针对现有涡激振动发电装置振幅小，输出功率低等不足，提出一种基于驰振效应的多圆柱串列曲轴式水流发电装置。利用粗糙带激发阵子的大振幅，并借鉴多缸内燃机的曲轴结构，实现阵子群的高能量输出密度和大规模发电技术。整套装置主要包括带有粗糙带的圆柱振子，轴套，连杆，曲轴，发电机，连接器，弹簧等。带有粗糙带的振子两端通过连接器连接在轴套上，保证了同一根连杆下阵子运动的一致性；利用曲轴传动机构将不同相位的多列阵子的往复直线运动转化为同一根曲轴的单向旋转运动，曲轴的一端与发电机连接，将机械能转化为电能。该装置实现了对振子群振动能量的集中收集，可广泛应用于河流、海流能量收集，具有较高的实用性和经济性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用流体流动进行发电的新能源发电装置，具体涉及到一种利用安装有粗糙带的圆柱振子群在湖泊水流或海洋流中的驰振现象收集电能的装置。
技术介绍
目前，能源问题成为全球关注的热点，传统化石能源利用导致环境污染日益严重，且大多数传统化石能源为不可再生能源。可再生新能源的开发利用受到各国高度重视，成为当今能源领域发展的重要方向。对于环境中可利用的可再生能源，风能、水流及洋流等形式的流动能是一种普遍存在的可再生资源。在诸多新型能源类型中，海洋洋流能为清洁可再生的过程性能源，且以其规模庞大、分布广泛、蕴藏量丰富等优势受到了各国新能源开发者的青睐。据统计全球可利用海流能高达5 X 16MW,在我国，沿岸流的理论可开发量可达1.4 X 15MW,相当于70个三峡水电站的装机容量，另外，除洋流能外，我国还有大量河流大型水电站的尾水能源。综上可以看出，流动能具有丰富的蕴藏量和良好的开发利用前景。传统的水力发电技术主要是利用流体作用力直接推动涡轮旋转，从而带动电磁感应发电机进行发电。然而，涡轮叶片形状复杂，制造成本高昂，旋转的涡轮对于海洋生物具有较大的威胁。因此，研发环境友好型低成本发电装置势在必行。流致振动是一种流体力学现象，当钝体横向绕流时，在流速不很高的情况下就会形成边界层分离，随之产生脱体旋涡，钝体后旋涡脱落会在结构表面形成周期性脉动作用力，引起钝体做垂直于来流方向的往复运动。流致振动是一种自激振动现象，普遍存在于自然界和工程领域。2008年，美国Bernitsas教授成功基于此原理成功研制出一种低速水流发电装置_VIVACE(Vortex Induced Vibrat1n Aquatic Clean Energy)，该装置将振子的机械能转化为电能。VIVACE涡激振动发电装置的启动流速为0.25m/s。并且具有结构简单，不影响通航，不破坏海岸线，不影响海洋生物等优点。VIVACE涡激振动发电装置中单个振子的理论发电量仅为几十瓦，单振子发电装置的经济性和实用性较低。现有的利用流致振动发电的装置仅仅是以利用涡激振动发电为主，涡激振动的振幅小且发电功率较低。流质振动的形成机理较多，其中驰振是一种较特殊的流致振动现象，较涡激振动，驰振中的振子具有大振幅、低频率的振动特点。可见，利用驰振可以增加流致振动发电量的转化。因此，针对现有涡激振动发电机的不足和对驰振现象的研究，本专利技术提出一种基于驰振效应的带有粗糙带的圆柱振子群联合振动水流发电装置。
技术实现思路
针对上述中提到的现有技术中的不足，本专利技术提供了一种适用高流速、大阻尼、多振子同步振动的驰振发电装置。该装置结构设计简单、制造成本低、对海洋生物威胁小、能量转换效率高，增强了流致振动发电的经济性和工程适用性。为达到此目的，本专利技术采用了如下技术方案:一种基于驰振效应的多圆柱串列曲轴式水流发电装置，包括地基，带有粗糙带的圆柱振子，塔柱，支撑轴，直线滑动轴承，轴套，连杆，曲轴，飞轮，发电机，连接器，弹簧，流体密封舱。