一种可控制振动大小的流致振动发电振子

技术领域

本申请涉及海上新能源与海流发电、流体力学领域，是一种可实现振动大小控制的流致振动发电振子形式。

背景技术

全球海流分布广泛、储量巨大，可开发的海流能超过6×10

目前，流致振动发电振子形状的研究较多，其目的在于提升振动强度，从而获取更多流体动能。其中，部分非圆截面振子，因为非轴对称截面特征，在高流速条件下会发生驰振现象，其拥有较大的振幅，能更好实现能量转化。不过，由于振幅较大，且随流速增大，振子的振幅持续增大，这容易造成振动幅度超越振动限制，一旦超过限制则容易造成破坏性的安全事故。为此，有必要提出一种适用于抑制流致振动或停机的结构或方法。现阶段，可采用的方法多为增加系统负载，迫使系统阻尼提升，从而抑制振动，该方法多依赖于自控设备。若可提供更简易的方式方法，则既增加了双重安全保障，有具有一定的经济性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，针对流致振动发电特点，为实现振动抑制与紧急停机效果，提供一种可实现振动大小控制的流致振动发电振子。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可控制振动大小的流致振动发电振子，由两个端板和三个振子组成，每个所述振子均为相同大小的正三棱柱结构，每个所述振子的重心位置设置有贯穿振子顶部和底部的滑轴，两个所述端板相对的表面上围绕端板几何中心设置有互成120°的滑槽，每个所述振子两端的滑轴嵌入所述滑槽内形成滑动连接，水流方向的上游布置两个振子，下游布置一个振子，其中所有振子均为其中一条侧边垂直于水流方向布置，每个振子中与垂直水流方向的侧边相对的顶角方向朝向下游方向。

进一步的，所述振子由钢材、铝合金、塑料、有机玻璃其中的一种材料构成。

进一步的，所述振子的边长为8cm～25cm，垂直水流方向的长度为边长的8～12倍。

进一步的，所述端板的截面形状为圆形或方形，截面尺寸为振子边长的4～6倍，厚度为1～2cm，由钢材、铝合金、塑料、有机玻璃其中的一种材料构成。

进一步的，所述端板与流致振动发电系统的传动结构相连，将三个振子的振动传递至发电系统，实现能量转化。

进一步的，所述滑槽的长度与所述振子的边长等长，三个振子能够沿着三个滑槽围绕端板的几何中心呈放射状向内或向外同步滑动，且滑动过程中，三个振子相对水流方向的角度不变。

进一步的，当需要增大振动时，三个振子通过滑轴同步向中心集中，最终形成一个整体三棱柱，水流经过三个振子组成的整体三棱柱时，在整体三棱柱的上下方交替产生旋涡脱落，最终带动各个振子同步上下振动，增加振动强度，增大电能利用效果。

进一步的，当停机或需要减小振动时，三个振子通过滑轴同步向外滑动，三个振子的中间形成Y形流道，水流经过上游两个振子时会在各自侧面尖角位置产生旋涡，同时水流会流经三个振子中间形成的Y形流道，影响前述旋涡的脱落，进而影响振动的强度，致使三个振子不再振动。

本发明还提供一种可控制振动大小的流致振动发电振子，由两个端板和三个振子组成，每个所述振子均为相同大小的正三棱柱结构，每个所述振子的顶部和底部从重心位置到其中一个顶角设置有滑轴，两个所述端板相对的表面上围绕端板几何中心设置有互成120°的滑槽，每个所述振子两端的滑轴嵌入所述滑槽内形成滑动连接，水流方向的上游布置两个振子，下游布置一个振子，其中所有振子均为其中一条侧边垂直于水流方向布置，每个振子中与垂直水流方向的侧边相对的顶角方向朝向下游方向。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明提供的流致振动发电振子，采用三个可同步滑动的正三棱柱振子组合而成，首先，三个正三棱柱振子向内集中收紧，可形成一个完整的大型正三棱柱，使得振动可出现典型驰振现象，振幅较大，振动能量转化潜力较大；其次，三个正三棱柱向外散开后，形成的天然Y性流道会阻碍上下振子产生旋涡的脱落，从而实现抑制振动的效果；再次，三个正三棱在滑槽内部可快速滑动，当遇到紧急情况后，振子可快速做出响应，通过可发生截面形状变化的振子实现振动的控制与紧急停机，降低振幅，保证设备安全；此外，上述振子、滑槽、滑轴的结构十分简单，易于操作与实现，具有良好的应用前景。

