CN114001001A - 一种基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统及应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统及应用方法，它包括用于和需抑制本体相连的震动抑制增压机；震动抑制增压机通过高压管路与高压储罐相连；震动抑制增压机通过低压管路与低压储罐相连；高压储罐通过热水罐与补热器相连；高压储罐同时通过流量调节阀与补热器相连；补热器通过透平与低压储罐相连。通过一套可调阻尼‑能量通用转化装置，通过将此转化装置集群实现不同规模阻尼的设置和自动化调节；而且能够对震动阻尼回收，对震动能量再利用，借助发电系统将其转化电能。

Description

一种基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统及应用方法
技术领域
本发明涉及振动抑制及发电领域，尤其涉及一种基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统及应用方法。
背景技术
随着社会对能源需求的逐渐增加且世界范围内碳减排的迫切需求，人类对清洁可再生能源的深度高效开发技术飞速发展。震动不仅时刻发生在自然界的各个角落，同样也伴随着人类生产生活的方方面面，具体表象体现在海水表面的波浪能，大桥、高层楼宇由于气流作用发生的震荡，大型装备由于加工精度在运行过程中发生的震动，甚至各种交通工具行驶过程中的起伏运动。
海洋面积约占地球总面积的70%，蕴藏了巨大的波浪能，采用鱼波互补等技术手段充分利用波浪能，可有效提升新能源的渗透率；高层建筑与大桥由于气流作用产生震动，若不将震动抑制和回收，将对维护结构本体造成不可逆损伤；以大型旋转机械为例，由于加工问题，机械往往会发生固定频率震荡。若不抑制，不仅会使其寿命下降，甚至会造成安全隐患；以船舶为例，当船舶行进方向为轴向，船舶沿轴向发生偏转或径向发生位移都会引发倾覆风险，若通过有效技术手段对其抑制并将能量加以回收，则能够增强船舶的自持能力。
目前，行业对震动的抑制主要采用配重、陀螺仪缓冲等技术手段，以上技术手段主要是通过增加阻尼将震动带来的能量吸收消耗掉，进而有效的实现了震荡抑制，这在一定程度上造成了能量的损失。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明目的是提供一种基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统及应用方法，采系统采用模块化设计，通过一套可调阻尼-能量通用转化装置，通过将此转化装置集群实现不同规模阻尼的设置和自动化调节；而且能够对震动阻尼回收，对震动能量再利用，借助发电系统将其转化电能。
为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统，它包括用于和需抑制本体相连的震动抑制增压机；震动抑制增压机通过高压管路与高压储罐相连；震动抑制增压机通过低压管路与低压储罐相连；高压储罐通过热水罐与补热器相连；高压储罐同时通过流量调节阀与补热器相连； 补热器通过透平与低压储罐相连。
所述震动抑制增压机的缸体内部设置有自由活塞；自由活塞的自由度为一，能够对单一方向的震动进行吸收；震动抑制增压机的缸体内部设置有用于对自由活塞行程进行限制的极限抑制机构；震动抑制增压机的缸体两端分别设置有单向进气口，并配合单向阀使得单向进气口实现补气单一作用；震动抑制增压机的缸体两端分别设置有单向出气口，并配合单向阀使得单向出气口实现增压出气单一作用。
所述震动抑制增压机的缸体采用模块化结构，通过列阵的形式针对不同场景需求进行一维、二维和三维向量的自由配置。
所述极限抑制机构采用弹簧、簧片或者橡胶。
所述高压储罐的内部设置有第一换热器，所述第一换热器分别通过管道与热水罐的高温罐和低温罐相连，所述高温罐和低温罐与补热器内部的第二换热器相连，并构成储热环路。
