化为电能，属于水流管道增压和流致振动压电俘能技术领域。
背景技术
随着微电子技术和无线传输技术的发展，低功耗能源技术成为亟待解决的问题。传统的低功耗能源供电方式主要为电池供电，但存在环境污染、需要定期回收、寿命短等问题，尤其在一些特殊场景，如深海、太空、森林腹地等场合这些缺点更为显著。为克服传统电池供电的缺点，众多科学家致力于从自然环境中收集能量，如利用太阳能、风能、生物能和振动能，其中，由于振动在日常生活和工程实际中广泛存在，并且具有较高的能量密度，在新能源领域中应用越来越广泛。
振动能量的收集方式有电磁式、静电式和压电式，其中压电式因输出能量密度大、使用寿命长、无电磁干扰、结构简单、易于实现小型化和集成化等诸多优点，收到国内外学者的普遍关注，具有广阔的应用前景。振动能常见于流体动能和机械动能，尤其是在流体管道中，存在不可避免的压力脉动，压力脉动是由于管道中泵压力波动、湍流脉动、流道面积变化或者其他作动器偏离最优工况，导致管道局部区域内的压力值围绕某一个压力值成周期性上下波动，具体表现方式为水体共振、管道振动、出流不均匀、周期性流场偏心叠加和流动分离等状况。因此，为了对流体管道中的振动能量进行利用和开发，本发明提出一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器。
公开号为CN 208046485 U，标题为“一种利用管道内流体动能的双稳态压电-电磁发电装置”的发明公开了一种利用管道水流发电的压电-电磁复合式俘能装置。该发明通过管道水流冲击四周均匀安装磁铁的叶轮，使线圈切割磁感线发电，同时压电片发生变形在第一稳态和第二稳态之间切换，产生电能。该发明结合双稳态压电组件和金属线圈的两种发电方式，提高了能量采集效率，但该发明在水流流速过快的情况下，不易进行双稳态两种模式的切换，压电片长时间处于单一稳态，使发电效率降低，影响发电效果。
公开号为CN 110380645 A，标题为“一种模块化定向流管道式周向阵列排布的压电俘能器”的发明公开了一种利用管道流体发电的压电俘能装置。该发明通过流体流经压电振子，在扰流柱附近产生交替涡街，涡街脱落在扰流柱两侧产生交替性激振力，使压电片弯曲产生电能。该发明结构简单，灵活性高，运行稳定，模块化等优点，但该发明需要在特定水流流速下才能发挥最大效果，当水流流速不在最优流速时发电效果会减小。
公开号为CN 110752776 A，标题为“一种伸缩式管道流俘能器”的发明公开了一种利用管道水流发电的压电俘能装置。该发明利用弹簧的弹力与水流的冲击力形成动态平衡，利用凸轮使压电片产生变形发电。该发明具有环境适应性强，频带宽等优点，且较容易达到平衡状态，但达到平衡后不易产生振动，压电片变形量小，使发电效果降低。
本发明与发明专利公开号为CN 208046485 U，公开号为CN 110380645 A，公开号为CN 110752776 A的本质区别是：1.本发明具有管道压力脉动增压装置，能够不依靠外界力量，使管道水流压力脉动增大。2.本发明具有力学放大装置，能够将管道中压力脉动所产生的振动进行放大传递给压电叠堆，使压电叠堆产生更大的变形，提高发电效率；能够有效降低压电俘能器的整体刚度和系统固有频率，使压电叠堆更容易达到共振频率，提高电压输出。3.本发明的能量采集装置安装在管道外部，不占用管道内部空间，不会对管道中的水流造成扰动。4.本发明具有整流板和整流管道，能够有效减小压力脉动，降低自激振荡脉冲装置对水流管道的影响。
本发明克服以上缺点，提出一种能够增大流体管道压力脉动，且能够将压力脉动产生的振动进行放大并传递给压电叠堆，使压电叠堆发生大幅度振动，发电稳定且发电量大，机械结构简单、受外界环境影响小、使用寿命长的水能俘获装置。
发明内容
本发明的目的是由于现有的水流管道能量采集装置存在工作环境不稳定、装置易损坏、发电量小、电压输出不稳定及能量转化效率低等技术缺陷，提出一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器。