附图说明

图1一种可控制振动大小的流致振动发电振子工作状态剖面示意图；

图2一种可控制振动大小的流致振动发电振子停机状态剖面示意图；

图3一种可控制振动大小的流致振动发电振子工作状态剖面示意图(尾流形态)；

图4一种可控制振动大小的流致振动发电振子停机状态剖面示意图(尾流形态)；

图中1A-振子A；1B-振子B；1C-振子C；2A-滑轴A；2B-滑轴B；2C-滑轴C；3A-滑槽A；3B-滑槽B；3C-滑槽C；4-端板；5-水流；6-旋涡。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供一种可控制振动大小的流致振动发电振子，由三个振子1A、1B、1C、滑轴2A、2B、2C、滑槽3A、3B、3C、端板4组成。其中，振子1A、1B、1C为完全相同的正三棱柱，截面边长为10cm，垂直水流方向的长度为1m，材料可为钢材；

在三个振子1A、1B、1C的重心位置也即垂直水流方向的两端截面中心设置有贯穿振子顶部和底部的滑轴2A、2B、2C，滑轴2A、2B、2C分别与振子1A、1B、1C固定连接。

三个振子1A、1B、1C垂直水流方向的两端布置有端板4，端板4截面形状可为圆形，截面半径20cm，厚度1cm，材料为钢材，端板4与流致振动发电系统的传动结构相连；端板4内部布置三个滑槽3A、3B、3C，长度10cm，通过滑轴2A、2B、2C约束三个振子1A、1B、1C在滑槽内滑动；三个振子1A、1B、1C、三个滑槽3A、3B、3C围绕端板4几何中心等间距放射状布置；三个滑槽的轴线互成120°。

具体的，上游布置两个振子1A、1C，下游布置1B；三个振子1A、1B、1C均为其中一条底边垂直水流方向布置，三个振子1A、1B、1C中与垂直水流方向的侧边相对的顶角方向朝向下游方向；三个振子1A、1B、1C可沿着三个滑槽3A、3B、3C围绕端板4几何中心放射状向内、外同步滑动，但不论如何滑动，三个振子相对水流5方向角度不改变。

见图3和图4，具体当需要增大振动时，三个振子1A、1B、1C通过滑轴2A、2B、2C同步向中心集中，最终形成一个整体三棱柱，水流5经过振子1A、1B、1C时，在其上下方交替产生旋涡6A、6B、6C脱落，最终带动振子1A、1B、1C同步上下振动，振动强度大，电能利用效果优。

当停机或其他情况需要减小振动时，三个振子1A、1B、1C通过滑轴2A、2B、2C同步向外滑动，三个振子1A、1B、1C中间形成Y形流道，水流5经过振子1A、1C时会在尖角位置产生旋涡6A、6B，但同时水流5会流经振子1A、1B、1C中间形成的Y形流道，从而影响旋涡6A、6B的脱落，进而影响振动的强度，致使振子1A、1B、1C不再振动，不进行电能利用。

该实施例中，振子适用于0.2～1.5m/s的流速范围，最大功率可达到100W。

实施例2

本实施例提供一种可控制振动大小的流致振动发电振子，由三个振子1A、1B、1C、滑轴、滑槽3A、3B、3C、端板4组成。其中，振子1A、1B、1C为完全相同的正三棱柱，截面边长为10cm，垂直水流方向的长度为1m，材料可为钢材；

在三个振子1A、1B、1C的顶部和底部从重心位置到其中一个顶角设置有滑轴，滑轴分别与振子1A、1B、1C固定连接。

三个振子1A、1B、1C垂直水流方向的两端布置有端板4，端板4截面形状可为圆形，截面半径20cm，厚度1cm，材料为钢材，端板4与流致振动发电系统的传动结构相连；端板4内部布置三个滑槽3A、3B、3C，长度10cm，三个振子1A、1B、1C两端的滑轴嵌入滑槽3A、3B、3C内形成滑动连接，通过滑轴约束三个振子1A、1B、1C在滑槽内滑动；三个振子1A、1B、1C、三个滑槽3A、3B、3C围绕端板4几何中心等间距放射状布置；三个滑槽的轴线互成120°。

具体的，上游布置两个振子1A、1C，下游布置1B；三个振子1A、1B、1C均为其中一条底边垂直水流方向布置，三个振子1A、1B、1C中与垂直水流方向的侧边相对的顶角方向朝向下游方向；三个振子1A、1B、1C可沿着三个滑槽3A、3B、3C围绕端板4几何中心放射状向内、外同步滑动，但不论如何滑动，三个振子相对水流5方向角度不改变。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。