CN217307519U - 采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置，包括圆柱和发电机系统，圆柱的下方设置有可变形透空箱型支座；在圆柱前驻点还设置有扑板组件；所述扑板组件包括反向扑板，所述反向扑板一侧边通过多个非线性弹簧片与圆柱的前驻点固定连接，每个所述非线性弹簧片均由三组不同长度的弹性钢片构成；所述反向扑板另一侧边还对称安装有两个流动分离片，每个流动分离片与反向扑板的夹角均为45°。本装置是反向安装在圆柱前驻点上的弹性平板的被动流致扑振，增强主圆柱周围的泄涡强度，以控制圆柱周围的流态，使流致振动发电装置的整体海流能利用效率和经济适用性得到显著提高。

Description

采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置

技术领域

本实用新型属于新能源发电装备及流固耦合力学技术领域，涉及流致振动发电装置，尤其是一种采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置。

背景技术

目前较低的能量转换效率是限制柱体流致振动类海流能发电装置商业化应用的主要原因。更大的柱体振幅和更快的振动速度意味着更多的振动机械能，即更高能量利用效率。此外，增大激发柱体大幅振动的流速区间，降低柱体涡激振动的起动流速，触发柱体尾流驰振，也是提高柱体流致振动类海流能利用装置经济适用性的关键问题。

现有的流致振动发电装置的能量利用效率较低，因此急需一种结构简单、能量转换效率高的采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置。

通过检索发现如下与本申请相关的专利文献，具体公开内容如下：

1、一种采用主动流动控制的流致振动发电装置(CN206686025U)，包括主圆柱和发电机系统，圆柱的内部为中空密闭结构，圆柱的下方设置有通过弹性连接板相互连接的上平台和下平台，圆柱下端和上平台嵌固连接，弹性连接板通过交错布置的螺栓固接于上平台和下平台的两侧形成可变形透空箱型支座，下平台与贯入海床的支撑桩固定连接；发电机系统包括永磁直线发电机和插入永磁直线发电机线圈内部的直线磁棒，直线磁棒和永磁直线发电机通过连接杆分别与上平台和下平台的侧面相连接，其特征在于，还设置有附加圆柱和机电控制系统，所述机电控制系统包括可编程步进电机、轴承和连接线缆，所述连接线缆与可编程步进电机相连；所述主圆柱的上下两端安装有卡环，上端的卡环连接有轴承，下端的卡环与所述编程步进电机的外壳相连；所述附加圆柱的一端与所述编程步进电机的转子相连，另一端与所述轴承套接；所述直线磁棒与永磁直线发电机的线圈之间留有间隙，所述弹性连接板上设有通孔。

通过技术特征的对比，上述专利文献通过附加圆柱的自转改变主圆柱周围的流场，主动控制主圆柱表面的边界层分离点的位置和漩涡脱落的时机，进而达到增大主圆柱振幅和扩展主圆柱大振幅响应流速区间的目的。然而，主动流动控制需要消耗较多的能量，并且复杂的控制机构和算法也导致成本较高、耐久性较差；因此上述公开专利文献采用的技术手段与本实用新型的技术结构不相同，不会影响本实用新型申请的创造性及新颖性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置；该装置是反向安装在圆柱前驻点上的弹性平板的被动流致扑振，增强主圆柱周围的泄涡强度，以控制圆柱周围的流态，使流致振动发电装置的整体海流能利用效率和经济适用性得到显著提高。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置，包括支撑桩、可变形透空箱型支座、圆柱以及发电机系统，所述可变形透空箱型支座由上平台和下平台以及弹性连接板构成，弹性连接板由带有通孔的钢板制成，所述弹性连接板通过交错布置的螺栓固接于上平台和下平台的两侧，形成可变形透空箱型支座，所述圆柱为内部中空密闭的圆柱，圆柱下端固接于上平台，所述下平台固接于贯入海床的支撑桩，所述发电机系统包括永磁直线发电机和插入永磁直线发电机线圈内部的直线磁棒，直线磁棒和永磁直线发电机通过连接杆分别与上平台和下平台的侧面相连接，其特征在于：所述圆柱的前驻点上还设置有扑板组件；所述扑板组件包括反向扑板、非线性弹簧片以及流动分离片，所述反向扑板一侧边通过多个非线性弹簧片与圆柱的前驻点固定连接，所述反向扑板另一侧边还对称安装有两个流动分离片。

而且，每个所述流动分离片与反向扑板的夹角为45°。

而且，每个所述非线性弹簧片均由三组不同长度的弹性钢片构成。

而且，所述下平台与支撑桩之间还同轴设置有电动转台，所述电动转台内嵌装有控制器，且电动转台的侧壁上安装有流速传感器，所述电动转台与发电机系统电连；且所述流速传感器与电动转台电连，所述电动转台通过流速传感器检测海流的方向进行自身转动调节，实现上部扑板组件与来流平行。

而且，所述直线磁棒与永磁直线发电机线圈之间留有一定的空间。

而且，整个装置表面涂敷有防腐层。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型提供的采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置中的圆柱的前驻点安装非线性弹簧片支撑的反向扑板，扑板的另一侧端为自由端，对称安装两个流动分离片，在来流作用下，流线分离片使得其周围流动分离，生成高强度漩涡，驱动非线性弹簧片支撑的反向扑板发生横流向扑振，从扑板前缘脱落的漩涡可显著增强圆柱周围的涡量，使圆柱的流致振动振幅增大，显著提高装置的能量利用效率；

本实用新型提供的采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置中非线性弹簧片支撑的反向扑板为被动流动控制装置，不消耗额外能量，且非线性弹簧片支撑的反向扑板与圆柱之间固定连接，没有复杂的连接结构，成本较低，可靠性和耐久性较高；