本发明的核心技术特点为：自激振荡脉冲上游喷嘴(1)和自激振荡脉冲下游喷嘴(3)组成自激振荡脉冲增压装置，使恒定速度的水流从自激振荡脉冲上游喷嘴(1)进入，经过自激振荡脉冲腔室，变成脉冲射流从自激振荡脉冲下游喷嘴(3)流入压力脉动能量采集管道(16)；一级力学放大器(5)和二级力学放大器(7)将管道中脉冲水流产生的振动经过放大并传递给压电叠堆(4)，相应的提高压电叠(4)振动的幅值与频率，使装置能量收集效率增加；底座(9)与顶盖(6)对力学放大装置和压电叠堆(4)起到防水和保护的作用；压力脉动能量采集管道(16)与整流管道(14)之间的整流板(12)将上游的湍流进行整流，使湍流中的漩涡被打散，经过整流孔变成平行于管道径向方向的若干细小水流，整流管道(14)中的导流板(13)将经过整流板(12)整流后的细小流体进行整合，汇聚成多股平行层流流体，有效降低管道中的压力脉动，减小俘能装置对水流管道的影响。
本发明采用的技术方案是一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，包括自激振荡脉冲上游喷嘴(1)、自激振荡脉冲下游喷嘴(3)、压力脉动能量采集管道(16)、整流管道(14)、整流板(12)、导流板(13)、一级力学放大器(5)、二级力学放大器(7)、铝制薄膜(8)、压电叠堆(4)、正极导线(21)、负极导线(22)、底座(9)、顶盖(6)、密封胶圈A(2)、密封胶圈B(18)、密封胶圈C(17)、密封胶圈D(15)、螺柱(11)、螺母(10)；其中，自激振荡脉冲上游喷嘴(1)与自激振荡脉冲下游喷嘴(3)之间安装有密封胶圈A(2)，并通过螺柱(11)相连；自激振荡脉冲下游喷嘴(3)与压力脉动能量采集管道(16)之间安装有密封胶圈B(18)，并通过螺纹相连；压力脉动能量采集管道(16)与底座(9)之间安装有密封胶圈C(17)，并通过螺纹相连，压力脉动能量采集管道(16)另一端与整流管道(14)通过螺栓相连，在压力脉动能量采集管道(16)与整流管道(14)之间安装有整流板(12)和密封胶圈D(15)；底座(9)与顶盖(6)通过螺纹连接，铝制薄膜(8)通过焊接安装在底座(9)底部中央通孔处；一级力学放大器(5)和二级力学放大器(7)通过焊接相连，二级力学放大器(7)底部与铝制薄膜(8)相连，顶部与顶盖(6)相连；压电叠堆(4)通过粘贴安装在一级力学放大器(5)上，正(21)负(22)极导线一端与压电叠堆(4)相连，另一端连接在电能存储装置上。
各个零件的数量为：自激振荡脉冲上游喷嘴(1)、自激振荡脉冲下游喷嘴(3)、压力脉动能量采集管道(16)、整流管道(14)、整流板(12)、一级力学放大器(5)、二级力学放大器(7)、压电叠堆(4)、底座(9)、顶盖(6)、密封胶圈A(2)、密封胶圈B(18)和密封胶圈C(17)的数量均为1个；正极导线(21)和负极导线(22)的数量均为1根；铝制薄膜(8)的数量为1片；密封胶圈D(15)为2个；导流板(13)为六片；螺柱(11)为12根；螺母(10)为12个。
自激振荡脉冲上游喷嘴(1)管道入口内径为
，自激振荡脉冲下游喷嘴(3)管道出口内径为
，自激振荡脉冲腔室内径为
，其中，
＞
，且1.1＜
/
＜3，4＜
/
＜18。
自激振荡脉冲上游喷嘴(1)和自激振荡脉冲下游喷嘴(3)组成自激振荡脉冲增压装置。其中，位于自激振荡脉冲上游喷嘴(1)和自激振荡脉冲下游喷嘴(3)径向与水流方向呈一定角度的两块壁面，分别被称为上游碰撞壁和下游碰撞壁。所述的上游碰撞壁与管道轴向方向角度α为90°，所述的下游碰撞壁与管道轴向方向角度β为50°到90°之间任意一个角度。
自激振荡脉冲增压装置工作原理及功能为：水流沿管路从自激振荡脉冲上游喷嘴(1)喷出进入自激振荡脉冲腔室内，向下游运动，水流与腔室内的静止流体产生能量交换，在流动水流和腔室内其他静止流体之间产生不稳定的剪切层，随着时间变化剪切层厚度变大，剪切层附近的流体形成涡旋，涡旋随着水流向下游运动，在下游碰撞壁处发生碰撞产生扰动向上游运动， 在上游碰撞壁处诱发新的扰动并向下游运动，使得腔室内的涡旋结构越来越大，在涡环中心出现低压区，使得液体产生空化，空化区域增大并生成气穴，阻碍了水流的射出，气穴体积随着时间变化越来越大，达到一定体积后释放能量，产生高速脉冲射流，之后腔室内压力降低，又重新生成空化气穴，这样往复循环产生周期性脉冲射流。
压力脉动能量采集管道(16)进口端与自激振荡脉冲下游喷嘴(3)相连，出口端与整流管道(14)相连，中间出口端与底座(9)相连，底座(9)中间通孔处安装有铝制薄膜(8)将管道中的水流与力学放大器隔绝开来。
