[发明专利]一种利用涡激共振发电的自立式高耸结构

说明书

技术领域

本发明属于消能减振结构体系及发电机技术领域，具体涉及一种利用涡激共振发电的自立式高耸结构。

背景技术

近年来，随着各种化石能源储量的不断减少，加之全球变暖等环境因素的不断加剧，能源替代问题以及环境问题已经引起了人们的极大关注。风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然资源，全球的风能约为2.74×10⁷MW，其中可利用的风能为2×10⁷MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。它作为一种无污染、可再生的绿色能源，取之不尽，用之不竭。一般风力发电机的原理是风轮在风力作用下旋转，把风的动能转变为风轮轴的机械能，发电机在风轮轴的带动下旋转发电。在土木工程领域，已经开始为路灯、信号灯塔、智能监测与控制系统等附加小型旋转风力发电装置设备以提供必要的电力来源。

然而，这些风力发电机对风力输入有较高的要求，当风速在一定范围时，其工作效率较高，当风速较小时，其工作效率较小或无法发电，这不但降低了风力发电机的运营效率，而且限制了它在低风速地区的应用。根据气体动力学原理，圆形结构的雷诺数处于跨临界范围和亚临界范围时，结构发生横风向的涡激共振，此时结构的横向振动通常呈现规律的简谐振动形式。因此，可以通过设计使得自立式高耸结构在较低的风速下，产生大幅度横风向振动，此类现象在圆形截面的自立式钢烟囱和高杆灯中经常发生。与此同时，为了缓解这种现象导致的结构疲劳损伤，调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper, TMD）成为设计中的首选，TMD是附加在主结构中的一个子结构，由质量块、弹簧、阻尼装置组成，通过TMD系统相对运动产生的惯性力对主结构的反作用，控制结构的振动。

因此，如何将这种大幅横风共振现象变为有利作用，同时缓解主体结构的振动损伤具有较高的实际意义。本发明旨在利用这种一定风速下产生的结构大幅横风振动，设计一种既具有消能减振作用，又能够提供一定发电能力的自立式高耸结构体系。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种利用涡激共振发电的自立式高耸结构体系，其主要由主结构、调频振子、发电系统、发电舱以及底部加劲肋组成，本发明的结构体系主结构截面与一般自立式高耸结构相同，结构底部设置底部加劲肋，并通过预埋锚栓与基础相连；主结构上部设置一个或多个发电舱，发电舱内布置调频振子和发电系统。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种利用涡激共振发电的自立式高耸结构，该结构包括主结构、调频振子、发电系统、发电舱和底部加劲肋，所述主结构底部设置有底部加劲肋，并且所述主结构通过预埋锚栓与基础相连，所述主结构上部设置一个或多个发电舱，所述发电舱内设置有调频振子和发电系统。

进一步的，所述发电舱由水平舱壁和竖向舱壁组成，所述水平舱壁水平设置于主结构内或水平延伸出主结构外，所述竖向舱壁竖直设置于主结构内或主结构外，所述调频振子由弹簧、质量块、滑动系统和传动系统组成，所述弹簧两端分别连接质量块和主结构的内侧壁，所述质量块通过滑动系统滑动地设置在发电舱的水平舱壁上，所述质量块通过传动系统连接发电系统。

进一步的，所述发电系统包括直线型发电机和旋转型发电机中的一种或两种。

进一步的，所述发电系统中的直线型发电机由定子铁芯、动子磁极、永磁体和芯轴组成，所述动子磁极和永磁体设置在芯轴上，所述芯轴为卧式水平设置并且伸入定子铁芯内，所述定子铁芯为卧式水平设置并且固定在发电舱的竖向舱壁上，所述芯轴中部通过传动系统与质量块固接。

进一步的，所述芯轴还包括一种立式竖向设置结构：所述定子铁芯竖直地固接于发电舱的水平舱壁上，所述动子磁极和永磁体设置在芯轴上，所述芯轴的一端竖直伸入定子铁芯中，另一端通过传动系统连接质量块，用于将质量块的水平运动变为芯轴的竖直运动。

进一步的，所述传动系统由连杆、滑块和滑轨组成，所述连杆的一端铰接质量块，另一端铰接滑块，所述滑块连接芯轴的一端，并且所述滑块滑动地设置在滑轨上，所述滑轨固接在发电舱的竖向舱壁上。

进一步的，所述发电系统中的旋转型发电机由旋转端子和固定端子组成，所述旋转端子的一端通过传动系统与质量块连接，通过质量块的水平运动获得偏转力矩。

本发明的有益效果是: