一種基于可變形支座的流致振動發(fā)電裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及新能源發(fā)電設備及流體力學領域，更具體的說，是涉及一種基于可變形支座的流致振動發(fā)電裝置。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)在隨著全球經(jīng)濟快速發(fā)展，礦物燃料資源日益枯竭，其所造成的環(huán)境污染日趨嚴重，對清潔可再生能源的開發(fā)和利用成為當今世界上各個國家的戰(zhàn)略性選擇。在眾多的清潔能源中，海流能因其規(guī)模龐大、流動穩(wěn)定、分布廣泛等優(yōu)勢，對其高效開發(fā)利用越來越受到科學界和工程界的重視。據(jù)統(tǒng)計，全球可利用海流能高達500萬兆瓦。中國的海流能也很豐富，近岸分布著臺灣暖流、黃海暖流、中國沿岸流等海流。其中，僅中國沿岸流的理論功率就為14萬兆瓦，相當于70個三峽電站的裝機容量。傳統(tǒng)的海流能利用裝置對流速的要求較高，如渦輪機的起動流速為2.5?3.6m/s，水下風車的為2.0m/s。然而，在世界范圍內，超過90 %的海流速度低于1.5m/s，這極大限制了以上傳統(tǒng)海流能利用裝置的適用海域范圍。因此，開發(fā)低流速海流能高效利用裝置已成為亟待解決的重要問題。
[0003]此方面，美國密歇根大學的Bernitsas教授及其研宄團隊利用水流經(jīng)過圓柱(群)所激發(fā)的圓柱流致振動，于2008年開發(fā)了一種低流速海流能的高效利用裝置一一VIVACE (Vortex Induced Vibrat1n Aquatic Clean Energy)，經(jīng)濟效益顯著，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｓ闪鞴恬詈现R可知，當水流經(jīng)過具有陡峭后緣的結構(如圓柱)時，會在結構的背流側發(fā)生交替的漩渦生成與瀉放。與之相聯(lián)系，圓柱會受到橫流向(垂直于來流方向)周期性的流體力作用。此周期性的流體力將激發(fā)圓柱的振動，而圓柱的振動反過來又改變了圓柱的瀉渦模式。這種流體與結構物之間的耦合問題被稱為渦激振動。此外，對于串列圓柱(兩個或多個)，若圓柱間距適當，下游圓柱將處于上游圓柱的尾流中。從上游圓柱脫落的漩渦不斷“撞擊”下游圓柱，并與下游圓柱脫落的漩渦發(fā)生極為復雜的相互作用，導致下游圓柱發(fā)生比渦激振動更大幅度的振動，稱為尾流馳振。VIVACE海流能利用裝置就是通過圓柱的渦激振動和尾流馳振(統(tǒng)稱為流致振動)來捕獲海流能，并通過鏈條、連桿和發(fā)電機等裝置將圓柱振動機械能轉換為電能，輸送到岸上。VIVACE海流能利用裝置的特點為:1)起動流速低，在大于0.25m/s的流速下即可起動；2)能量密度高，占地面積小，布置靈活；3)隱蔽性好，完全處于水下，不影響通航，不破壞岸線資源；4)對海洋生物友好。此外，VIVACE海流能利用裝置也可以應用在內河水力發(fā)電領域。然而，VIVACE海流能利用裝置的缺點也非常突出。I)機械傳動部件太多，由于海洋生物殘骸附著在機械傳動部件上，造成傳動部件的摩擦阻力增大，降低了 VIVACE海流能利用裝置的能量轉換系數(shù)；2)水下防腐難度較大，由于采用機械傳動，在部件滑/轉動連接節(jié)點，無法采用簡單的防腐涂層保護；3)額外的支撐結構，VIVACE海流能利用裝置模塊中需要額外兩個立柱來支撐懸掛在其上的圓柱，因此造價較高，并且立柱對海流有阻礙影響，降低了 VIVACE海流能利用裝置的能量轉換系數(shù)。這些缺陷限制了 VIVACE海流能利用裝置的經(jīng)濟性與實用性。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術中的不足，提出一種基于可變形支座的流致振動發(fā)電裝置，該裝置具有結構簡單、可靠性強、無滑/轉動節(jié)點、低成本、高效能、長壽命的特點，增強了流致振動發(fā)電裝置的經(jīng)濟性和工程適用性。