压力脉动能量采集管道(16)工作原理及功能为：从自激振荡脉冲下游喷嘴(3)射出的周期性脉冲水流沿管路进入压力脉动能量采集管道(16)进口端，对管壁产生周期性压力脉动，压力脉动通过底座(9)中间的通孔传递到铝制薄膜(8)上。
整流板(12)形状为圆形，材料为铝合金，厚度小于等于2
，整流板(12)两侧分布有圆形凹槽，用于安装密封胶圈D(15)，凹槽深度略小于密封胶圈D(15)的宽度，以便于减小缝隙，更好的隔绝水流。
整流板(12)直径大于管道截面直径，整流板(12)在管道截面直径区域内均匀分布通孔，呈圆周阵列排列，通孔截面形状为正方形、菱形、椭圆形、圆形或半圆形等形状，在无特别要求的情况下优先选用圆形通孔，当上游湍流经过整流板(12)，通过圆形通孔，流体内的漩涡被打散，使来流均匀分割成平行于管道径向方向的细小流体。
整流管道(14)与压力脉动能量采集管道(16)出口相连，在整流管道(14)内壁上均匀分布有6片导流板(13)，用于将上游经过整流板(12)整流后的细小流体整合汇聚成多股平行层流流体。
压力脉动能量采集管道(16)出口处有凹槽，用于放置整流板(12)，且凹槽深度略小于整流板(12)和整流板两侧的密封胶圈D(15)两者相加的厚度，以便于将整流板(12)紧固于压力脉动能量采集管道(16)和整流管道(14)之间，防止管道中的水流泄漏。
一级力学放大器(5)和二级力学放大器(7)共同组成力学放大装置，由结构钢制成，压电叠堆(4)安装在一级力学放大器(5)上，压电层材料为PZT-5H，压电叠堆(4)基础层(19)材料为铜。压电层(20)和基础层(19)上分别接有导线，每个压电层(20)上的导线采用并联连接形成正极导线(21)，每个基础层(19)上的导线采用并联连接形成负极导线(22)，正极导线(21)和负极导线(22)并联连接至电能存储装置。
本压电俘能装置的工作过程为：恒定速度的水流从管路进入自激振荡脉冲上游喷嘴(1)，流入自激振荡脉冲腔室，从自激振荡脉冲下游喷嘴(3)流出，变为脉冲射流，进入压力脉动能量采集管道(16)，对管道内壁和位于底座(9)的铝制薄膜(8)施加压力脉动，压力脉动通过铝制薄膜(8)传递给一级力学放大器(5)和二级力学放大器(7)，使力学放大装置产生振动，振动经过力学放大装置放大之后传递给压电叠堆(4)，转换为作用在压电叠堆(4)上的激振力,使压电叠堆(4)的压电层(20)产生形变产生电能。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
1、本发明所采用的压力脉动增压装置能够不需要借助外界力量，将恒定速度的水流变成周期性脉冲射流，从自激振荡脉冲下游喷嘴喷出，可有效增大管道中水流的压力脉动幅值，相应提高作用在压电叠堆上振动的幅值与频率，增加能量收集效率。
2、本发明所采用的力学放大装置经过拓扑结构优化，能够有效的将管道水流的压力脉动所产生的振动转换为作用在压电叠堆上的激振力，进而使压电叠堆产生更大的变形，同时降低压电俘能器的整体刚度和系统固有频率，使压电俘能器在外界激振力作用下更容易达到共振频率，提高电能输出。
3、本发明所采用的整流板和整流管道中的导流板可以对管道中的脉动增压水流进行整流，使上游湍流变为层流流体，有效降低管道水流中的压力脉动，减小压力脉动增压装置对水流管道输水性能的影响。
4、本发明所采用的机械结构简单，制造容易且成本低，安装简便，易于推广。
附图说明
图1是本发明一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器及实施例1中的立体结构爆炸示意图；
图2是本发明一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器及实施例1中的立体结构装配示意图；
图3是本发明一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器及实施例1中的自激振荡脉冲装置立体结构剖视图；
图4是本发明一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器及实施例1中的自激振荡脉冲装置平面结构示意图；
图5是本发明一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器及实施例1中的二级力学放大器结构示意图；
