CN113864105B - 一种发电组件及双弹性水囊内流能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提出了一种利用卡门涡街的双弹性水囊内流能发电装置，该装置包括：转动环、左水囊、右水囊、尾翼、浮体、拉绳、限位板、管道和威尔斯水用涡轮机，本公开装置巧妙地与大桥桥墩相结合，当水流过桥墩时，会在桥墩两侧产生交替旋涡即卡门涡街的周期***变横向力作用，进而会对装置中的左、右水囊产生交替挤压作用，使得左、右水囊中的水来回穿梭，从而使管道中涡轮机的叶轮转动，最终实现装置连续发电。本装置中浮体可以根据不同的水位高度进行上下移动，从而实现在不同水位高度下的水流能最优化利用。本装置即使在水位完全褪去的情况下也可以利用自然界的风能实现装置发电。

Description

一种发电组件及双弹性水囊内流能发电装置
技术领域
本申请属于可再生能源发电领域，具体涉及一种发电组件及双弹性水囊内流能发电装置。
背景技术
当前，随着经济的发展，不可再生资源(石油、煤炭、天然气等)的消耗量与日俱增，伴随产生了日益严重环境污染问题。因此，各个国家越发重视可再生能源的利用。
众所周知，流体运动在自然界中普遍存在，所以水流能、风能等都是取之不尽，用之不竭的可再生能源。
卡门涡街是流体力学中重要的现象，在自然界中常可遇到，在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街。如水流过桥墩，风吹过高塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街。此外，当卡门涡街出现时，流体在物体后方两侧会产生一个周期性的交变横向力作用，如果物体的固有频率与力的频率一致时，会对物体造成损坏，这种涡街曾经使得海峡大桥受到损坏，据悉，美国科玛峡谷桥损毁事件就是由卡门涡街所引起的。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的是针对上述问题，提出一种发电组件及双弹性水囊内流能发电装置，以利用卡门涡街产生的交变力进行发电，将具有非常大的实际应用价值。
根据本公开的第一方面，提出了发电组件，包括：
转动环，所述转动环套装在桥墩上；
左水囊和右水囊，左水囊和右水囊分别固定在所述转动环上，左水囊和右水囊之间通过管道相互连通；
涡轮机，涡轮机置于所述管道中；
尾翼，所述尾翼焊接在转动环上。
可选地，所述左水囊和右水囊的容积相等。
可选地，所述左水囊和右水囊均采用弹性材料制成。
根据本公开的第二方面，提出了双弹性水囊内流能发电装置，包括：
发电组件，所述发电组件为本公开提出的发电组件；
浮体环，所述浮体环套装在桥墩上，浮体环位于所述转动环的上方；
限位环，所述限位环套装在桥墩上，限位环位于所述转动环的下方；
拉绳，所述拉绳置于浮体环和转动环之间，拉绳用于连接浮体和转动环。
可选地，所述涡轮机为威尔斯水用涡轮机。
本公开装置安装在大桥桥墩上，当水流过桥墩时，会在桥墩两侧产生交替旋涡即卡门涡街的周期***变横向力作用，进而会对装置中的左、右水囊产生交替挤压作用，使得左、右水囊中的水在管道中来回穿梭，从而使管道中涡轮机的叶轮转动，最终实现装置连续发电。
本公开装置巧妙地与大桥桥墩相结合，当水流过桥墩时，会在桥墩两侧产生交替旋涡即卡门涡街的周期***变横向力作用，进而会对装置中的左、右水囊产生交替挤压作用，使得左、右水囊中的水来回穿梭，从而使管道中涡轮机的叶轮转动，最终实现装置连续发电。本装置中浮体可以根据不同的水位高度进行上下移动，从而实现在不同水位高度下的水流能最优化利用。本装置即使在水位完全褪去的情况下也可以利用自然界的风能实现装置发电。
本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
为了更清楚的说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显然，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本公开一个实施例示出的利用卡门涡街的双弹性水囊内流能发电装置示意图。
图2为根据本公开一个实施例示出的管道与涡轮机的安装位置示意图。
图3为根据本公开一个实施例示出的本公开在水流过桥墩时的示意图；
图4为根据本公开一个实施例示出的水流过桥墩形成卡门涡街时出现交替旋涡示意图。
图5为根据本公开一个实施例示出的水流过桥墩时左水囊受左侧旋涡挤压示意图。
图6为根据本公开一个实施例示出的水流过桥墩时右水囊受右侧旋涡挤压示意图。
图7为根据本公开一个实施例示出的在退潮时下移极限位置示意图。
图1-图7中，1是转动环，2是左水囊，3是右水囊，4是尾翼，5是浮体环，6是拉绳，7是限位环，8是管道，9是涡轮机，10是桥墩，11是桥面。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1是根据本公开的一个实施例示出的一种发电组件的结构示意图，包括：
转动环1，所述转动环1套装在桥墩10上；
