CN210152843U

CN210152843U - 一种振动能转化为风能的发电装置

Info

Publication number: CN210152843U
Application number: CN201920587337.5U
Authority: CN
Inventors: 何运成; 周砚莹; 梁启胜; 傅继阳; 吴玖荣
Original assignee: Guangzhou University
Current assignee: Guangzhou University
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-03-17
Anticipated expiration: 2029-04-26

Abstract

本实用新型涉及发电技术，为振动能转化为风能的发电装置，包括密闭箱、橡胶条、重物块及风力发电机；弧形橡胶条设有多根，每根弧形橡胶条的一侧与密封箱顶面的侧边连接，多根弧形橡胶条在密封箱顶部形成向密封箱内部凹陷的弧面，该弧面的中部设有缺口；重物块设置在弧面的中部缺口上，并与弧面密封连接；在密封箱下端相对的两侧面分别设有进气口和排气口；进气口上设有进气单向阀以及风力发电机；排气口上设有排气单向阀以及风力发电机。本发电装置利用桥梁等振动能量发电，可为桥梁等建筑物的小型电子设备供电，发电效果好，且结构简单、无污染。

Description

一种振动能转化为风能的发电装置

技术领域

本实用新型涉及发电技术，具体为一种振动能转化为风能的发电装置。

背景技术

桥梁作为一种重要的基础设施，其在交通运输及社会经济发展中发挥着越来越重要的作用。我国修建了大量形式各异的桥梁，包括小到跨街道的行人天桥，大到跨江海的大跨度桥梁。受自然环境及车辆荷载等因素的长期作用，桥梁在服役期间其结构的安全性、适用性和耐久性必然会发生退化。此外，桥梁在设计、施工、维护和管理等方面的不足也会影响自身质量。因此，桥梁的安全耐久性是桥梁工程界一直关注的重要问题。自上世纪90年代，国内外大跨度桥梁开始设置结构健康监测系统用来实时掌握结构的健康状态，至今桥梁健康监测与诊断系统已广泛应用于桥梁工程领域。然而，传统基于线路供电的监测系统布置方式存在诸多不足；如布置难度大，周期长，成本高，维护不便等。近些年也有采用电池对传感器节点供电的报道。但这种模式也存在一定缺陷，如电池需定期更换，而在某些情况下更换操作极为不便或更换成本过高；此外，电池更换期间会导致监测系统不能连续工作。与上述供电模式相比，基于桥梁振动的发电装置可为无线传感器等小型电子设备提供持续且便捷的电能，从而有效促进结构健康监测系统向自驱化、智能化方向发展。

发明内容

为解决现有技术所存在的技术问题，本实用新型提供一种振动能转化为风能的发电装置，利用桥梁等振动能量发电，可为桥梁等建筑物的小型电子设备供电，发电效果好，且结构简单、无污染。

本实用新型采用以下技术方案来实现：一种振动能转化为风能的发电装置，包括密闭箱、橡胶条、重物块及风力发电机；弧形橡胶条设有多根，每根弧形橡胶条的一侧与密封箱顶面的侧边连接，多根弧形橡胶条在密封箱顶部形成向密封箱内部凹陷的弧面，该弧面的中部设有缺口；重物块设置在弧面的中部缺口上，并与弧面密封连接；在密封箱下端相对的两侧面分别设有进气口和排气口；进气口上设有进气单向阀以及风力发电机；排气口上设有排气单向阀以及风力发电机。

优选地，排气口内的风力发电机通过支杆设置在排气单向阀的阀口处；进气口内的风力发电机通过支杆设置在进气单向阀的阀口处。

优选地，所述橡胶条为弧形橡胶条。所述橡胶条设有四根，每根弧形橡胶条的一侧与密封箱顶面的一侧边连接。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型将桥梁振动能转化为风能进行发电，具有结构简单、无污染等诸多优点。

2、本实用新型利用桥梁振动能量发电，密闭箱的箱体两侧进气口和排气口均有单向阀，重物块受到振动或者运动时会压缩箱内空间，使气体向排气单向阀排出，且箱内气压降低后，箱外的空气会从另一侧进气单向阀进入箱内，因而进气口和排气口处的气流流动方向始终不变，进气口和排气口处的风力发电机发电效率高，发电效果好。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的A-A剖切图；

