CN114657908B

CN114657908B - 一种利用涡激振动捕能的风屏障结构

Info

Publication number: CN114657908B
Application number: CN202210246018.4A
Authority: CN
Inventors: 陈文龙; 王汉封
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2023-05-26
Anticipated expiration: 2042-03-11
Also published as: CN114657908A

Abstract

本发明公开了一种利用涡激振动捕能的风屏障结构，具体涉及风屏障技术领域，包括底座，以及安装在底座上的风屏障，所述风屏障上间隔开设有安装槽，所述安装槽中设有弹性板，所述弹性板顶部固定设有捕能组件，所述弹性板底部安装有振动发电机，所述风屏障上分布有多个窗口组件；所述窗口组件包括有第一窗口，所述第一窗口内部间隔设有多个第一消声叶，所述第一消声叶一端设有可移动的第一滑杆。本发明通过捕能组件，在风屏障外侧横风较大时，实现风能发电，能为风屏障区域附近的用电设备供电，在市区时，外界横风比较小，风屏障通过噪音传感器可检测不同列车运行时产生的噪音，从而调节若干个第一消声叶的迎风角度，实现声屏障的作用。

Description

一种利用涡激振动捕能的风屏障结构

技术领域

本发明涉及风屏障技术领域，更具体地说，本发明涉及一种利用涡激振动捕能的风屏障结构。

背景技术

目前，轨道列车在行驶时，由于外界的环境复杂，容易出现大风天气，大风容易对列车行驶产生影响，使得列车行驶途中存在安全问题，相关技术中，通常在轨道的两侧安装风屏障，以此减缓大风对列车的影响，而提高列车行驶的平稳性和安全性。

目前，当风屏障受到横风侵袭时，必然将所受到的风荷载向下传递，势必会影响其稳定性和耐久性，且不能对风能进行捕捉，利用率低。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种利用涡激振动捕能的风屏障结构，本发明所要解决的技术问题是：当风屏障受到横风侵袭时，必然将所受到的风荷载向下传递，势必会影响其稳定性和耐久性，且不能对风能进行捕捉，利用率低。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用涡激振动捕能的风屏障结构，包括底座，以及安装在底座上的风屏障，所述风屏障上间隔开设有安装槽，所述安装槽中设有弹性板，所述弹性板顶部固定设有捕能组件，所述弹性板底部安装有振动发电机，所述风屏障上分布有多个窗口组件；所述窗口组件包括有第一窗口，所述第一窗口内部间隔设有多个第一消声叶，所述第一消声叶一端设有可移动的第一滑杆，所述第一滑杆上开设有第一齿槽，所述第一消声叶上固定设有与第一齿槽啮合的第一齿轮，所述第一滑杆底部设有第一凸轮，所述第一凸轮一侧固定设有第一转轴，所述第一转轴一端传动连接有第一电机；所述窗口组件还包括有第二窗口，所述第二窗口与第一窗口交错分布，所述第二窗口内部间隔设有多个第二消声叶，所述第二消声叶一端设有可移动的第二滑杆，所述第二滑杆上开设有第二齿槽，所述第二消声叶上固定设有与第二齿槽啮合的第二齿轮，所述第二滑杆底部设有第二凸轮，所述第二凸轮一侧固定设有第二转轴，所述第二转轴一端传动连接有第二电机；所述窗口组件还包括安装在风屏障上的风速传感器、噪音传感器和处理器，所述处理器电连接第一电机、第二电机、风速传感器和噪音传感器，所述振动发电机与底座固定，所述捕能组件包括尾板和两个对称的前挡板组成，所述风屏障内部设有容纳第一滑杆和第二滑杆垂直滑动的滑槽，所述第一滑杆和第二滑杆底部均转动设有滚轮，所述第一凸轮和第二凸轮顶部均与滚轮相抵；

风屏障外侧横风较大，风速到达预设值时，弹捕能组件在风力作用下会发生涡激振动，并通过涡激振动实现对风能的捕集，弹性板安装在振动发电机上，故可产生电力，风屏障通过噪音传感器可检测不同列车运行时产生的噪音，从而调节若干个第一消声叶的迎风角度，实现对不同消声分贝的自由选择，通过风速传感器可对风屏障外侧风速进行检测，进而对第二消声叶的角度进行调节，自动调节第二消声叶通流角度，达到最佳泄压效果。