基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统的应用方法，将震动抑制增压机固定安装在需抑制本体上，当需抑制本体发生震动时，自由活塞由于惯性与震动抑制增压机的缸体发生相对运动，压缩缸体内气体使其增压，同时施以对震动抑制增压机或需抑制本体的反作用力达到震动抑制作用；
增压后的气体通过高压管路储存在高压储罐内，并在其内部实现压力与热力的解耦存储；当需要较长周期存储热量时，将热量单独存储在热水罐内；当需要调节抑制阻尼或有供电需求时，开启流量调节阀，高压气体经过补热器吸热并推动透平发电，低压气体存贮于低压储罐内，震动过程同时将低压储罐内的低压气体吸入震动抑制增压机的缸体内增压。
高压储罐的第一换热器用于需要长周期存储高压气体时将压力热力解耦，高频运行时则无需开启第一换热器和第二换热器相应的载热流体循环；当需要用热时，则开启第一换热器和第二换热器，并通过第二换热器对补热器内部的高压气体进行补热，当储气压力不需存储时，系统连续运行即可，无需开启储热环路。
系统采用闭式循环或开式循环运行；内部气体在开式循环中以空气为循环介质，在闭式循环中建立常用纯工质作为循环介质。
所述常用纯工质选用二氧化碳、氮气或氢气。
本发明有如下有益效果：
1、本发明所提供的一种用于通过震动阻尼回收利用相应的震动能量并转化发电的模块化装备，该装备属于一种可模块化配置的装置，其中核心装置震动抑制增压机自由度为一，可回收来自单一方向震动的能量，通过两个配对或三个匹配对可实现二维到三维震动的抑制和能量的回收。该装置可根据场景、能量抑制需求或发电需求进行自由装机配置。
2、通过采用震动抑制增压机采用自由度为一的自由活塞的活塞机作为核心能量转换装置，同时利用自由活塞本身的惯性同时实现震动的抑制和气体的增压存储。
3、通过将所述活塞机采用两端同时设置一对进气、排气口，使一个活塞行程同时完成吸气和增压两个工艺。
4、本系统通过将气体增压储能和压力、热力的解耦使吸收的能量能够按需输出。
5、本系统中所有的管路都选用软管，进而能够方便灵和的对整个系统进行灵和配置以适应不同的使用场合。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明一种基于惯性稳定的震荡抑制及发电系统的闭式循环示意图。
图2为本发明一种基于惯性稳定的震荡抑制及发电系统的开式循环示意图。
图中：震动抑制增压机1、高压储罐2、流量调节阀3、热水罐4、补热器5、透平6、低压储罐7、高压管路8、低压管路9；
缸体1a、单向进气口1b、极限抑制机构1c、单向出气口1d、自由活塞1e、第一换热器2a、高温罐4a、低温罐4b、第二换热器5a。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-2，一种基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统，它包括用于和需抑制本体相连的震动抑制增压机1；震动抑制增压机1通过高压管路8与高压储罐2相连；震动抑制增压机1通过低压管路9与低压储罐7相连；高压储罐2通过热水罐4与补热器5相连；高压储罐2同时通过流量调节阀3与补热器5相连； 补热器5通过透平6与低压储罐7相连。通过采用上述的系统能够通过震动抑制增压机1吸收需抑制本体的震动能量，并将能量通过转化之后用于发电，即起到了抑制震动的作用，也起到了发电的目的。
进一步的，所述震动抑制增压机1的缸体内部设置有自由活塞1e；自由活塞1e的自由度为一，能够对单一方向的震动进行吸收；震动抑制增压机1的缸体1a内部设置有用于对自由活塞1e行程进行限制的极限抑制机构1c；震动抑制增压机1的缸体两端分别设置有单向进气口1b，并配合单向阀使得单向进气口实现补气单一作用；震动抑制增压机1的缸体两端分别设置有单向出气口1d，并配合单向阀使得单向出气口实现增压出气单一作用。通过采用上述的震动抑制增压机1主要起到能量转化的目的，其能够回收来自单一方向震动的能量，同时利用自由活塞本身的惯性同时实现震动的抑制和气体的增压存储。
