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一种水下梯形阻流体 卡 门涡街振动发电装置

阅读：850发布：2020-05-16

专利汇可以提供一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，包括阻流体、绕线套筒、磁铁套筒、固定套筒、磁铁套、缓冲弹簧和横杆，所述磁铁套包括第一磁铁套和第二磁铁套，所述磁铁套筒固定套接在横杆上，所述固定套筒滑动套接在磁铁套筒上，所述固定套筒贯穿所述阻流体，所述固定套筒的两端均设有第一磁铁套，所述固定套筒与阻流体的外壁连接处均设有第二磁铁套，所述磁铁套内均设有条形磁铁，所述绕线套筒设于阻流体内部且套接在所述固定套筒上，所述绕线套筒上绕有线圈，所述缓冲弹簧套设于阻流体外部的固定套筒上。本发明利用直线发电机原理和磁悬浮原理，通过阻流体在横杆上无接触地周期滑动，达到了避免动密封和实现稳定发电的效果。，下面是一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，其特征在于：包括阻流体、绕线套筒、磁铁套筒、固定套筒、磁铁套、缓冲弹簧和横杆，所述磁铁套包括第一磁铁套和第二磁铁套，所述磁铁套筒固定套接在横杆上，所述固定套筒滑动套接在磁铁套筒上，所述固定套筒贯穿所述阻流体且所述固定套筒与阻流体相互密封固定，所述固定套筒的两端均设有第一磁铁套，所述固定套筒与阻流体的外壁连接处均设有第二磁铁套，所述磁铁套内均设有条形磁铁，所述绕线套筒设于阻流体内部且套接在所述固定套筒上，所述绕线套筒上绕有线圈，所述缓冲弹簧套设于阻流体外部的固定套筒上。
2.根据权利要求1所述的一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，其特征在于：所述横杆的两端分别与立柱相连，所述立柱竖直固定于底座上。
3.根据权利要求2所述的一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，其特征在于：所述底座上设有通过导线依次连接的整流器、稳压器和蓄电池，所述整流器通过导线与所述线圈相连。
4.根据权利要求2所述的一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，其特征在于：所述立柱上叠加两个以上横杆，所述横杆上均设有阻流体、绕线套筒、磁铁套筒、固定套筒、磁铁套和缓冲弹簧。
5.根据权利要求1所述的一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，其特征在于：所述阻流体为梯形柱状结构，其内部底角为65°-75°。
6.根据权利要求5所述的一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，其特征在于：所述阻流体为在梯形基础上四个角圆角，且短边圆角大于长边圆角，所述阻流体长边的一面为圆弧曲面。
7.根据权利要求5或6所述的一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，其特征在于：所述固定套筒从所述阻流体的两侧边穿过且与阻流体的侧壁相连，所述第二磁铁套固定套接在所述固定套筒上且与阻流体的侧壁相连。
8.根据权利要求1所述的一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，其特征在于：所述第一磁铁套和第二磁铁套结构相同，且内部均设有四根条形磁铁，所述条形磁铁沿所述第一磁铁套和第二磁铁套周向均匀分布。
9.根据权利要求1所述的一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，其特征在于：所述缓冲弹簧的一端与所述阻流体相连，另一端与所述立柱相连，所述磁铁套筒与所述固定套筒的长度比例为5:1。
10.根据权利要求1所述的一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，其特征在于：
所述阻流体的材质为浮材。

说明书全文

一种水下梯形阻流体 卡 门涡街振动发电装置

技术领域

[0001] 本发明涉及水下发电技术领域，具体涉及一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置。

背景技术

[0002] 卡门涡街作为一种流体力学中的重要现象，在日常生活中十分常见。一方面，在各种海洋工程平台中，卡门涡街引发的涡激振动会对海洋平台等结构造成破坏。人们更多的将他作为一种破坏因素去规避，利用导涡索或者其他破涡设计减少涡街对结构的影响，其中巨大的能量被浪费。另一方面，卡门涡街原理的发电装置研发极少，只在风电领域有少量研究。

[0003] 在现实中，远洋海洋平台及中型海洋浮标的供电多利用太阳能和风能，对于卡门涡街发电装置而言，太阳能不具备全天候性，而风能的稳定性又不足，这些缺点是海洋不稳定的大气环境所决定的。而且在海洋领域，对于发电装置的密封性要求较高，已有装置在运行过程中的机械能损失也比较大。

发明内容

[0004] 本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，来解决动力来源不稳定、发电装置密封性不足且机械能损失大的问题。本发明采用的技术手段如下：

[0005] 一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，包括阻流体、绕线套筒、磁铁套筒、固定套筒、磁铁套、缓冲弹簧和横杆，所述磁铁套包括第一磁铁套和第二磁铁套，所述磁铁套筒固定套接在横杆上，所述固定套筒滑动套接在磁铁套筒上，所述固定套筒贯穿所述阻流体且所述固定套筒与阻流体相互密封固定，所述固定套筒的两端均设有第一磁铁套，所述固定套筒与阻流体的外壁连接处均设有第二磁铁套，所述磁铁套内均设有条形磁铁，所述绕线套筒设于阻流体内部且套接在所述固定套筒上，所述绕线套筒上绕有线圈，所述缓冲弹簧套设于阻流体外部的固定套筒上。