图6是本发明一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器及实施例1中的一级力学放大器、二级力学放大器和压电叠堆装配结构示意图；
图7是本发明一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器及实施例1中的压电叠堆结构示意图；
图8是本发明一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器及实施例1中整流管道立体结构剖视图；
图9是本发明一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器及实施例1中整流板立体结构爆炸视图；
图10是本发明一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器及实施例1中的铝制薄膜所受到的0s至1s的总压力时域曲线图；
图11是本发明一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器及实施例2中的立体结构爆炸示意图；
图12是本发明一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器及实施例2中的铝制薄膜所受到的0s至1s的总压力时域曲线图；
图中，1为自激振荡脉冲上游喷嘴，2为密封胶圈A，3为自激振荡脉冲下游喷嘴，4为压电叠堆，5为一级力学放大器，6为顶盖，7为二级力学放大器，8为铝制薄膜，9为底座，10为螺母，11为螺柱，12为整流板，13为导流板，14为整流管道，15为密封胶圈D，16压力脉动能量收集管道，17为密封胶圈C，18为密封胶圈B，19为基础层层，20为压电层，21正极导线，22为负极导线，d1为自激振荡脉冲上游喷嘴管道入口内径，d2为自激振荡脉冲下游喷嘴管道出口内径，D为自激振荡脉冲腔室内径，α为上游碰撞壁与管道径向方向角度，β为下游碰撞壁与管道径向方向角度。
具体实施方案
为了充分理解本发明的有益效果，下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步详细地描述，该实施仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例1
本实施例叙述了一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器。
如图1至图9所示，一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，包括自激振荡脉冲上游喷嘴(1)、自激振荡脉冲下游喷嘴(3)、压力脉动能量采集管道(16)、整流管道(14)、整流板(12)、导流板(13)、一级力学放大器(5)、二级力学放大器(7)、铝制薄膜(8)、压电叠堆(4)、正极导线(21)、负极导线(22)、底座(9)、顶盖(6)、密封胶圈A(2)、密封胶圈B(18)、密封胶圈C(17)、密封胶圈D(15)、螺柱(11)、螺母(10)；自激振荡脉冲上游喷嘴(1)与自激振荡脉冲下游喷嘴(3)之间安装有密封胶圈A(2)，并通过螺柱(11)相连；自激振荡脉冲下游喷嘴(1)与压力脉动能量采集管道(16)之间安装有密封胶圈B(18)，并通过螺纹相连；压力脉动能量采集管道(18)与底座(9)之间安装有密封胶圈C(17)，并通过螺纹相连，压力脉动能量采集管道(16)另一端与整流管道(14)通过螺栓相连，在压力脉动能量采集管道(16)与整流管道(14)之间安装有整流板(12)和密封胶圈D(15)；底座(9)与顶盖(6)通过螺纹连接，铝制薄膜(8)通过焊接安装在底座(9)底部中央通孔处；一级力学放大器(5)和二级力学放大器(7)通过焊接相连，二级力学放大器(7)底部与铝制薄膜(8)相连，顶部与顶盖(6)相连；压电叠堆(4)通过粘贴安装在一级力学放大器(5)上，正极导线(21)和负极导线(22)一端与压电叠堆(4)相连，另一端连接在电能存储装置上。
本实施例所述的自激振荡脉冲上游喷嘴(1)管道入口内径为
，自激振荡脉冲下游喷嘴(3)管道出口内径为
，自激振荡脉冲腔室内径为
，其中，
＞
，且1.1＜