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0006]一種基于可變形支座的流致振動發(fā)電裝置，包括圓柱和發(fā)電機系統(tǒng)，所述圓柱的下方設置有通過彈性連接板相互連接的上平臺和下平臺，所述彈性連接板通過交錯布置的螺栓相對應地固接于上平臺和下平臺的兩側，所述下平臺固接有貫入海床的支撐粧，所述發(fā)電機系統(tǒng)包括永磁直線發(fā)電機和插入永磁直線發(fā)電機線圈內部的直線磁棒，所述直線磁棒和永磁直線發(fā)電機通過連接桿分別與上平臺和下平臺的側面相連接。
[0007]所述彈性連接板上還設有通孔。
[0008]所述彈性連接板由鋼板制成。
[0009]所述圓柱為內部中空密閉的圓柱。
[0010]所述圓柱下端和上平臺采用嵌固方式連接。
[0011 ] 所述整個裝置表面均涂敷有防腐層。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案所帶來的有益效果是:
[0013]1.該裝置中沒有滑/轉動節(jié)點，不存在由于摩擦力引起的能量損耗，因此裝置的能量轉換系數(shù)較高。
[0014]2.該裝置結構簡單，沒有復雜的連接節(jié)點和傳動部件，性能可靠，制造和施工方便，經(jīng)濟性好，實用性強。
[0015]3.該裝置中沒有滑/轉動節(jié)點，因此裝置中所有部件可涂敷簡單的防腐涂層進行防腐處理。
[0016]4.該裝置結構簡單，部件之間沒有磨損，裝置壽命主要由彈性連接板疲勞壽命決定，故障率極低，整體壽命遠高于傳統(tǒng)發(fā)電裝置。
[0017]5.該裝置中的彈性連接板上設有通孔，可以減小裝置受到的流體阻力。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的使用狀態(tài)結構示意圖。
[0020]圖3是本發(fā)明的使用狀態(tài)結構示意圖。
[0021]圖4是本發(fā)明中彈性連接板通過螺栓固定的結構示意圖。
[0022]附圖標記:1-支撐粧2-下平臺3-彈性連接板4-上平臺5-圓柱6-直線磁棒7-永磁直線發(fā)電機8-引出導線9-連接桿10-螺栓11-線圈12-磁力線
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
[0024]如圖1至圖4所示:一種基于可變形支座的流致振動發(fā)電裝置，包括圓柱5和發(fā)電機系統(tǒng)，所述圓柱5為內部中空密閉的圓柱，圓柱5的下端與上平臺4嵌固連接，上平臺4通過彈性連接板3與下平臺2相互連接，彈性連接板3由帶有通孔的鋼板制成，所述彈性連接板3通過交錯布置的螺栓10相對應地固定連接在上平臺4和下平臺2的兩側，使得彈性連接板3只能發(fā)生S形彎曲形變，構成可變形的支座。所述下平臺2與支撐粧I嵌固連接，支撐粧I的下端貫入海床構成整個裝置的基礎。所述發(fā)電機系統(tǒng)包括永磁直線發(fā)電機7和插入線圈11內部的直線磁棒6，直線磁棒6通過連接桿9與上平臺4的一側相連接，永磁直線發(fā)電機7通過連接桿9與下平臺2的一側相連接，此外整個裝置表面還均涂敷有防腐層O
[0025]本發(fā)明的工作原理如下:
[0026]如圖2和圖3所示，調整該裝置的布置方向，使彈性連接板3的平面與來流方向平行，在海流作用下，密閉中空圓柱5發(fā)生流致振動，并帶動上平臺4 一起運動，兩片彈性連接板3相同程度的彎曲使得上平臺4和密閉中空圓柱5只發(fā)生垂直于彈性連接板3平面方向的水平振動，密閉中空圓柱5的質量小于其排開海水的質量，受到向上的浮力作用，保證了彈性連接板3受拉，而不發(fā)生壓屈破壞，彈性連接板3提供了圓柱5流致振動所需的彈性回復力，分別與上平臺4和下平臺2通過連接桿9固接的直線磁棒6和永磁直線發(fā)電機7發(fā)生相對運動，永磁直線發(fā)電機7內部的電感線圈11切割磁力線12，產(chǎn)生交變電流，并通過弓I出導線8輸出。