[0006] 优选地，所述横杆的两端分别与立柱相连，所述立柱竖直固定于底座上。

[0007] 优选地，所述底座上设有通过导线依次连接的整流器、稳压器和蓄电池，所述整流器通过导线与所述线圈相连。

[0008] 优选地，所述立柱上叠加两个以上横杆，所述横杆上均设有阻流体、绕线套筒、磁铁套筒、固定套筒、磁铁套和缓冲弹簧。

[0009] 优选地，所述阻流体为梯形柱状结构，其内部底角为65o-75o。

[0010] 优选地，所述阻流体为在梯形基础上四个角圆角，且短边圆角大于长边圆角，所述阻流体长边的一面为圆弧曲面。

[0011] 优选地，所述固定套筒从所述阻流体的两侧边穿过且与阻流体的侧壁相连，所述第二磁铁套固定套接在所述固定套筒上且与阻流体的侧壁相连。

[0012] 优选地，所述第一磁铁套和第二磁铁套结构相同，且内部均设有四根条形磁铁，所述条形磁铁沿所述第一磁铁套和第二磁铁套周向均匀分布。

[0013] 优选地，所述缓冲弹簧的一端与所述阻流体相连，另一端与所述立柱相连，所述磁铁套筒与所述固定套筒的长度比例为5:1。

[0014] 优选地，所述阻流体的材质为浮材。

[0015] 与现有技术比较，本发明所述的一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，不受天气的影响，与太阳能发电和风能发电相比较发电的稳定性更好，而且本装置在设计上外壳优化，不仅避免了困扰众多海洋装备的动密封问题，还实现了涡街周期力增强，来流减阻，具有很好的实用性。附图说明

[0016] 图1是实施例1中本发明的整体结构示意图；

[0017] 图2是实施例1中阻流体的剖视结构示意图；

[0018] 图3是实施例1中磁铁套筒和固定套筒的剖视结构示意图；

[0019] 图4是实施例1 中底座的剖视结构示意图；

[0020] 图5是实施例1中磁铁套的剖视结构示意图；

[0021] 图6是实施例2中阻流体的剖视结构示意图；

[0022] 图7是实施例3中本发明的整体结构示意图；

[0023] 图中，1、阻流体；2、绕线套筒；3、磁铁套筒；4、固定套筒；5、第一磁铁套；6、缓冲弹簧；7、横杆；8、线圈；9、底座；10、立柱；11、整流器；12、稳压器；13、蓄电池；14、导线；15、第二磁铁套；16、条形磁铁。

具体实施方式

[0024] 实施例1：

[0025] 如图1-3所示，一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，包括阻流体1、绕线套筒2、磁铁套筒3、固定套筒4、缓冲弹簧6、横杆7和磁铁套，磁铁套包括第一磁铁套5和第二磁铁套15。阻流体1为中空结构，磁铁套筒3固定套接在横杆7上，固定套筒4滑动套接在磁铁套筒3上，固定套筒4与磁铁套筒3之间可以相对滑动，固定套筒4贯穿阻流体1且与阻流体1的侧壁密封固定连接，使阻流体1的内部形成密闭空间，固定套筒4与阻流体1的外壁连接处均设有第二磁铁套15，第二磁铁套15内设有条形磁铁16。绕线套筒2设于阻流体1内部空腔里且套接在固定套筒4上，绕线套筒2的两端固定连接于阻流体1内壁上，绕线套筒2上绕有线圈8。固定套筒4的两端均设有第一磁铁套5，利用第一磁铁套5和磁铁套筒3之间的磁极相斥作用，为装置无接触滑动提供了悬浮力，也可以保证滑动的稳定性，降低或消除滑动摩擦力。阻流体1外部的固定套筒4上均套接有缓冲弹簧6，缓冲弹簧6与阻流体1外壁固定连接。

[0026] 横杆7的两端分别与一根立柱10相连，立柱10竖直固定于正六边形结构的底座9上，两根立柱10对称分布，立柱10的高度满足阻流体1与底座9间不会产生碰撞。底座9可分为两种，一种可吸附固定于海洋装置底部，一种可放置于河流河床之上，保证发电装置能够适用于不同的地形。

[0027] 如图4所示，底座9上设有通过导线14依次连接的整流器11、稳压器12和蓄电池13，整流器11通过导线14与阻流体1内的线圈8相连，整流器11、稳压器12和蓄电池13可以根据实际的安装需要选择安装在底座9的内部或者底座9的外部。线圈8产生的电流通过导线14传输到整流器11和稳压器12进行整流和稳压，然后储存在蓄电池13内，储存的电能可以通过导线14输出使用。