/
＜3，4＜
/
＜18。
本实施例所述的自激振荡脉冲上游喷嘴(1)和自激振荡脉冲下游喷嘴(3)组成自激振荡脉冲增压装置。其中，位于自激振荡脉冲上游喷嘴(1)和自激振荡脉冲下游喷嘴(3)径向与水流方向呈一定角度的两块壁面，分别被称为上游碰撞壁和下游碰撞壁。所述的上游碰撞壁与管道轴向方向角度α为90°，所述的下游碰撞壁与管道轴向方向角度β为50°到90°之间任意一个角度。
本实施例所述的压力脉动能量采集管道(16)进口端与自激振荡脉冲下游喷嘴(3)相连，出口端与整流管道(14)相连，中间出口端与底座(9)相连，底座(9)中间通孔处安装有铝制薄膜(8)将管道中的水流与力学放大器隔绝开来。
本实施例所述的整流板(12)形状为圆形，材料为铝合金，厚度小于等于2
，整流板(12)两侧分布有圆形凹槽，用于安装密封胶圈D(15)，凹槽深度略小于密封胶圈D(15)的宽度，以便于减小缝隙，更好的隔绝水流。
本实施例所述的整流板(12)直径大于管道截面直径，整流板(12)在管道截面直径区域内均匀分布通孔，呈圆周阵列排列，通孔截面形状为正方形、菱形、椭圆形、圆形或半圆形等形状，在无特别要求的情况下优先选用圆形通孔，当上游湍流经过整流板(12)，通过圆形通孔，流体内的漩涡被打散，使来流均匀分割成平行于管道径向方向的细小流体。
本实施例所述的整流管道(14)与压力脉动能量采集管道(16)出口相连，在整流管道(14)内壁上均匀分布有6片导流板(13)，用于将上游经过整流板(12)整流后的细小流体整合汇聚成多股平行层流流体。
本实施例所述的压力脉动能量采集管道(16)出口处有凹槽，用于放置整流板(12)，且凹槽深度略小于整流板(12)和整流板(12)两侧的密封胶圈D(15)两者相加的厚度，以便于将整流板(12)紧固于压力脉动能量采集管道(16)和整流管道(14)之间，防止管道中的水流泄漏。
本实施例所述的一级力学放大器(5)和二级力学放大器(7)共同组成力学放大装置，由结构钢制成，压电叠堆(4)安装在一级力学放大器(5)上，压电层(20)材料为PZT-5H，压电叠堆基础层(19)材料为铜。压电层(20)和基础层(19)上分别接有导线，每个压电层(20)上的导线采用并联连接形成正极导线(21)，每个基础层(19)上的导线采用并联连接形成负极导线(22)，正极导线(21)和负极导线(22)并联连接至电能存储装置。
本实施例中，恒定速度的水流从管路进入自激振荡脉冲上游喷嘴(1)，流入自激振荡脉冲腔室，从自激振荡脉冲下游喷嘴(3)流出，变为脉冲射流，进入压力脉动能量采集管道(16)，对管道内壁和位于底座(9)的铝制薄膜(8)施加压力脉动，压力脉动通过铝制薄膜(8)传递给一级力学放大器(5)和二级力学放大器(7)，使力学放大装置产生振动，振动经过力学放大装置放大之后传递给压电叠堆(4)，使压电叠堆(4)的压电层(20)产生形变产生电能。
实施例2
本实施例叙述了一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器。
如图11所示，压力脉动能量收集管道(16)为弯曲管道，由一级力学放大器(5)、二级力学放大器(7)、压电叠堆(4)、正极导线(21)、负极导线(22)、铝制薄膜(8)、底座(9)和顶盖(6)组成的压电俘能装置安装在压力脉动能量收集管道(16)的弯曲处，其余零件及模块同实施例1。
本实施例中，图12展示了铝制薄膜(8)所受的在0
至1
的总压力时域曲线，对数据进行分析，计算在此时间段内总压力的均方根值，即有效值，发现在入口水流速度为6.3
的情况下，弯管处的铝制薄膜(8)总压力有效值为0.42
，实施例1中的铝制薄膜(8)所受总压力有效值为0.083
，对比发现，弯管处的铝制薄膜(8)总压力要大于实施例1中的铝制薄膜(8)所受总压力。
本实施例表明，本实施例中的铝制薄膜(8)所受总压力有效值为实施例1中的铝制薄膜(8)所受总压力有效值的5倍，有效的提高了管道压力脉动的幅值，并且由于弯管处水流冲击管道内壁，水流产生回流，产生漩涡和涡激振动，扩大了脉冲射流的频率范围，进而提高能量采集效率。
综上所述，本发明一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器与常见的水能俘获装置相比，能够不借助外界力量，将恒定速度水流转化为周期性脉冲射流，增大管道压力脉动的幅值和频率，能够有效利用压力脉动所产生的振动，并对振动的幅值进行放大，提高能量采集效率，该装置结构简单、使用寿命长、易于安装且便于推广。