本实用新型提供的采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置中的电动转台设置在下平台与支撑桩之间，且与发电机系统电连，能源自用，且在电动转台上还安装有流速传感器，可以根据海流的方向调节电动转台转动方向，从而调节上部扑板组件结构的与来流的夹角，使得反向扑板与来流平行，并发生关于来流方向对称的扑振，大大提高装置的能量利用效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的扑板组件爆炸图；

图3是本实用新型的使用状态示意图；

图4是本实用新型的圆柱安装有扑板组件的主视图；

图5是本实用新型的圆柱安装有扑板组件的俯视图。

附图标记：1-支撑桩；2-下平台；3-弹性连接板；4-上平台；5-主圆柱；6-直线磁棒；7-永磁直线发电机；8-引出导线；9-连接杆；10-螺栓；11-扑板组件；12-电动转台；13-线圈；14-磁力线；15-反向扑板；16-非线性弹簧片；17-流动分离片。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

如图1至图5所示，一种采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置，包括支撑桩1、可变形透空箱型支座、圆柱5以及发电机系统，所述可变形透空箱型支座由上平台4和下平台2以及弹性连接板3构成，弹性连接板3由带有通孔的钢板制成，所述弹性连接板3通过交错布置的螺栓10固接于上平台4和下平台2的两侧，形成可变形透空箱型支座，所述圆柱5为内部中空密闭的圆柱，圆柱5下端固接于上平台4，所述下平台2固接于贯入海床的支撑桩1，所述发电机系统包括永磁直线发电机7和插入永磁直线发电机线圈13内部的直线磁棒6，直线磁棒6和永磁直线发电机7通过连接杆9分别与上平台4和下平台2的侧面(与可变形透空箱型支座变形方向平行)相连接，永磁直线发电机7上设引出导线8，图2和图3中还显示出了直线磁棒6形成的磁力线14。所述圆柱5的前驻点上还设置有扑板组件11；

所述扑板组件包括反向扑板15、非线性弹簧片16以及流动分离片17，所述反向扑板为一矩形板，所述矩形板一侧边通过多个非线性弹簧片与圆柱的前驻点固定连接，每个所述非线性弹簧片均由三组不同长度的弹性钢片构成；所述矩形板另一侧边还对称安装有两个流动分离片，每个流动分离片与反向扑板的夹角均为45°；

上述流动分离片的设置，在来流作用下，流线分离片使得其周围流动分离，生成高强度漩涡，驱动扑板组件的反向扑板发生横流向扑振，从扑板前缘脱落的漩涡可显著增强圆柱周围的涡量，使圆柱的流致振动振幅增大，显著提高装置的能量利用效率；且非线性弹簧片支撑的反向扑板为被动流动控制装置，不消耗额外能量；非线性弹簧片支撑的反向扑板与主圆柱之间固定连接，没有复杂的连接结构，成本较低，可靠性和耐久性较高；

在本实用新型具体实施中，为了使得扑板组件的反向扑板可以更好的扑振，提高能量利用效率，在所述下平台与支撑桩之间还同轴设置有电动转台12，所述电动转台内嵌装有控制器，且电动转台侧壁上安装有流速传感器(图中未示出)，所述电动转台与发电机系统电连；且所述流速传感器与电动转台的控制器电连，所述电动转台12通过流速传感器检测海流的方向进行自身转动调节，从而实现上部扑板组件结构与来流的夹角，使得扑板组件与来流平行，并发生关于来流方向对称的扑振；

在本实用新型具体实施中，所述直线磁棒6与永磁直线发电机线圈13之间留有一定的空间，此外整个装置表面均涂敷有防腐层。

尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (6)

1.一种采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置，包括支撑桩、可变形透空箱型支座、圆柱以及发电机系统，所述可变形透空箱型支座由上平台和下平台以及弹性连接板构成，弹性连接板由带有通孔的钢板制成，所述弹性连接板通过交错布置的螺栓固接于上平台和下平台的两侧，形成可变形透空箱型支座，所述圆柱为内部中空密闭的圆柱，圆柱下端固接于上平台，所述下平台固接于贯入海床的支撑桩，所述发电机系统包括永磁直线发电机和插入永磁直线发电机线圈内部的直线磁棒，直线磁棒和永磁直线发电机通过连接杆分别与上平台和下平台的侧面相连接，其特征在于：所述圆柱的前驻点上还设置有扑板组件；所述扑板组件包括反向扑板、非线性弹簧片以及流动分离片，所述反向扑板一侧边通过多个非线性弹簧片与圆柱的前驻点固定连接，所述反向扑板另一侧边还对称安装有两个流动分离片。

2.根据权利要求1所述的采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置，其特征在于：每个所述流动分离片与反向扑板的夹角为45°。

3.根据权利要求1所述的采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置，其特征在于：每个所述非线性弹簧片均由三组不同长度的弹性钢片构成。

4.根据权利要求1所述的采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置，其特征在于：所述下平台与支撑桩之间还同轴设置有电动转台，所述电动转台内嵌装有控制器，且电动转台的侧壁上安装有流速传感器，所述电动转台与发电机系统电连；且所述流速传感器与电动转台电连，所述电动转台通过流速传感器检测海流的方向进行自身转动调节，实现上部扑板组件与来流平行。

5.根据权利要求1所述的采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置，其特征在于：所述直线磁棒与永磁直线发电机线圈之间留有一定的空间。

6.根据权利要求1所述的采用反向扑板提高能量利用效率的流致振动发电装置，其特征在于：整个装置表面涂敷有防腐层。

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