[0027]針對典型海流情況(流速1.5m/s)，額定功率100麗的大型電站的具體實施方案為:密閉中空圓柱5直徑1.0m，壁厚0.01m，柱高20.0m，彈性連接板3高度3.0m，上平臺4和下平臺2由混凝土澆筑而成，長度和寬度均為2.0m,高度0.4m。裝置的綜合能量轉化系數(shù)約為0.22，單個裝置的功率為7.43kW，年發(fā)電量58600kWh (按90%的可利用時間計算)。電站由多個發(fā)電裝置按照矩陣形式排列構成，裝置在順流向和橫流向的間距均為6.0m，按照115 X 115布置，共13225個。電站的額定功率為98.3麗，年發(fā)電量為7.8億kWh，電站尺度為700m X 700m,占地面積約為0.5平方公里。
[0028]針對典型海流情況(流速1.5m/s)，額定功率1MW的中型電站的具體實施方案為:密閉中空圓柱5直徑0.5m，壁厚0.005m，柱高10.0m,彈性連接板3高度1.5m，上平臺4和下平臺2由混凝土澆筑而成，長度和寬度均為1.0m,高度0.2m。裝置的綜合能量轉化系數(shù)約為0.22，單個裝置的功率為1.86kW，年發(fā)電量14700kWh(按90%的可利用時間計算)。電站由多個發(fā)電裝置按照矩陣形式排列構成，裝置在順流向和橫流向的間距均為3.0m，按照75 X 75布置，共5625個。電站的額定功率為10.5麗，年發(fā)電量為0.83億kWh，電站尺度為225m X 225m,占地面積約為0.05平方公里。
【主權項】
1.一種基于可變形支座的流致振動發(fā)電裝置，包括圓柱和發(fā)電機系統(tǒng)，其特征在于，所述圓柱的下方設置有通過彈性連接板相互連接的上平臺和下平臺，所述彈性連接板通過交錯布置的螺栓相對應地固接于上平臺和下平臺的兩側，所述下平臺固接有貫入海床的支撐粧，所述發(fā)電機系統(tǒng)包括永磁直線發(fā)電機和插入永磁直線發(fā)電機線圈內部的直線磁棒，所述直線磁棒和永磁直線發(fā)電機通過連接桿分別與上平臺和下平臺的側面相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于可變形支座的流致振動發(fā)電裝置，其特征在于，所述彈性連接板上還設有通孔。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種基于可變形支座的流致振動發(fā)電裝置，其特征在于，所述彈性連接板由鋼板制成。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于可變形支座的流致振動發(fā)電裝置，其特征在于，所述圓柱為內部中空密閉的圓柱。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的一種基于可變形支座的流致振動發(fā)電裝置，其特征在于，所述圓柱下端和上平臺采用嵌固方式連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于可變形支座的流致振動發(fā)電裝置，其特征在于，所述整個裝置表面均涂敷有防腐層。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于可變形支座的流致振動發(fā)電裝置，包括圓柱和發(fā)電機系統(tǒng)，所述圓柱的下方設置有通過彈性連接板相互連接的上平臺和下平臺，所述彈性連接板通過交錯布置的螺栓相對應地固接于上平臺和下平臺的兩側，所述下平臺固接有貫入海床的支撐樁，所述發(fā)電機系統(tǒng)包括永磁直線發(fā)電機和插入永磁直線發(fā)電機線圈內部的直線磁棒，所述直線磁棒和永磁直線發(fā)電機通過連接桿分別與上平臺和下平臺的側面相連接。本發(fā)明具有結構簡單、可靠性強、無滑/轉動節(jié)點、低成本、高效能、長壽命等優(yōu)點，增強了流致振動發(fā)電裝置的經(jīng)濟性和工程適用性。
【IPC分類】H02K35-02
【公開號】CN104578671
【申請?zhí)枴緾N201410830582
【發(fā)明人】及春寧, 許棟, 張金鳳
【申請人】天津大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月26日