一種利用渦激共振發(fā)電的自立式高聳結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是一種利用渦激共振發(fā)電的自立式高聳結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由主結(jié)構(gòu)、調(diào)頻振子、發(fā)電系統(tǒng)、發(fā)電艙和底部加勁肋組成，所述主結(jié)構(gòu)底部設(shè)置底部加勁肋，并通過預(yù)埋錨栓與基礎(chǔ)相連，主結(jié)構(gòu)上部設(shè)置一個或多個發(fā)電艙，發(fā)電艙內(nèi)布置調(diào)頻振子和發(fā)電系統(tǒng)，在當(dāng)?shù)厝粘ｏL(fēng)速下發(fā)生渦激共振，誘發(fā)調(diào)頻振子的質(zhì)量塊在發(fā)電艙內(nèi)沿橫風(fēng)向往復(fù)運(yùn)動，從而帶動發(fā)電系統(tǒng)工作，產(chǎn)生電力能源。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)既具備一定的結(jié)構(gòu)使用功能，又具有風(fēng)力發(fā)電能力，可作為自供電的自立式基礎(chǔ)設(shè)施，也可作為低風(fēng)速地區(qū)日常風(fēng)速下的風(fēng)力發(fā)電裝置。
【專利說明】
一種利用渦激共振發(fā)電的自立式高聳結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于消能減振結(jié)構(gòu)體系及發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用渦激共振發(fā)電的自立式高聳結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著各種化石能源儲量的不斷減少，加之全球變暖等環(huán)境因素的不斷加劇，能源替代問題以及環(huán)境問題已經(jīng)引起了人們的極大關(guān)注。風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)換形式，是一種重要的自然資源，全球的風(fēng)能約為2.74X 17MW,其中可利用的風(fēng)能為2 X 17MW,比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。它作為一種無污染、可再生的綠色能源，取之不盡，用之不竭。一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理是風(fēng)輪在風(fēng)力作用下旋轉(zhuǎn)，把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪軸的機(jī)械能，發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪軸的帶動下旋轉(zhuǎn)發(fā)電。在土木工程領(lǐng)域，已經(jīng)開始為路燈、信號燈塔、智能監(jiān)測與控制系統(tǒng)等附加小型旋轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電裝置設(shè)備以提供必要的電力來源。
[0003]然而，這些風(fēng)力發(fā)電機(jī)對風(fēng)力輸入有較高的要求，當(dāng)風(fēng)速在一定范圍時，其工作效率較高，當(dāng)風(fēng)速較小時，其工作效率較小或無法發(fā)電，這不但降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)營效率，而且限制了它在低風(fēng)速地區(qū)的應(yīng)用。根據(jù)氣體動力學(xué)原理，圓形結(jié)構(gòu)的雷諾數(shù)處于跨臨界范圍和亞臨界范圍時，結(jié)構(gòu)發(fā)生橫風(fēng)向的渦激共振，此時結(jié)構(gòu)的橫向振動通常呈現(xiàn)規(guī)律的簡諧振動形式。因此，可以通過設(shè)計使得自立式高聳結(jié)構(gòu)在較低的風(fēng)速下，產(chǎn)生大幅度橫風(fēng)向振動，此類現(xiàn)象在圓形截面的自立式鋼煙囪和高桿燈中經(jīng)常發(fā)生。與此同時，為了緩解這種現(xiàn)象導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)疲勞損傷，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD)成為設(shè)計中的首選，TMD是附加在主結(jié)構(gòu)中的一個子結(jié)構(gòu)，由質(zhì)量塊、彈簧、阻尼裝置組成，通過TMD系統(tǒng)相對運(yùn)動產(chǎn)生的慣性力對主結(jié)構(gòu)的反作用，控制結(jié)構(gòu)的振動。
[0004]因此，如何將這種大幅橫風(fēng)共振現(xiàn)象變?yōu)橛欣饔?，同時緩解主體結(jié)構(gòu)的振動損傷具有較高的實(shí)際意義。本實(shí)用新型旨在利用這種一定風(fēng)速下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)大幅橫風(fēng)振動，設(shè)計一種既具有消能減振作用，又能夠提供一定發(fā)電能力的自立式高聳結(jié)構(gòu)體系。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種利用渦激共振發(fā)電的自立式高聳結(jié)構(gòu)體系，其主要由主結(jié)構(gòu)、調(diào)頻振子、發(fā)電系統(tǒng)、發(fā)電艙以及底部加勁肋組成，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)體系主結(jié)構(gòu)截面與一般自立式高聳結(jié)構(gòu)相同，結(jié)構(gòu)底部設(shè)置底部加勁肋，并通過預(yù)埋錨栓與基礎(chǔ)相連;主結(jié)構(gòu)上部設(shè)置一個或多個發(fā)電艙，發(fā)電艙內(nèi)布置調(diào)頻振子和發(fā)電系統(tǒng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種利用渦激共振發(fā)電的自立式高聳結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括主結(jié)構(gòu)、調(diào)頻振子、發(fā)電系統(tǒng)、發(fā)電艙和底部加勁肋，所述主結(jié)構(gòu)底部設(shè)置有底部加勁肋，并且所述主結(jié)構(gòu)通過預(yù)埋錨栓與基礎(chǔ)相連，所述主結(jié)構(gòu)上部設(shè)置一個或多個發(fā)電艙，所述發(fā)電艙內(nèi)設(shè)置有調(diào)頻振子和發(fā)電系統(tǒng)。
