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弹性杆涡激振动 风 力发电装置

阅读：150发布：2020-07-11

专利汇可以提供弹性杆涡激振动风力发电装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了弹性杆涡激振动风力发电装置。现有风力发电机的叶片尺寸很大，当风速大于3m/s时才可以运转。本发明的曲柄一端与连杆的一端铰接，另一端与蜗杆固接；连杆的另一端与滑块铰接；蜗杆通过轴承支承在机架上，并与蜗轮啮合；蜗轮固接在发电机的输入轴上，发电机通过导线与蓄电池连接；逆变器将蓄电池的电能转化为标准电压；发电机、蓄电池和逆变器均固定安装于机架上；水平弹性杆的一端与弹性杆发电机组的滑块固接，另一端连接滑移机构。本发明解决了在风速较低时的风力发电问题，把弹性杆上微风振动产生的能量转化为电能；而且水平弹性杆可以利用水平和垂直两个方向的风能，提高发电效率。，下面是弹性杆涡激振动风力发电装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.弹性杆涡激振动风力发电装置，包括机架、水平弹性杆和弹性杆发电机组，其特征在于：所述的弹性杆发电机组包括蓄电池、逆变器、滑块、曲柄、蜗杆、蜗轮和发电机；所述曲柄的一端与连杆的一端铰接，另一端与蜗杆固接；所述连杆的另一端与滑块铰接；所述的蜗杆通过轴承支承在机架上，并与蜗轮啮合；所述的蜗轮固接在发电机的输入轴上，发电机通过导线与蓄电池连接；所述的逆变器将蓄电池的电能转化为标准电压；发电机、蓄电池和逆变器均固定安装于机架上；水平弹性杆的一端与弹性杆发电机组的滑块固接，另一端连接滑移机构；
自然风在水平弹性杆后方形成卡门涡街时，雷诺数计算式如下：
式中，为形成周期性地脱落、旋转方向相反、排列规则的双列线涡，雷诺数Re的取值范围为300～2000；U为风速，取值范围为1.5～3m/s；v为空气的运动粘度，取为14.8×106m2/s；
因此，水平弹性杆的直径D可根据雷诺数计算式推导得到；
而漩涡脱落的主导频率：
式中，S为斯特劳哈尔数，在雷诺数Re的取值范围内取为0.21最佳；
水平弹性杆的固有频率：
式中，m为水平弹性杆的质量；k为水平弹性杆的劲度系数；根据漩涡脱落的主导频率范围设计水平弹性杆的劲度系数和质量，使得风速在1.5～3m/s范围内时的值控制在
0.05以内。
2.根据权利要求1所述的弹性杆涡激振动风力发电装置，其特征在于：所述的滑移机构即为一个弹性杆发电机组，水平弹性杆的另一端与滑移机构的滑块固接。
3.根据权利要求1所述的弹性杆涡激振动风力发电装置，其特征在于：所述的滑移机构由长度调节器和可移动支架组成；水平弹性杆的另一端与长度调节器连接；所述的长度调节器与可移动支架固接；可移动支架与机架构成滑动副；通过长度调节器改变水平弹性杆的作用长度，以此改变水平弹性杆的质量m和劲度系数k，从而改变其固有频率。
4.根据权利要求1、2或3所述的弹性杆涡激振动风力发电装置，其特征在于：所述水平弹性杆的材料为橡胶。
5.根据权利要求1、2或3所述的弹性杆涡激振动风力发电装置，其特征在于：所述的滑块上涂抹粘合剂，水平弹性杆端部进行硫化处理，实现两者的固定连接。
6.根据权利要求1、2或3所述的弹性杆涡激振动风力发电装置，其特征在于：所述蜗杆与蜗轮的交错角为90°。

说明书全文

弹性杆涡激振动风 力发电装置

技术领域

[0001] 本发明属于风力发电领域，具体涉及一种可调式弹性杆涡激振动风力发电装置。

背景技术

[0002] 风能作为一种清洁的可再生能源，其蕴含量巨大，合理高效地开发利用风能具有重要意义，其中最常用的就是利用风力发电。风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。目前使用的风力发电机种类很多，按照风轮的旋转轴方向大致可以分为两类：水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机，这些风力发电机对风向有选择，在发电过程中需要不断调整方向，难以获得最佳的发电效果。而且，目前的风力发电机叶片尺寸很大，当风速大于3m/s时才可以运转，如需达到较高的发电效率，所需的风速更大，因此这些风力发电机一般使用在多风且空旷的国家和地区，如荷兰和我国的中西部，而不适合在风速较低的地区使用，有一定的地域性限制。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种高效、低风速运转的弹性杆涡激振动风力发电装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0004] 本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

[0005] 本发明包括机架、水平弹性杆和弹性杆发电机组；所述的弹性杆发电机组包括蓄电池、逆变器、滑块、曲柄、蜗杆、蜗轮和发电机；所述曲柄的一端与连杆的一端铰接，另一端与蜗杆固接；所述连杆的另一端与滑块铰接；所述的蜗杆通过轴承支承在机架上，并与蜗轮啮合；所述的蜗轮固接在发电机的输入轴上，发电机通过导线与蓄电池连接；所述的逆变器将蓄电池的电能转化为标准电压；发电机、蓄电池和逆变器均固定安装于机架上。水平弹性杆的一端与弹性杆发电机组的滑块固接，另一端连接滑移机构。

[0006] 自然风在水平弹性杆后方形成卡门涡街时，雷诺数计算式如下：

[0007]

