本發(fā)明涉及海上風(fēng)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)葉片雙子渦流震蕩式折疊海上風(fēng)機(jī)

背景技術(shù)：

在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)需求迫切的當(dāng)下，風(fēng)電作為一種可再生清潔能源，無(wú)疑將扮演越來(lái)越重要的角色。日前，在上海國(guó)際海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈大會(huì)上，中國(guó)水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院副總工程師易躍春表示，中國(guó)具備開發(fā)建設(shè)海上風(fēng)電的良好條件，隨著國(guó)家對(duì)海上風(fēng)電的規(guī)劃逐步實(shí)施，海上風(fēng)電項(xiàng)目正在有序開展。豐富的海上風(fēng)電資源是我國(guó)發(fā)展海上風(fēng)電的基礎(chǔ)。根據(jù)最新的海上風(fēng)能資源普查成果，中國(guó)5～25米水深的海上風(fēng)電開發(fā)潛力約2億千瓦，50米高度海上風(fēng)電開發(fā)潛力約為2億千瓦，70米高度海上風(fēng)電開發(fā)潛力約為5億千瓦。

在有葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展迅猛的同時(shí)。其發(fā)電效率低、安裝和維護(hù)成本高等缺點(diǎn)也日益凸顯。無(wú)葉片概念應(yīng)運(yùn)而生，這一概念恰恰是利用風(fēng)機(jī)等大型建筑在風(fēng)力作用下產(chǎn)生共振的機(jī)械能。西班牙公司Vortex Bladeless提出這一概念并于2010年制造了第一個(gè)無(wú)葉片風(fēng)能發(fā)電機(jī)，這一風(fēng)力發(fā)電機(jī)在理想情況下(風(fēng)速每小時(shí)26英里)可捕捉到40％的風(fēng)能。

公開日為2015年12月9日、公開號(hào)為2015105315676.6、發(fā)明名稱為“仿尾鰭搖擺激振流體動(dòng)能轉(zhuǎn)化裝置”的專利申請(qǐng)?zhí)岢鰯[式與壓電發(fā)電結(jié)合的概念，運(yùn)用在波浪能領(lǐng)域有一定優(yōu)勢(shì)，但其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，在風(fēng)能利用領(lǐng)域?qū)嵱眯圆粡?qiáng)。

壓電發(fā)電運(yùn)用壓電效應(yīng)，指某個(gè)材料受到機(jī)械應(yīng)力時(shí)，產(chǎn)生的電荷與材料體產(chǎn)生的應(yīng)變成比例。相反，當(dāng)對(duì)材料施以電場(chǎng)——在材料的兩表面存在一定電勢(shì)差時(shí)，材料就會(huì)發(fā)生機(jī)械變形。智能材料之一壓電材料的壓電式采集裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、功率密度高，并且更易與微型化裝置兼容，得到了人們的廣泛研究，歐美國(guó)家及日本在壓電能量采集技術(shù)、整流電路、壓電材料等方面的研究矯治國(guó)內(nèi)有較大進(jìn)步。

公開日為2015年12月9日、公開號(hào)為2015105315676.6、發(fā)明名稱為“仿尾鰭搖擺激振流體動(dòng)能轉(zhuǎn)化裝置”的專利申請(qǐng)?zhí)岢鰯[式與壓電發(fā)電結(jié)合的概念，運(yùn)用在波浪能領(lǐng)域有一定優(yōu)勢(shì)，但其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，在風(fēng)能利用領(lǐng)域?qū)嵱眯圆粡?qiáng)。