尽管以上结合附图对本发明的两个具体实施方式进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，任何在本发明的思路和原则之内所作的任何改变、修改、替换和变型等，均属于本发明的权力要求保护范畴。
Claims (12)
1.一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，其特征在于：包括自激振荡脉冲上游喷嘴、自激振荡脉冲下游喷嘴、压力脉动能量采集管道、整流管道、整流板、导流板、一级力学放大器、二级力学放大器、铝制薄膜、压电叠堆、正极导线、负极导线、底座、顶盖、密封胶圈A、密封胶圈B、密封胶圈C、密封胶圈D、螺柱、螺母；
自激振荡脉冲上游喷嘴与自激振荡脉冲下游喷嘴之间安装有密封胶圈A，并通过螺栓相连；自激振荡脉冲下游喷嘴与压力脉动能量采集管道之间安装有密封胶圈B，并通过螺纹相连；压力脉动能量采集管道与底座之间安装有密封胶圈C，并通过螺纹相连，压力脉动能量采集管道另一端与整流管道通过螺栓相连，在压力脉动能量采集管道与整流管道之间安装有整流板和密封胶圈D；底座与顶盖通过螺纹连接，铝制薄膜通过焊接安装在底座底部中央通孔处；一级力学放大器和二级力学放大器通过焊接相连，二级力学放大器底部与铝制薄膜相连，顶部与顶盖相连；压电叠堆通过粘贴安装在一级力学放大器上，正负极导线一端与压电叠堆相连，另一端连接在电能存储装置上。
2.一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，其特征在于：该装置由压力脉动增压装置、压力脉动能量采集装置和整流装置组成；其中，压力脉动增压装置包括自激振荡脉冲上游喷嘴、自激振荡脉冲下游喷嘴，压力脉动能量采集装置包括压力脉动能量采集管道、一级力学放大器、二级力学放大器、压电叠堆、正极导线、负极导线、底座、顶盖和铝制薄膜，整流装置包括整流板、整流管道、导流板。
3.根据权利要求1所述的一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，其特征在于，各个零件的数量为：自激振荡脉冲上游喷嘴、自激振荡脉冲下游喷嘴、压力脉动能量采集管道、整流管道、整流板、一级力学放大器、二级力学放大器、压电叠堆、底座、顶盖、密封胶圈A、密封胶圈B和密封胶圈C的数量均为1个；正极导线和负极导线的数量均为1根；铝制薄膜的数量为1片；密封胶圈D为2个；导流板为六片；螺柱为12根；螺母为12个。
4.根据权利要求1所述的一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，其特征在于，自激振荡脉冲上游喷嘴管道入口内径为d1，自激振荡脉冲下游喷嘴管道出口内径为d2，自激振荡脉冲腔室内径为D，其中，d2＞d1，且1.1＜d2/d1＜3，4＜D/d1＜18。
5.根据权利要求1所述的一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，其特征在于，所述的自激振荡脉冲上游喷嘴和自激振荡脉冲下游喷嘴组成自激振荡脉冲增压装置。其中，位于自激振荡脉冲上游喷嘴和自激振荡脉冲下游喷嘴径向与水流方向呈一定角度的两块壁面，分别被称为上游碰撞壁和下游碰撞壁。所述的上游碰撞壁与管道轴向方向角度α为90°，所述的下游碰撞壁与管道轴向方向角度β为50°到90°之间任意一个角度。
自激振荡脉冲增压装置工作原理及功能如下：
水流沿管路从自激振荡脉冲上游喷嘴喷出进入自激振荡脉冲腔室内，向下游运动，水流与腔室内的静止流体产生能量交换，在流动水流和腔室内其他静止流体之间产生不稳定的剪切层，随着时间变化剪切层厚度变大，剪切层附近的流体形成涡旋，涡旋随着水流向下游运动，在下游碰撞壁处发生碰撞产生扰动向上游运动，在上游碰撞壁处诱发新的扰动并向下游运动，使得腔室内的涡旋结构越来越大，在涡环中心出现低压区，使得液体产生空化，空化区域增大并生成气穴，阻碍了水流的射出，气穴体积随着时间变化越来越大，达到一定体积后释放能量，产生高速脉冲射流，之后腔室内压力降低，又重新生成空化气穴，这样往复循环产生周期性脉冲射流。