进一步的，所述震动抑制增压机1的缸体采用模块化结构，通过列阵的形式针对不同场景需求进行一维、二维和三维向量的自由配置。通过采用上述的模块化结构设计能够方便的对系统进行组合，进而达到最佳的系统运行效果。可根据场景、能量抑制需求或发电需求进行自由装机配置。
进一步的，所述极限抑制机构1c采用弹簧、簧片或者橡胶。通过采用上述的材料，能够起到很好的缓冲效果，有效防止了自由活塞1e行程过大造成缸体损坏。
进一步的，所述高压储罐2的内部设置有第一换热器2a，所述第一换热器2a分别通过管道与热水罐4的高温罐4a和低温罐4b相连，所述高温罐4a和低温罐4b与补热器5内部的第二换热器5a相连，并构成储热环路。通过上述的储热环路能够用于对高压气体进行热力的解耦和存储，并能够和补热器5相配合，对高压气体进行加热。
实施例2：
基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统的应用方法，将震动抑制增压机1固定安装在需抑制本体上，当需抑制本体发生震动时，自由活塞1e由于惯性与震动抑制增压机1的缸体1a发生相对运动，压缩缸体内气体使其增压，同时施以对震动抑制增压机1或需抑制本体的反作用力达到震动抑制作用；增压后的气体通过高压管路8储存在高压储罐2内，并在其内部实现压力与热力的解耦存储；当需要较长周期存储热量时，将热量单独存储在热水罐4内；当需要调节抑制阻尼或有供电需求时，开启流量调节阀3，高压气体经过补热器5吸热并推动透平6发电，低压气体存贮于低压储罐7内，震动过程同时将低压储罐7内的低压气体吸入震动抑制增压机1的缸体内增压。
进一步的，高压储罐2的第一换热器2a用于需要长周期存储高压气体时将压力热力解耦，高频运行时则无需开启第一换热器2a和第二换热器5a相应的载热流体循环；当需要用热时，则开启第一换热器2a和第二换热器5a，并通过第二换热器5a对补热器5内部的高压气体进行补热，当储气压力不需存储时，系统连续运行即可，无需开启储热环路。
进一步的，系统采用闭式循环或开式循环运行；内部气体在开式循环中以空气为循环介质，在闭式循环中建立常用纯工质作为循环介质。通过采用不同的运行方式，能够适应不同的使用场合。
进一步的，所述常用纯工质选用二氧化碳、氮气或氢气。
实施例3：
高层建筑与大桥在特殊地形或高速气流作用下会发生摇动或摆动，当振动源（地震、涡街）频率与建筑构筑物整体或部分频率一致，则会导致高层建筑与大桥的形变振幅逐渐增加，轻则造成钢结构的疲劳，重则造成建筑构筑物的垮塌；高层建筑的震动可分解为水平面上相互垂直的两个向量，也就是说在布置该装置时可采用两个震动抑制增压机1配对组合，其自由活塞1e运动方向在水平面上相互垂直，并可根据楼层高度及位移振幅配置不同的数量；大桥的震动方向一般为重力方向，可采用全部震动抑制增压机1自由活塞1e运动方向与重力方向保持一致，根据抑制需求分布式布置在桥面上；除通过震动抑制增压机1的惯性抑制系统震动外，可通过流量调节阀3调节高压储罐2和低压储罐7内的压力，从而调整所述基于惯性稳定的震荡抑制及发电系统的阻尼；由于高层建筑与大桥一般为刚性连接形变范围较小，故而在针对性设计时需采用“大活塞小行程”的原则。
实施例4：
船舶或其它海洋平台会在波浪作用下发生起伏或摇摆的情况，尤其在大风浪的条件下，若不对其进行抑制，则会造成倾覆风险；考虑到船舶或其他有动力海洋平台的震动方向可分解为垂直于行进方向的平面上的两个垂直向量，布置该装置时可采用两个震动抑制增压机1配对组合，其自由活塞1e运动方向相互垂直。当在无动力海洋平台上应用时，可增设一震动抑制增压机1与二者方向垂直；当专门建设波浪能电站时，可将震动抑制增压机1配置（自由活塞1e移动方向与重力方向平行）在相应“浮子单元”上。当浮子单元随波浪上下移动时，即可实现对波浪能的吸收及转化；由于海浪振幅相对较大，故而在针对性设计的时候采用“小活塞大行程”的原则。

Claims (9)