壓電發(fā)電運(yùn)用壓電效應(yīng)，指某個(gè)材料受到機(jī)械應(yīng)力時(shí)，產(chǎn)生的電荷與材料體產(chǎn)生的應(yīng)變成比例。相反，當(dāng)對(duì)材料施以電場(chǎng)——在材料的兩表面存在一定電勢(shì)差時(shí)，材料就會(huì)發(fā)生機(jī)械變形。智能材料之一壓電材料的壓電式采集裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、功率密度高，并且更易與微型化裝置兼容，得到了人們的廣泛研究，歐美國(guó)家及日本在壓電能量采集技術(shù)、整流電路、壓電材料等方面的研究矯治國(guó)內(nèi)有較大進(jìn)步。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種無(wú)葉片雙子渦流震蕩式折疊海上風(fēng)機(jī),它針對(duì)背景技術(shù)中存在的問(wèn)題,采用無(wú)葉片震蕩擺式折疊結(jié)構(gòu)的海上風(fēng)機(jī),提高發(fā)電效率,減少運(yùn)輸與海底安裝需要的大量人力和物力的成本,通過(guò)有效的伸縮折疊縮小整個(gè)裝置的體積,方便運(yùn)輸,避免各個(gè)部件之間的拆裝減少海底安裝成本。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種無(wú)葉片雙子渦流震蕩式折疊海上風(fēng)機(jī)，所述風(fēng)機(jī)包括海上浮臺(tái)、錨鏈；所述海上浮臺(tái)通過(guò)螺栓連接有可折疊立柱，所述立柱頂端連接有兩側(cè)帶可折疊連桿的主連接體，每個(gè)所述連桿端部連接到擺動(dòng)機(jī)構(gòu)中的擺桿，所述擺桿的兩側(cè)連接有作用力臂，其底部通過(guò)擺動(dòng)基座與保護(hù)外殼鉸接，所述擺桿左右對(duì)稱設(shè)置有發(fā)電機(jī)構(gòu)，所述擺桿的頂部連接有伸出保護(hù)外殼的可折疊桅桿。

所述發(fā)電機(jī)構(gòu)包括帶整流電路的整流柱、多個(gè)壓電片、多個(gè)基體和充電電池，所述充電電池底部連接所述保護(hù)外殼，其上連接整流柱；每個(gè)基體相隔一定距離垂直固結(jié)在整流柱上且自身形成垂直彎角、成L型排布；所述壓電片采用懸臂式附在基體表面。

所述桅桿為圓臺(tái)型，采用中空結(jié)構(gòu)，上寬下窄，中間為圓形空孔。

每個(gè)所述基體包括豎直基體和水平基體，所述水平基體長(zhǎng)度根據(jù)作用力臂擺至初始作用位置設(shè)計(jì)，使一側(cè)整流柱上水平基體左端在同一條直線上且作用力臂擺動(dòng)時(shí)與整流柱一側(cè)所有水平基體最左端連線貼合。

每個(gè)所述壓電片包括豎直壓電片和水平壓電片，所述豎直壓電片和水平壓電片分別附在所述豎直基體和水平基體表面上，形成懸臂結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明有益效果：

第一，本發(fā)明采用上部無(wú)葉片桅桿風(fēng)能收集結(jié)構(gòu)，利用本該避免的建筑在風(fēng)中的擺動(dòng)，收集擺動(dòng)產(chǎn)生的風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電，節(jié)約能源。

第二，本發(fā)明中采用四節(jié)桅桿與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)與發(fā)電機(jī)構(gòu)連接，實(shí)現(xiàn)桅桿的機(jī)械能→擺桿的機(jī)械能→作用力臂的機(jī)械能→壓電片的動(dòng)能→電能這一能量轉(zhuǎn)化過(guò)程。

第三，本發(fā)明主要部件均采用伸縮折疊式結(jié)構(gòu),通過(guò)有效的伸縮折疊,縮小了整個(gè)裝置的體積,方便運(yùn)輸,避免各個(gè)部件之間的拆裝,減少了海底安裝成本至原來(lái)的以上,延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)壽命。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種無(wú)葉片雙子渦流震蕩式折疊海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)圖。

圖2是本發(fā)明一種無(wú)葉片雙子渦流震蕩式折疊海上風(fēng)機(jī)中擺動(dòng)機(jī)構(gòu)與發(fā)電機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)圖。

圖中：桅桿(1)、一節(jié)桅桿(1-1)、二節(jié)桅桿(1-2)、三節(jié)桅桿(1-3)、四節(jié)桅桿(1-4)，鎖緊機(jī)構(gòu)(2)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(3)、擺桿(3-1)、作用力臂(3-2)、鉸鏈(3-3)、擺動(dòng)基座(3-4)，保護(hù)外殼(4)，發(fā)電機(jī)構(gòu)(5)、基體(5-1)、豎直基體(5-1a)、水平基體(5-1b)、整流電路(5-2)、壓電片(5-3)、豎直壓電片(5-3a)、水平壓電片(5-3b)、整流柱(5-4)、充電電池(5-5)，主連接體(6)，連桿(7)，立柱(8)、一節(jié)立柱(8-1)、二節(jié)立柱(8-2)、三節(jié)立柱(8-3)，地腳螺栓(9)，浮臺(tái)(10)，鏈環(huán)(11)，錨鏈(12)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)地說(shuō)明：