[0028] 阻流体1为梯形柱状结构，阻流体1设计尺寸来源于数值模拟及水下实验，通过数值模拟，阻流体1的内部底角范围为65o-75o。固定套筒4从阻流体1的两侧边穿过，且保持密闭连接，固定套筒4沿阻流体1的中位线对称布置。线圈8设置于阻流体1内部的中位线处，阻流体1设置于横杆7中点处。阻流体1通过固定套筒4在磁铁套筒3上进行无接触滑动，内部线圈8进而切割磁感线达到发电效果。

[0029] 如图5所示，第一磁铁套5和第二磁铁套15结构相同，且内部均设有四根条形磁铁16，条形磁铁16沿磁铁套周向均匀分布，条形磁铁16可为装置提供足够的磁力且成本较低。
第二磁铁套15固定套接在固定套筒4上且与阻流体1的外壁固定连接，阻流体1两侧的第二磁铁套15内部均设有四根轴向方向的条形磁铁16，且四根条形磁铁16沿第二磁铁套15周向均匀布置，保证周向均衡稳定的磁力。条形磁铁16与磁铁套筒3之间的磁力作用为装置进一步提供了磁悬浮力，帮助固定套筒4及阻流体1悬浮于磁铁套筒3上。

[0030] 缓冲弹簧6的一端与阻流体1相连，另一端与立柱10相连，缓冲弹簧6套设在横杆7、磁铁套筒3、第一磁铁套5和固定套筒4的外侧，缓冲弹簧6的作用是在阻流体1运动至极限边界时，其中一个缓冲弹簧6压缩，另一个缓冲弹簧6拉伸使梯形阻流体1减速，然后在涡激力和弹簧弹性势能的共同作用下在横杆7上往复运动，同时还可以避免阻流体1撞击到立柱上导致阻流体1损坏。

[0031] 磁铁套筒3与固定套筒4长度不同，本实施例中，磁铁套筒3、固定套筒4、缓冲弹簧6和横杆7的长度比约为5:1:3:6，既保证了阻流体1在横杆7上有足够的运动空间，又能有效利用弹簧的伸缩性能来控制阻流体1的运动。

[0032] 阻流体1的材质为浮材，可提供浮力使发电装置悬浮于水中。

[0033] 本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

[0034] 本发明的工作过程为：将整套发电装置安装在中小型海洋平台底部或者河流的河床上，在海水或河水中的卡门涡街涡激力的作用下，推动着阻流体1在横杆7上运动。阻流体1运动过程中会挤压其中一个缓冲弹簧6，拉伸另一个缓冲弹簧6，然后在涡激力和弹簧弹性势能的共同作用下在横杆7上往复运动，缠绕在绕线套筒2外侧壁上的线圈8相当于直线发电机的运动部分，固定套接在横杆7上的磁铁套筒3相当于直线发电机的定子部分，利用直线发电机切割磁感线发电的原理产生交流电。交流电先通过单相桥式整流电路转化为不稳定的直流电，然后再利用整流器11、稳压器12和蓄电池13对不稳定的直电流进行整流、稳压和储存，储存的直流电可以通过导线14输出使用。

[0035] 本发明提供的一种水下梯形阻流体卡门涡街振动发电装置，利用卡门涡街涡激力引发的共振现象、磁悬浮原理、永强磁直线发电机原理和风向标原理，实现了阻流体1在横杆7上无接触地周期滑动，通过直线发电机切割磁感线进行发电。此装置直接利用周期涡激力引起的阻流体共振，解决常规涡轮发电装置在低流速下的低转速效率较低问题，通过外形优化在振动频率、振动速率、装置整体阻力上实现较优融合。在0.5m×0.1m×0.2m底角60o规格的发电模块推算中，单模块预估发电量在10w左右，由于装置本身可多模块叠加，其整体功率可在60w-100w。本装置不受天气的影响，发电稳定性良好，而且在设计上不仅避免了困扰众多海洋装备的动密封问题，还实现了涡街周期力增强，来流减阻，具有很好的实用性。

[0036] 实施例2：

[0037] 与实施例1的不同之处在于，如图6所示，阻流体1在梯形基础上四个角圆角，且短边圆角大于长边圆角，阻流体1长边的一面为圆弧曲面。由圆弧长面和倒圆角过渡以减小来流阻力，减小海水对阻流体的冲击，提高稳定性。增强涡激力，提高发电效率。阻流体1具体边长尺寸可依据实际工况决定。

[0038] 实施例3：

[0039] 与实施例1的不同之处在于，立柱10上可叠加两根以上横杆7。如图7所示，立柱10上叠加两根横杆7，每根横杆7上均设有阻流体1、绕线套筒2、磁铁套筒3、固定套筒4、第一磁铁套5、第二磁铁套15和缓冲弹簧6，两个阻流体1分别通过导线14与整流器11相连。缓冲弹簧6、横杆7、磁铁套筒3、第一磁铁套5、第二磁铁套15和固定套筒4作为一个整体单元可拆卸更换，依据使用对象用电需求，可延长立柱增加横杆7，从而叠加多个发电单元，增大发电量。

[0040] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

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