进一步，所述第一消声叶和第二消声叶均转动设置在窗口组件中，所述第一消声叶和第二消声叶均由不锈钢材料制成。

进一步，所述处理器中包括有对比器，所述振动发电机通过导线与处理器连接。

进一步，所述噪音传感器设置在风屏障内层，所述风速传感器设置在风屏障外侧。

进一步，所述风屏障底部设有卡块，所述底座上设有与卡块匹配的插槽。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过捕能组件，在风屏障外侧横风较大时，捕能组件在风力作用下会发生涡激振动，并通过涡激振动实现对风能的捕集，实现风能发电，能为风屏障区域附近的用电设备供电，实现部分设备所需电能的自给自足，节约环保，在市区时，外界横风比较小，风屏障通过噪音传感器可检测不同列车运行时产生的噪音，从而调节若干个第一消声叶的迎风角度，实现对不同消声分贝的自由选择，改善消声叶降噪的作用，实现声屏障的作用，与现有技术相比，本发明不管在不在市区，只要风速在这一区间内，都会发生涡激振动，适用性高；风屏障在市区也能起到降低噪音的作用；

2、本发明通过滚轮与凸轮实现滚动接触，从而减少与凸轮间的摩擦阻尼，保证第一滑杆和第二滑杆运动的流畅性，进而保证第一消声叶和第二消声叶的顺利打开；

3、本发明卡块和插槽配合使风屏障可拆卸，便于对损坏的风屏障进行更换，节约成本。

附图说明

图1为本发明整体结构正视图。

图2为本发明弹性板结构俯视图。

图3为本发明第一窗口结构剖视图。

图4为本发明第一滑杆和第一齿轮连接结构示意图。

图5为本发明第二窗口结构剖视图。

图6为本发明第二滑杆和第二齿轮连接结构示意图。

图7为本发明控制系统框图。

附图标记为：1、底座；2、风屏障；3、弹性板；4、振动发电机；5、第一窗口；6、第一消声叶；7、第一滑杆；8、第一齿槽；9、第一齿轮；10、第一凸轮；11、第一转轴；12、第一电机；13、第二窗口；14、第二消声叶；15、第二滑杆；16、第二齿槽；17、第二齿轮；18、第二凸轮；19、第二转轴；20、第二电机；21、风速传感器；22、噪音传感器；23、处理器；24、尾板；25、前挡板；26、滚轮；27、对比器；28、卡块；29、捕能组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-7所示，在本实施例中一种利用涡激振动捕能的风屏障结构，包括底座1，以及安装在底座1上的风屏障2，所述风屏障2上间隔开设有安装槽，所述安装槽中设有弹性板3，所述弹性板3顶部固定设有捕能组件29，所述弹性板3底部安装有振动发电机4，所述风屏障2上分布有多个窗口组件；所述窗口组件包括有第一窗口5，所述第一窗口5内部间隔设有多个第一消声叶6，所述第一消声叶6一端设有可移动的第一滑杆7，所述第一滑杆7上开设有第一齿槽8，所述第一消声叶6上固定设有与第一齿槽8啮合的第一齿轮9，所述第一滑杆7底部设有第一凸轮10，所述第一凸轮10一侧固定设有第一转轴11，所述第一转轴11一端传动连接有第一电机12；所述窗口组件还包括有第二窗口13，所述第二窗口13与第一窗口5交错分布，所述第二窗口13内部间隔设有多个第二消声叶14，所述第二消声叶14一端设有可移动的第二滑杆15，所述第二滑杆15上开设有第二齿槽16，所述第二消声叶14上固定设有与第二齿槽16啮合的第二齿轮17，所述第二滑杆15底部设有第二凸轮18，所述第二凸轮18一侧固定设有第二转轴19，所述第二转轴19一端传动连接有第二电机20；所述窗口组件还包括安装在风屏障2上的风速传感器21、噪音传感器22和处理器23，所述处理器23电连接第一电机12、第二电机20、风速传感器21和噪音传感器22，其中，风速传感器21型号为 FC-2B，噪音传感器22型号为PR-3002-ZS-I20，处理器23型号为AVR单片机。

其中，涡激振动是在某一风速区间内发生的，在风速较小时，振动频率慢，发电功率较低，风速较大时，振动频率快，发电功率快，也就是说不管在不在市区，只要风速在这一区间内，都会发生涡激振动；风屏障主要在市区内起到降低噪音的作用，但并不限于市区；