如圖1，圖2所示，本發(fā)明提供一種無(wú)葉片雙子渦流震蕩式折疊海上風(fēng)機(jī)，所述風(fēng)機(jī)包括海上浮臺(tái)10、錨鏈12；所述海上浮臺(tái)10通過(guò)鏈環(huán)11與錨鏈12連接；所述海上浮臺(tái)10通過(guò)地腳螺栓9連接有可折疊立柱8，所述立柱8頂端連接有兩側(cè)帶可折疊連桿7的主連接體6，每個(gè)所述連桿7端部連接到擺動(dòng)機(jī)構(gòu)3中的擺桿(3-1)，所述擺桿(3-1)的兩側(cè)連接有作用力臂(3-2)，其底部通過(guò)擺動(dòng)基座(3-4)與保護(hù)外殼連接，所述擺動(dòng)基座(3-4)通過(guò)鉸鏈(3-3)與保護(hù)殼體(4)連接；所述擺桿(3-1)左右對(duì)稱設(shè)置有發(fā)電機(jī)構(gòu)5，所述擺桿(3-1)的頂部連接有伸出保護(hù)外殼4的可折疊桅桿1。

所述發(fā)電機(jī)構(gòu)5包括帶整流電路(5-2)的整流柱(5-4)、多個(gè)壓電片(5-3)、多個(gè)基體(5-1)和充電電池(5-5)，所述充電電池(5-5)底部連接到所述保護(hù)外殼4，其上連接整流柱(5-4)；每個(gè)基體(5-1)相隔一定距離垂直固結(jié)在整流柱(5-4)上且自身形成垂直彎角、成L型排布；每個(gè)所述基體(5-1)包括豎直基體(5-1a)和水平基體(5-1b)，所述水平基體(5-1b)長(zhǎng)度根據(jù)作用力臂擺至初始作用位置設(shè)計(jì)，使一側(cè)整流柱上水平基體左端在同一條直線上且作用力臂擺動(dòng)時(shí)與整流柱(5-4)一側(cè)所有水平基體(5-1b)最左端連線貼合；所述壓電片(5-3)采用懸臂式附在基體表面。每個(gè)所述壓電片(5-3)包括豎直壓電片(5-3a)和水平壓電片(5-3b)，所述豎直壓電片(5-3a)和水平壓電片(5-3b)分別附在所述豎直基體(5-1a)和水平基體(5-1a)表面上，形成懸臂結(jié)構(gòu)。所述桅桿1為圓臺(tái)型，采用中空結(jié)構(gòu)，上寬下窄，中間為圓形空孔。兩根所述桅桿通過(guò)連接桿組成雙子結(jié)構(gòu)，利用卡門渦街產(chǎn)生的效應(yīng)產(chǎn)生盡可能大的振動(dòng)，雙子結(jié)構(gòu)亦可引起共振。

再?gòu)膱D1，圖2中看出，左右對(duì)稱的可折疊桅桿1各自通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)2與擺桿(3-1)連接，風(fēng)能使桅桿1運(yùn)動(dòng)；整流柱(5-4)豎直布置，與擺桿(3-1)原始位置平行，整流柱(5-4)中布置整流電路(5-2)，其一端與壓電片(5-3)相連、另一端與整流柱(5-4)底端充電電池(5-5)相連；多個(gè)基體(5-1)沿整流柱(5-4)靠近作用力臂(3-2)一側(cè)垂向布置，自身存在一個(gè)90度彎角，所述基體(5-1)包括豎直基體(5-1a)和水平基體(5-1b)，水平基體(5-1b)長(zhǎng)度根據(jù)作用力臂(3-2)擺至極限位置設(shè)計(jì)，即水平基體(5-1b)長(zhǎng)度根據(jù)作用力臂(3-2)擺至初始作用位置設(shè)計(jì)，使一側(cè)整流柱(5-4)上水平基體(5-1b)最左端在同一條直線上且作用力臂(3-2)擺動(dòng)時(shí)與整流柱(5-4)一側(cè)所有水平基體(5-1b)最左端連線貼合。多個(gè)壓電片(5-3)附著在基體(5-1)表面,亦分為豎直壓電片(5-3a)和水平壓電片(5-3b)，形成懸臂式結(jié)構(gòu)。固定機(jī)構(gòu)為一根可折疊立柱8與海洋浮臺(tái)10，可折疊立柱8一端與主連接體6相連，一端通過(guò)地腳螺栓9與浮臺(tái)10固定，浮臺(tái)10通過(guò)兩個(gè)錨鏈12與海底固定。

該海上風(fēng)機(jī)在運(yùn)送前,先將桅桿1、連桿7、立柱8收縮到最短,然后包裝運(yùn)輸。運(yùn)輸完成后,進(jìn)行海洋浮臺(tái)10搭建，將固定結(jié)構(gòu)和擺動(dòng)發(fā)電結(jié)構(gòu)安裝。最后把桅桿1、連桿7、立柱8向外拉伸。上述的方案利用葉片雙子渦流震蕩式折疊海上風(fēng)機(jī)，利用無(wú)葉片的設(shè)計(jì)介紹葉片制作與安裝的成本、提高能量轉(zhuǎn)化效率；由于主要部件均采用伸縮折疊式結(jié)構(gòu),減少了施工步驟，提高了施工的安裝質(zhì)量。發(fā)明實(shí)際工作原理：

這種風(fēng)機(jī)包括擺動(dòng)、發(fā)電機(jī)構(gòu)。擺動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)由兩根相同的可伸縮折疊的桅桿、連接兩桅桿的橫向可折疊連桿及主連接體組成，連桿分別與豎向桅桿端部垂直連接，左右連桿通過(guò)主連接體連接。桅桿采用圓臺(tái)型中空結(jié)構(gòu)，保證利用卡門渦街效應(yīng)并最大程度使桅桿擺動(dòng)。擺機(jī)構(gòu)包括一根擺桿、一套作用力臂、一個(gè)擺動(dòng)基座，擺桿豎直布置，與第四節(jié)桅桿通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)連接，擺桿與擺件基座通過(guò)鉸鏈連接，擺桿兩邊各連接一根作用力臂；發(fā)電機(jī)構(gòu)包括整流柱、多個(gè)壓電片與基體、充電電池、發(fā)電基座各一套；整流柱豎直布置與擺桿原始位置平行，整流柱中布置整流電路，與整流柱底端充電電池相連；多個(gè)基體沿整流柱靠近作用力臂一側(cè)相隔一定距離均勻垂向布置,自身存在一個(gè)90度彎角，每個(gè)基體成L型，包括豎直基體和水平基體，水平基體長(zhǎng)度根據(jù)作用力臂擺至初始作用位置設(shè)計(jì)，使一側(cè)整流柱上水平基體最左端在同一條直線上且作用力臂擺動(dòng)時(shí)與整流柱一側(cè)所有水平基體最左端連線貼合，多個(gè)壓電片的附著在基體表面,亦分為豎直壓電片和水平壓電片，形成懸臂式結(jié)構(gòu)。固定機(jī)構(gòu)為一根可折疊立柱與海洋浮臺(tái)，可折疊立柱一端與主連接體相連，一端通過(guò)地腳螺栓與浮臺(tái)固定，浮臺(tái)通過(guò)兩個(gè)錨鏈與海底固定。所述可折疊桅桿、連桿、立柱采用鎖緊機(jī)構(gòu)、具有2-4節(jié)的折疊結(jié)構(gòu)。

所述桅桿采用鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊，具有4節(jié)的折疊式結(jié)構(gòu)；松開鎖緊機(jī)構(gòu)，把一節(jié)桅桿推入二節(jié)桅桿中、二節(jié)桅桿推入三節(jié)桅桿中、三節(jié)桅桿推入四節(jié)桅桿中。

所述連桿采用鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊，具有2節(jié)的折疊式結(jié)構(gòu)；松開鎖緊機(jī)構(gòu)，把一節(jié)連桿推入二節(jié)連桿中。

所述立柱采用鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊，具有3節(jié)的折疊式結(jié)構(gòu)；松開鎖緊機(jī)構(gòu)，把一節(jié)立柱推入二節(jié)立柱中、二節(jié)立柱推入三節(jié)立柱中。

上述實(shí)例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、材料、連接方式都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)該排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。