[发明专利]一种基于驰振效应的多圆柱串列曲轴式水流发电装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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5×10⁶MW，在我国，沿岸流的理论可开发量可达1.4×10⁵MW,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(VortexInducedVibrationAquaticCleanEnergy),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，本发明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。

发明内容

针对上述中提到的现有技术中的不足，本发明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，本发明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，本发明具有以下优点：