[0008] 式中，为形成周期性地脱落、旋转方向相反、排列规则的双列线涡，雷诺数Re的取值范围为300～2000；U为风速，取值范围为1.5～3m/s；v为空气的运动粘度，取为14.8×6 2
10m/s。因此，水平弹性杆的直径D可根据雷诺数计算式推导得到。

[0009] 而漩涡脱落的主导频率：

[0010]

[0011] 式中，S为斯特劳哈尔数，在雷诺数Re的取值范围内取为0.21最佳。

[0012] 水平弹性杆的固有频率：

[0013]

[0014] 式中，m为水平弹性杆的质量；k为水平弹性杆的劲度系数；根据漩涡脱落的主导频率范围设计水平弹性杆的劲度系数和质量，使得风速在1.5～3m/s范围内时的值控制在0.05以内。

[0015] 所述的滑移机构即为一个弹性杆发电机组，水平弹性杆的另一端与滑移机构的滑块固接。

[0016] 所述的滑移机构由长度调节器和可移动支架组成；水平弹性杆的另一端与长度调节器连接；所述的长度调节器与可移动支架固接；可移动支架与机架构成滑动副。通过长度调节器改变水平弹性杆的作用长度，以此改变水平弹性杆的质量m和劲度系数k，从而改变其固有频率。

[0017] 所述水平弹性杆的材料为橡胶。

[0018] 所述的滑块上涂抹粘合剂，水平弹性杆端部进行硫化处理，实现两者的固定连接。

[0019] 所述蜗杆与蜗轮的交错角为90°。

[0020] 本发明的有益效果是：

[0021] 本发明的弹性杆发电机组可以在风速低于3m/s时，通过在水平弹性杆后方形成的规则脱落的卡门涡街，产生周期性的上升力，激励水平弹性杆振动，从而把产生的能量转化为电能；而且水平弹性杆可以充分利用水平和垂直两个方向的风能，提高发电效率。蓄电池用于存储电能，逆变器用于将电能转化为标准电压，可直接供用户使用。附图说明

[0022] 图1是本发明实施例一的结构示意图；

[0023] 图2是本发明实施例二的结构示意图；

[0024] 图中：1、机架，2、蓄电池，3、逆变器，4、水平弹性杆，5、滑块，6、曲柄，7、蜗杆，8、蜗轮，9、发电机，10、导线，11、长度调节器，12、可移动支架。

具体实施方式

[0025] 为使本发明的目的、技术方案及优点易于明白了解，下面结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步说明。

[0026] 实施例一：

[0027] 如图1所示，弹性杆涡激振动发电装置，包括机架1、水平弹性杆4和弹性杆发电机组；弹性杆发电机组包括蓄电池2、逆变器3、滑块5、曲柄6、蜗杆7、蜗轮8和发电机9；曲柄6的一端与连杆的一端铰接，另一端与蜗杆7固接；连杆的另一端与滑块5铰接；蜗杆7通过轴承支承在机架1上，并与蜗轮8啮合；蜗轮8固接在发电机9的输入轴上，发电机9通过导线10与蓄电池2连接；逆变器3将蓄电池2的电能转化为标准电压；发电机9、蓄电池2和逆变器3均固定安装于机架1上。水平弹性杆4两端各自与一个弹性杆发电机组的滑块5固接。

[0028] 水平弹性杆4呈长为8m、直径为12mm的圆柱形，材料为橡胶；其中，当自然风以较低速度吹过圆柱形弹性杆时，在水平弹性杆后方形成卡门涡街，雷诺数较低时，会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，从而在弹性杆上形成周期性的上升力，以此激励弹性杆振动。其中，雷诺数计算式如下：

[0029]

[0030] 式中，雷诺数Re的取值范围为300～2000；U为风速，取值范围为1.5～3m/s；v为空气的运动粘度，取为14.8×106m2/s。因此，水平弹性杆4的直径D可根据雷诺数计算式推导得到，这里取为12mm。

[0031] 而漩涡脱落的主导频率fs：

[0032]

[0033] 式中，S为斯特劳哈尔数，在雷诺数较低时取为0.21。

[0034] 水平弹性杆的固有频率f0：

[0035]

[0036] 式中，m为水平弹性杆的质量；k为水平弹性杆的劲度系数，与水平弹性杆的材料、长度、直径等因素有关。

[0037] 当fs接近f0时，系统会发生共振，此时水平弹性杆的振幅显著增大，激励的能量达到最大。然后通过曲柄滑块机构将水平弹性杆4的运动转化为曲柄6的转动，曲柄带动蜗杆7旋转，通过蜗轮蜗杆带动发电机9转动；发电机通过导线10将电能储存在蓄电池2中，逆变器3将电能转化为标准电压，可直接供用户使用。水平弹性杆4可以充分利用水平和垂直两个方向的风能，提高了对风能的利用率和发电效率。

[0038] 其中，在滑块5上涂抹粘合剂，对水平弹性杆端部进行硫化处理，实现两者的固定连接。

[0039] 其中，蜗杆7与蜗轮8的交错角为90°。

[0040] 实施例二：

[0041] 结构示意图如图2所示，与实施例一的区别在于水平弹性杆一端连接一个弹性杆发电机组的滑块，另一端与长度调节器11连接；长度调节器11与可移动支架12固接；可移动支架12与机架构成滑动副。其中，水平弹性杆的固有频率为：

[0042]

[0043] 通过长度调节器可以改变水平弹性杆的作用长度，以此改变水平弹性杆的质量m和劲度系数k，从而改变其固有频率，使得在不同风速情况下，都能产生合适的风力发电条件，其余部分与实施例一相同。

[0044] 以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域的技术人员应当了解，上述实施例和说明书只是描述本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明的范围由所附权利要求书限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

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