左水囊2和右水囊3，所述左水囊2和右水囊3分别固定在所述转动环1上，左水囊2和右水囊3之间通过管道8相互连通；
涡轮机9，所述涡轮机9置于所述管道8中；
尾翼4，所述尾翼4焊接在转动环1上。
在一个实施例中，所述左水囊2和右水囊3的容积相等。
在一个实施例中，所述左水囊2和右水囊3均采用弹性材料制成。
根据本公开的实施例示出的双弹性水囊内流能发电装置，如图1所示，包括：
发电组件，所述发电组件为本公开图1中的发电组件；
浮体环5，所述浮体环5套装在桥墩10上，浮体环5位于所述转动环1的上方；
限位环7，所述限位环7套装在桥墩上，限位环7位于所述转动环的下方；
拉绳6，所述拉绳6置于浮体环5和转动环1之间，拉绳用于连接浮体5和转动环1。
在一个实施例中，所述涡轮机9为威尔斯水用涡轮机。
本公开的一个实施例提出的双弹性水囊内流能发电装置，其优点是：
1、本公开装置巧妙地与桥墩相结合，当水流过桥墩时会形成卡门涡街，进而产生交变横向力作用会交替挤压装置的左、右水囊，从而使得左、右水囊之间的涡轮机叶轮转动，最终实现装置连续发电。
2、本公开装置利用浮体可以根据不同的水位高度进行上下移动，从而实现在不同水位高度下的水流能最优化利用；此外，本装置即使在水位完全褪去时也可以利用自然界的风能实现发电。
3、本公开装置提出与桥墩结合的这种方式，在发电的同时还减轻了卡门涡街产生的交变横向力对桥墩的损坏，因而进一步提高了大桥的使用寿命。
以下结合附图，对本公开实施例的双弹性水囊内流能发电装置的工作原理和工作过程进行详细说明。
如图1所示，所述转动环1套在大桥桥墩10上，可以与桥墩10之间相对转动。
所述尾翼4是厚度较薄、长度较长的矩形板，与转动环1焊接，在水流流动过程中一直保持与水流流向平行。
所述左水囊2和右水囊3相同，均采用弹性材料制成，在左、右水囊中均充满水。将左水囊2设置在尾翼4左侧，固定在转动环1上；将右水囊3设置尾翼4右侧，固定在转动环1上。
所述浮体环5采用软质橡胶进行水密封式制成，在内部充满空气，将浮体5套在桥墩10上，浮体环5在转动环1上方。
所述拉绳6用于连接浮体5和转动环1，使得浮体5和转动环1可以同步上下移动。
所述限位板7设在桥墩10底部，用于限制装置的最大下移位置。
如图2所示，所述管道8联接于左水囊2和右水囊3之间，左、右水囊中的水可以在管道8中来回流动。
所述威尔斯水用涡轮机9设置在管道8中间，可直接连接发电机转轴，发电机采用永磁发电机，直接安装在涡轮机轴承罩内，该涡轮机采用对称翼型，当涡轮机两侧有水流通过时，均能使得叶轮转动，进而使得发电机发电。
如图3和图4所示，当水流过桥墩10时，会在桥墩10两侧产生交替旋涡即卡门涡街的周期***变横向力作用，产生的交替旋涡进而会对装置中的左、右水囊产生交替挤压作用。
当左侧旋涡对左水囊2进行挤压时，如图5所示，左水囊2受压收缩，左水囊2中的水通过管道8流到右水囊3中，管道8中穿梭的水流会带动涡轮机叶轮转动，从而实现发电机发电；当右侧旋涡对右水囊3进行挤压时，如图6所示，右水囊3受压收缩，右水囊3中的水通过管道8流到左水囊2中，管道8中穿梭的水流会带动涡轮机叶轮转动，从而实现发电机发电。实际上，水流产生的交替旋涡会交替挤压左、右水囊，所以管道8中的水流来回穿梭流动，威尔斯水用涡轮机9会产生的持续的电力输出。
本公开装置在水位升高或者降低时，装置中浮体环5可以根据不同的水位高度进行上下移动，从而实现在不同水位高度下的水流能最优化利用。
若水位完全褪去时，如图7所示，所述转动环1下移，移动到限位板7时停止移动，此时，若存在风能条件，则本公开可以利用风能，当风吹过桥墩10时，会在桥墩10两侧产生交替旋涡即卡门涡街的周期***变横向力作用，进而会对装置中的左、右水囊产生交替挤压作用，装置发电原理和上述利用水流发电的原理相同。
以上所述仅是本公开的优先实施方式，但实现时不受上述实施例限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本公开的保护范围。

Claims (5)

1.一种发电组件，其特征在于，包括：
转动环，所述转动环套装在桥墩上；
左水囊和右水囊，左水囊和右水囊分别固定在所述转动环上，左水囊和右水囊之间通过管道相互连通；
涡轮机，涡轮机置于所述管道中；
尾翼，所述尾翼焊接在转动环上。
2.根据权利要求1所述的发电组件，其特征在于，所述左水囊和右水囊的容积相等。
3.根据权利要求1所述的发电组件，其特征在于，所述左水囊和右水囊均采用弹性材料制成。
4.根据权利要求1所述的发电组件，其特征在于，所述涡轮机为威尔斯水用涡轮机。
5.一种双弹性水囊内流能发电装置，其特征在于，包括：
发电组件，所述发电组件为权利要求1或2的发电组件；
浮体环，所述浮体环套装在桥墩上，浮体环位于所述转动环的上方；
限位环，所述限位环套装在桥墩上，限位环位于所述转动环的下方；
拉绳，所述拉绳置于浮体环和转动环之间，拉绳用于连接浮体和转动环。
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