1.一种基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统，其特征在于：它包括用于和需抑制本体相连的震动抑制增压机（1）；震动抑制增压机（1）通过高压管路（8）与高压储罐（2）相连；震动抑制增压机（1）通过低压管路（9）与低压储罐（7）相连；高压储罐（2）通过热水罐（4）与补热器（5）相连；高压储罐（2）同时通过流量调节阀（3）与补热器（5）相连； 补热器（5）通过透平（6）与低压储罐（7）相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统，其特征在于：所述震动抑制增压机（1）的缸体内部设置有自由活塞（1e）；自由活塞（1e）的自由度为一，能够对单一方向的震动进行吸收；震动抑制增压机（1）的缸体（1a）内部设置有用于对自由活塞（1e）行程进行限制的极限抑制机构（1c）；震动抑制增压机（1）的缸体两端分别设置有单向进气口（1b），并配合单向阀使得单向进气口实现补气单一作用；震动抑制增压机（1）的缸体两端分别设置有单向出气口（1d），并配合单向阀使得单向出气口实现增压出气单一作用。
3.根据权利要求2所述的一种基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统，其特征在于：所述震动抑制增压机（1）的缸体采用模块化结构，通过列阵的形式针对不同场景需求进行一维、二维和三维向量的自由配置。
4.根据权利要求2所述的一种基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统，其特征在于：所述极限抑制机构（1c）采用弹簧、簧片或者橡胶。
5.根据权利要求1所述的一种基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统，其特征在于：所述高压储罐（2）的内部设置有第一换热器（2a），所述第一换热器（2a）分别通过管道与热水罐（4）的高温罐（4a）和低温罐（4b）相连，所述高温罐（4a）和低温罐（4b）与补热器（5）内部的第二换热器（5a）相连，并构成储热环路。
6.权利要求1-5任意一项所述基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统的应用方法，其特征在于：将震动抑制增压机（1）固定安装在需抑制本体上，当需抑制本体发生震动时，自由活塞（1e）由于惯性与震动抑制增压机（1）的缸体（1a）发生相对运动，压缩缸体内气体使其增压，同时施以对震动抑制增压机（1）或需抑制本体的反作用力达到震动抑制作用；
增压后的气体通过高压管路（8）储存在高压储罐（2）内，并在其内部实现压力与热力的解耦存储；当需要较长周期存储热量时，将热量单独存储在热水罐（4）内；当需要调节抑制阻尼或有供电需求时，开启流量调节阀（3），高压气体经过补热器（5）吸热并推动透平（6）发电，低压气体存贮于低压储罐（7）内，震动过程同时将低压储罐（7）内的低压气体吸入震动抑制增压机（1）的缸体内增压。
7.根据权利要求6所述基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统的应用方法，其特征在于：高压储罐（2）的第一换热器（2a）用于需要长周期存储高压气体时将压力热力解耦，高频运行时则无需开启第一换热器（2a）和第二换热器（5a）相应的载热流体循环；当需要用热时，则开启第一换热器（2a）和第二换热器（5a），并通过第二换热器（5a）对补热器（5）内部的高压气体进行补热，当储气压力不需存储时，系统连续运行即可，无需开启储热环路。
8.根据权利要求6所述基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统的应用方法，其特征在于：系统采用闭式循环或开式循环运行；内部气体在开式循环中以空气为循环介质，在闭式循环中建立常用纯工质作为循环介质。
9.根据权利要求8所述基于惯性稳定的震荡抑制和发电系统的应用方法，其特征在于：所述常用纯工质选用二氧化碳、氮气或氢气。
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