且在使用中，弹性板的高度比两侧风屏障的高度要高，可以是风屏障高度的1.5～2倍（高度越高，振动幅度越大，发电功率越高），弹性板也可以设在风屏障的外侧或内侧（与两侧风屏障不在一条线上），防止振动幅度过大，碰到两侧的风屏障，真实风屏障高度大约为3米，弹性板高度可设为5米，在弹性板顶部安装捕能组件，捕能组件高度可设为1.2～1.5m，也就是说总高度为6.5m左右。

具体实施方式，使用时，将弹性板3间隔安装在风屏障2上，弹性板3与铁路垂直方向设置，在风屏障2外侧横风较大时，使弹性板3上方的捕能组件29仅允许沿铁路轴线方向的变形和振动，当风屏障2外侧产生的风速到达预设值时，捕能组件29在风力作用下会发生涡激振动，并通过涡激振动实现对风能的捕集，弹性板3安装在振动发电机4上，故可产生电力，实现风能发电，能为风屏障区域附近的用电设备供电，例如照明、线路监控设备等，实现部分设备所需电能的自给自足，节约环保，在市区时，外界横风比较小，风屏障2通过噪音传感器22可检测不同列车运行时产生的噪音，并将噪音分贝传输到处理器23中，处理器23通过对比器27与预设的噪音区域值进行对比，当对比位于该噪音区域值中时，处理器23会启动第一电机12，第一电机12输出轴电动第一转轴11旋转相应角度，第一转轴11带动若干个第一凸轮10转动相应角度，使第一凸轮10挤压第一滑杆7，第一滑杆7通过第一齿槽8带动第一齿轮9传动相应圈数，从而调节若干个第一消声叶6的迎风角度，实现对不同消声分贝的自由选择，也改变了噪声辐射的指向性，改善消声叶降噪的作用，使用效果好，通过风速传感器21，可对风屏障2外侧风速进行检测，当外侧风速到底预设区间时，处理器23会启动第二电机20，第二电机20输出轴带动第二转轴19转动相应圈数，进而到底若干个第二凸轮18转动，第二凸轮18带动多个第二滑杆15移动，第二滑杆15通过第二齿槽16推动第二齿轮17转动相应角度，进而对第二消声叶14的角度进行调节，自动调节第二消声叶14通流角度，达到最佳泄压效果。

在本实施例中，所述振动发电机4与底座1固定，所述捕能组件29包括尾板24和两个对称的前挡板25组成。

由于，自然界中的鱼类由于其独特的流线型结构，可以明显降低流体对它的阻力，避免旋涡脱落的现象发生，这种流线型设计构思已广泛应用于飞机、潜艇、汽车和轮船等，而本专利发明的捕能组件则利用了反流线型结构，促进旋涡的脱落，并利用涡激振动进行能量收集，采用轻质高强的材料制作捕能组件是因为振动频率快而且发生涡振的风速区间大，效率更高，更经济实用。