图3是本实用新型的密闭箱透视图；

其中：1-密闭箱；2-橡胶条；3-重物块；4-进气口；5-排气口；6-小型风力发电机；61-支杆；7-排气单向阀；8-进气单向阀。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1-3所示，本实用新型发电装置包括密闭箱1、弧形橡胶条2、重物块3、小型风力发电机6和电线。弧形橡胶条设有四根，每根弧形橡胶条的一侧与密封箱1顶面的一侧边连接，四根弧形橡胶条在密封箱1顶部形成向密封箱内部凹陷的弧面，该弧面的中部设有缺口；重物块设置在弧面的中部缺口上，并与弧面密封连接。在密封箱下端相对的两侧面分别设有进气口4和排气口5；进气口上设有进气单向阀8，以及通过支杆61设置在进气单向阀的阀口处的小型风力发电机6；排气口上设有排气单向阀7，以及通过支杆61设置在排气单向阀的阀口处的小型风力发电机6。小型风力发电机通过电线连接到箱子外，电线布设在支杆内。本实用新型发电装置可利用外界振动引起其内部气压的变化，产生气流，推动小型风力发电机的叶片转动并发电。

在本实施例中，密闭箱顶面的四周开设有缝隙，橡胶条镶嵌入密闭箱的缝隙中，并与密闭箱固定连接；重物块的侧面也设有缝隙，橡胶条镶嵌入重物块的缝隙中，并与重物块密封连接。

基于将振动能转化为风能的发电原理，当本实用新型装置放置于桥面等可振动的地方时，被弧形橡胶条吊着的重物块也会振动，由于弧形橡胶条有一定弹性，因此重物块的振幅较大。当重物块向下振动时，箱子下部分的空气被压缩，气体压强增大，通过箱子下方向外开启的排气单向阀将气体排出，放置在排气单向阀的阀口处的小型风力发电机转动而发电。

可通过调节重物块的质量改变橡胶条与重物块整体的固有频率。当橡胶条与重物块连成的整体的固有频率与密闭箱的固有频率一致时，橡胶条与重物块产生共振，振动能的利用率将达到最大。橡胶条有一定弹性，因此吊着重物块的橡胶条相当于一个被拉长的弹簧，当橡胶条的变形增大时橡胶条的弹力也会增加，当橡胶条的弹力小于重物块的重力时(弹力F＝k×△x，其中k为弹性系数，△x为橡胶条的变形量)，重物块会拉着橡胶条向下运动。当橡胶条被拉伸变形至一定变形量时，橡胶条的弹力会等于重物块的重力，此时重物块会与橡胶条保持暂时的平衡，不再向下运动。当箱体所处的环境产生振动，箱体会将振动传到重物块，此时橡胶条的弹性力会小于重物块的重力与重物块向下的动力之和，此时橡胶条会继续被重物块拉着向下运动，直到橡胶条的弹性力等于重物块的重力与重物块向下的动力之和。由于振动波是上下交替的，在某一时刻振动传导给重物块的动力方向从下变为上，此时被向下拉的橡胶条的弹性力会大于重物块的重力和重物块向上的动力之和，这时重物块会被橡胶条拉着向上运动。重物块由此反复上下运动，压缩箱体内空气。

当箱体内的气体被排出后，箱内的气压减小，外界大气压比箱内气压大，外界气流通过进气口的进气单向阀流入箱体内；且进气单向阀的阀口放有小型风力发电机，风力发电机转动而发电。

如此循环振动，可以持续产生电流。当箱子越大，重物越大，可以压缩的空气范围越大，被压缩的气流越多，发电能力越大。若将重物与橡胶条的整体固有频率调制到与桥梁的振动频率一致，则可以引起重物与橡胶条的共振现象，可增加重物的振幅，使发电能力增强。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种振动能转化为风能的发电装置，其特征在于，包括密闭箱、橡胶条、重物块及风力发电机；弧形橡胶条设有多根，每根弧形橡胶条的一侧与密封箱顶面的侧边连接，多根弧形橡胶条在密封箱顶部形成向密封箱内部凹陷的弧面，该弧面的中部设有缺口；重物块设置在弧面的中部缺口上，并与弧面密封连接；在密封箱下端相对的两侧面分别设有进气口和排气口；进气口上设有进气单向阀以及风力发电机；排气口上设有排气单向阀以及风力发电机。

2.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，排气口内的风力发电机通过支杆设置在排气单向阀的阀口处。

3.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，进气口内的风力发电机通过支杆设置在进气单向阀的阀口处。

4.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述橡胶条为弧形橡胶条。

5.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述橡胶条设有四根，每根弧形橡胶条的一侧与密封箱顶面的一侧边连接。

6.根据权利要求2或3所述的发电装置，其特征在于，所述风力发电机通过电线连接到密闭箱外，电线布设在所述支杆内。

7.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述密闭箱顶面的四周开设有缝隙，橡胶条镶嵌入密闭箱的缝隙中，并与密闭箱固定连接。

8.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述重物块的侧面设有缝隙，橡胶条镶嵌入重物块的缝隙中，并与重物块密封连接。