地基可以定位在河流湖泊的底部或海底;塔柱固接在地基上，塔柱上安装防涡板；支撑轴固接在塔柱的内部；圆柱振子的两端部通过连接器连接在轴套上，在垂直于来流方向上做直线运动;连接器为法兰连接装置;直线滑动轴套在支撑轴上，可在支撑轴上做直线滑动；轴套用于包裹直线滑动轴承、连接弹簧、并将多个带有粗糙带的圆柱振子固接在一起，保证多个带有粗糙带的圆柱振子运动的一致性，构成整体振动系统，增大发电功率;流体密封舱保护直线滑动轴承和弹簧免受流体腐蚀，弹簧一端固接在轴套的端部，另一端固接在塔柱的端部;流体密封舱一端固接于塔柱端面，另一端与轴套的端部采用动密封连接；多排串列带有粗糙带的圆柱振子通过连杆实现与曲轴相连，连杆下端铰接在最上方的振子的中部，连杆上端采用剖分结构连接于曲轴轴颈处;该传动机构将多排带有粗糙带的圆柱振子的往复直线运动转化为同一曲轴的单向旋转运动；曲轴的一端与发电机连接，将机械能转化为电能，另一端安装飞轮，调节曲轴旋转时瞬时做功能力的不均衡。所述发电装置中，同一轴套上的并列振子数量可以为2-6个，同一曲轴上串列的振子排数可以为2-12排，适用于高流速、大阻尼环境，流速对应的Re数应不低于80000.与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:该装置在现有涡激振动发电装置的基础上进行了改进，基于驰振现象的形成机理，通过在振子表面添加粗糙带，激发了振子驰振现象，大大增大了振子振动的幅度，并结合多排振子的串列布置，大大提高了能量输出密度;本专利技术中的传动机构实现了对振子群振动能量的集中收集，进而实现了用少数大容量发电机代替多数小容量发电机，实现了对流体流动能量的高效收集，大大降低了此类发电装置的制造成本;并且此发电装置结构简单易生产，便于安装可广泛应用于河流、海流能量收集，具有较高的实用性和经济性。【附图说明】图1为一种基于驰振效应的多圆柱串列曲轴式水流发电装置结构示意图；图2为单排阵子塔柱及内部结构示意图；图3为密封舱内部结构示意图；图4为带有粗糙带的圆柱体驰阵原理图；图5为规模化发电装置塔柱排列结构示意图；附图中:I—地基;2—带有粗糙带的圆柱振子;3—销轴;4—发电机;5—曲轴;6—连杆;7—飞轮;8—防涡板;9—塔柱；I O—连接器;11—支撑轴；12—弹簧;13—轴套；14—流体密封舱;15—直线滑动轴承;16—粗糙带。【具体实施方式】:下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术做进一步的详细描述。一种基于驰振效应的多圆柱串列曲轴式水流发电装置，如图1、2所示，包括当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于驰振效应的多圆柱串列曲轴式水流发电装置，其特征是：包括地基，带有粗糙带的圆柱振子，塔柱，支撑轴，直线滑动轴承，轴套，连杆，曲轴，飞轮，发电机，连接器，弹簧，流体密封舱；地基可以定位在河流湖泊的底部或海底；塔柱呈流线型，固接在地基上，支撑轴固接在塔柱的内部，直线滑动轴套在支撑轴上，可在支撑轴上做直线滑动；带有粗糙带的圆柱振子的两端部通过连接器连接在轴套上，在垂直于来流方向上做直线运动；轴套用于包裹直线滑动轴承、连接弹簧，保护直线滑动轴承免受流体腐蚀，将多个带有粗糙带的圆柱振子用轴套固接在一起，保证振子运动的一致性，构成整体振动系统，增大发电功率；弹簧一端固接在轴套的端部，另一端固接在塔柱的端部，弹簧给轴套运动提供回复力以使其实现往复运动，保证结构工作的稳定性；流体密封舱一端固接于塔柱端面，另一端与轴套的端部采用动密封连接，可保护弹簧免受流体腐蚀；连杆下端铰接在最上面振子的中部，上端采用剖分结构连接于曲轴轴颈中部；多排串列振子通过连杆实现与曲轴相连，该传动机构将多排带有粗糙带的圆柱振子的往复直线运动转化为同一根曲轴的单向旋转运动；曲轴的一端与发电机连接，将机械能转化为电能，另一端安装飞轮，保证结构运动的稳定性。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：章大海，尹玉明，王文颢，刘冰，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37
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