在本实施例中，所述风屏障2内部设有容纳第一滑杆7和第二滑杆15垂直滑动的滑槽。

通过滑槽对第一滑杆7和第二滑杆15的移动起到限位约束作用，使第一滑杆7和第二滑杆15在滑动过程中更加稳定。

在本实施例中，所述第一滑杆7和第二滑杆15底部均转动设有滚轮26，所述第一凸轮10和第二凸轮18顶部均与滚轮26相抵。

通过滚轮26与凸轮实现滚动接触，从而减少与凸轮间的摩擦阻尼，保证第一滑杆7和第二滑杆15运动的流畅性。

在本实施例中，所述第一消声叶6和第二消声叶14均转动设置在窗口组件中，所述第一消声叶6和第二消声叶14均由不锈钢材料制成。

不锈钢材料制成的第一消声叶6和第二消声叶14，耐腐蚀，使用寿命长。

在本实施例中，所述处理器23中包括有对比器27，所述振动发电机4通过导线与处理器23连接。

所述噪音传感器22设置在风屏障2内层，所述风速传感器21设置在风屏障2外侧。

在本实施例中，所述风屏障2底部设有卡块28，所述底座1上设有与卡块28匹配的插槽。

卡块28和插槽配合使风屏障2可拆卸，便于对损坏的风屏障2进行更换，节约成本。

本发明工作原理：

参照说明书附图1-7，当风屏障2外侧横风较大，风速到达预设值时，弹捕能组件29在风力作用下会发生涡激振动，并通过涡激振动实现对风能的捕集，弹性板3安装在振动发电机4上，故可产生电力，风屏障2通过噪音传感器22可检测不同列车运行时产生的噪音，从而调节若干个第一消声叶6的迎风角度，实现对不同消声分贝的自由选择，通过风速传感器21可对风屏障2外侧风速进行检测，进而对第二消声叶14的角度进行调节，自动调节第二消声叶14通流角度。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种利用涡激振动捕能的风屏障结构，包括底座（1），以及安装在底座（1）上的风屏障（2），其特征在于：所述风屏障（2）上间隔开设有安装槽，所述安装槽中设有弹性板（3），所述弹性板（3）顶部固定设有捕能组件（29），所述弹性板（3）底部安装有振动发电机（4），所述风屏障（2）上分布有多个窗口组件；

所述窗口组件包括有第一窗口（5），所述第一窗口（5）内部间隔设有多个第一消声叶（6），所述第一消声叶（6）一端设有可移动的第一滑杆（7），所述第一滑杆（7）上开设有第一齿槽（8），所述第一消声叶（6）上固定设有与第一齿槽（8）啮合的第一齿轮（9），所述第一滑杆（7）底部设有第一凸轮（10），所述第一凸轮（10）一侧固定设有第一转轴（11），所述第一转轴（11）一端传动连接有第一电机（12）；

所述窗口组件还包括有第二窗口（13），所述第二窗口（13）与第一窗口（5）交错分布，所述第二窗口（13）内部间隔设有多个第二消声叶（14），所述第二消声叶（14）一端设有可移动的第二滑杆（15），所述第二滑杆（15）上开设有第二齿槽（16），所述第二消声叶（14）上固定设有与第二齿槽（16）啮合的第二齿轮（17），所述第二滑杆（15）底部设有第二凸轮（18），所述第二凸轮（18）一侧固定设有第二转轴（19），所述第二转轴（19）一端传动连接有第二电机（20）；

所述窗口组件还包括安装在风屏障（2）上的风速传感器（21）、噪音传感器（22）和处理器（23），所述处理器（23）电连接第一电机（12）、第二电机（20）、风速传感器（21）和噪音传感器（22），所述振动发电机（4）与底座（1）固定，所述捕能组件（29）包括尾板（24）和两个对称的前挡板（25）组成，所述风屏障（2）内部设有容纳第一滑杆（7）和第二滑杆（15）垂直滑动的滑槽，所述第一滑杆（7）和第二滑杆（15）底部均转动设有滚轮（26），所述第一凸轮（10）和第二凸轮（18）顶部均与滚轮（26）相抵；

风屏障（2）外侧横风较大，风速到达预设值时，弹捕能组件（29）在风力作用下会发生涡激振动，并通过涡激振动实现对风能的捕集，弹性板（3）安装在振动发电机（4）上，故可产生电力，风屏障（2）通过噪音传感器（22）可检测不同列车运行时产生的噪音，从而调节若干个第一消声叶（6）的迎风角度，实现对不同消声分贝的自由选择，通过风速传感器（21）可对风屏障（2）外侧风速进行检测，进而对第二消声叶（14）的角度进行调节，自动调节第二消声叶（14）通流角度，达到最佳泄压效果。

2.根据权利要求1所述的一种利用涡激振动捕能的风屏障结构，其特征在于：所述第一消声叶（6）和第二消声叶（14）均转动设置在窗口组件中，所述第一消声叶（6）和第二消声叶（14）均由不锈钢材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种利用涡激振动捕能的风屏障结构，其特征在于：所述处理器（23）中包括有对比器（27），所述振动发电机（4）通过导线与处理器（23）连接。

4.根据权利要求1所述的一种利用涡激振动捕能的风屏障结构，其特征在于：所述噪音传感器（22）设置在风屏障（2）内层，所述风速传感器（21）设置在风屏障（2）外侧。

5.根据权利要求1所述的一种利用涡激振动捕能的风屏障结构，其特征在于：所述风屏障（2）底部设有卡块（28），所述底座（1）上设有与卡块（28）匹配的插槽。