6.根据权利要求1所述的一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，其特征在于，所述的压力脉动能量采集管道进口端与自激振荡脉冲下游喷嘴相连，出口端与整流管道相连，中间出口端与底座相连，底座中间通孔处安装有铝制薄膜将管道中的水流与力学放大器隔绝开来。
压力脉动能量采集管道工作原理及功能如下：
从自激振荡脉冲下游喷嘴射出的周期性脉冲水流沿管路进入压力脉动能量采集管道进口端，对管壁产生周期性压力脉动，压力脉动通过底座中间的通孔传递到铝制薄膜上。
7.根据权利要求1所述的一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，其特征在于，所述的整流板形状为圆形，材料为铝合金，厚度小于等于2mm，整流板两侧分布有圆形凹槽，用于安装密封胶圈D，凹槽深度略小于密封胶圈D的宽度，以便于减小缝隙，更好的隔绝水流。
整流板直径大于管道截面直径，整流板在管道截面直径区域内均匀分布通孔，呈圆周阵列排列，通孔截面形状为正方形、菱形、椭圆形、圆形或半圆形等形状，在无特别要求的情况下优先选用圆形通孔，当上游湍流经过整流板，通过圆形通孔，流体内的漩涡被打散，使来流均匀分割成平行于管道径向方向的细小流体。
8.根据权利要求1所述的一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，其特征在于，所述的整流管道与压力脉动能量采集管道出口相连，在整流管道内壁上均匀分布有6片导流板，用于将上游经过整流板整流后的细小流体整合汇聚成多股平行层流流体。
9.根据权利要求1所述的一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，其特征在于，所述的压力脉动能量采集管道出口处有凹槽，用于放置整流板，且凹槽深度略小于整流板和整流板两侧的密封胶圈D两者相加的厚度，以便于将整流板紧固于压力脉动能量采集管道和增压管道之间，防止管道中的水流泄漏。
10.根据权利要求1所述的一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，其特征在于，所述的一级力学放大器和二级力学放大器共同组成力学放大装置，由结构钢制成，压电叠堆安装在一级力学放大器上，压电层材料为PZT-5H，压电叠堆基础层材料为铜。压电层和基础层上分别接有导线，每个压电层上的导线采用并联连接形成正极导线，每个基础层上的导线采用并联连接形成负极导线，正极导线和负极导线并联连接至电能存储装置。
11.根据权利要求1所述的一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，其特征在于，本压电俘能装置的工作过程为：恒定速度的水流从管路进入自激振荡脉冲上游喷嘴，流入自激振荡脉冲腔室，从自激振荡脉冲下游喷嘴流出，变为脉冲射流，进入压力脉动能量采集管道，对管道内壁和位于底座的铝制薄膜施加压力脉动，压力脉动通过铝制薄膜传递给一级力学放大器和二级力学放大器，使力学放大装置产生振动，振动经过力学放大装置放大之后传递给压电叠堆，转换为作用在压电叠堆上的激振力，使压电叠堆的压电层产生形变产生电能。
12.根据权利要求1所述的一种具有增大管道压力脉动装置的能量采集器，其特征在于，本压电俘能装置中各个模块的功能为：自激振荡脉冲上游喷嘴和自激振荡脉冲下游喷嘴组成自激振荡脉冲增压装置，使恒定速度的水流从自激振荡脉冲上游喷嘴进入，经过自激振荡脉冲腔室，变成脉冲射流从自激振荡脉冲下游喷嘴流入压力脉动能量采集管道；一级力学放大器和二级力学放大器将管道中脉冲水流产生的振动经过放大并传递给压电叠堆，相应的提高压电叠振动的幅值与频率，使装置能量收集效率增加；底座与顶盖对力学放大装置和压电叠堆起到防水和保护的作用；压力脉动能量采集管道与整流管道之间的整流板将上游的湍流进行整流，使湍流中的漩涡被打散，经过整流孔变成平行于管道径向方向的若干细小水流，整流管道中的导流板将经过整流板整流后的细小流体进行整合，汇聚成多股平行层流流体，有效降低管道中的压力脉动，减小俘能装置对水流管道的影响。
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