[0008]進(jìn)一步的，所述發(fā)電艙由水平艙壁和豎向艙壁組成，所述水平艙壁水平設(shè)置于主結(jié)構(gòu)內(nèi)或水平延伸出主結(jié)構(gòu)外，所述豎向艙壁豎直設(shè)置于主結(jié)構(gòu)內(nèi)或主結(jié)構(gòu)外，所述調(diào)頻振子由彈簧、質(zhì)量塊、滑動系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)組成，所述彈簧兩端分別連接質(zhì)量塊和主結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁，所述質(zhì)量塊通過滑動系統(tǒng)滑動地設(shè)置在發(fā)電艙的水平艙壁上，所述質(zhì)量塊通過傳動系統(tǒng)連接發(fā)電系統(tǒng)。
[0009]進(jìn)一步的，所述發(fā)電系統(tǒng)包括直線型發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)型發(fā)電機(jī)中的一種或兩種。
[0010]進(jìn)一步的，所述發(fā)電系統(tǒng)中的直線型發(fā)電機(jī)由定子鐵芯、動子磁極、永磁體和芯軸組成，所述動子磁極和永磁體設(shè)置在芯軸上，所述芯軸為臥式水平設(shè)置并且伸入定子鐵芯內(nèi)，所述定子鐵芯為臥式水平設(shè)置并且固定在發(fā)電艙的豎向艙壁上，所述芯軸中部通過傳動系統(tǒng)與質(zhì)量塊固接。
[0011]進(jìn)一步的，所述芯軸還包括一種立式豎向設(shè)置結(jié)構(gòu):所述定子鐵芯豎直地固接于發(fā)電艙的水平艙壁上，所述動子磁極和永磁體設(shè)置在芯軸上，所述芯軸的一端豎直伸入定子鐵芯中，另一端通過傳動系統(tǒng)連接質(zhì)量塊，用于將質(zhì)量塊的水平運(yùn)動變?yōu)樾据S的豎直運(yùn)動。
[0012]進(jìn)一步的，所述傳動系統(tǒng)由連桿、滑塊和滑軌組成，所述連桿的一端鉸接質(zhì)量塊，另一端鉸接滑塊，所述滑塊連接芯軸的一端，并且所述滑塊滑動地設(shè)置在滑軌上，所述滑軌固接在發(fā)電艙的豎向艙壁上。
[0013]進(jìn)一步的，所述發(fā)電系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)型發(fā)電機(jī)由旋轉(zhuǎn)端子和固定端子組成，所述旋轉(zhuǎn)端子的一端通過傳動系統(tǒng)與質(zhì)量塊連接，通過質(zhì)量塊的水平運(yùn)動獲得偏轉(zhuǎn)力矩。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0015]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)在日常風(fēng)速下與大氣發(fā)生渦激共振，引發(fā)結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)電系統(tǒng)工作，能夠在日常風(fēng)速范圍內(nèi)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能；同時，由調(diào)頻振子和發(fā)電系統(tǒng)共同構(gòu)成的調(diào)頻質(zhì)量阻尼系統(tǒng)，特別適用于單一頻率下的響應(yīng)控制，能夠極大地衰減結(jié)構(gòu)在渦激共振時的響應(yīng)，保護(hù)主結(jié)構(gòu)，使得主結(jié)構(gòu)能用于通信塔、路燈等自立式基礎(chǔ)設(shè)施。該結(jié)構(gòu)體系既具備一定的結(jié)構(gòu)使用功能，又具有風(fēng)力發(fā)電能力，可作為自供電的自立式基礎(chǔ)設(shè)施，也可作為低風(fēng)速地區(qū)日常風(fēng)速下的風(fēng)力發(fā)電裝置。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型的發(fā)電艙內(nèi)部示意詳圖；
[0018]圖3是本實(shí)用新型圖2中A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4是本實(shí)用新型的另一種發(fā)電艙外延伸的實(shí)施方式；
[0020]圖5是本實(shí)用新型的直線型發(fā)電系統(tǒng)豎向安裝時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖6是本實(shí)用新型采用旋轉(zhuǎn)型發(fā)電系統(tǒng)時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7是本實(shí)用新型的發(fā)電機(jī)電能合并原理框圖。
[0023]圖中標(biāo)號說明:1.主結(jié)構(gòu)，2.調(diào)頻振子，3.發(fā)電系統(tǒng)，4.發(fā)電艙，5.底部加勁肋，21.彈簧，22.質(zhì)量塊，23.滑動系統(tǒng)，24.傳動系統(tǒng)，31.定子鐵芯，32.動子磁極，33.永磁體，34.芯軸，41.水平艙壁，42.豎向艙壁,241.連桿，242.滑塊，243.滑軌。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。
[0025]參照圖1至圖6所示，一種利用渦激共振發(fā)電的自立式高聳結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括主結(jié)構(gòu)1、調(diào)頻振子2、發(fā)電系統(tǒng)3、發(fā)電艙4和底部加勁肋5，本實(shí)施例的主結(jié)構(gòu)I截面與一般自立式高聳結(jié)構(gòu)相同，為圓形，所述主結(jié)構(gòu)I底部設(shè)置有底部加勁肋5，并且所述主結(jié)構(gòu)I通過預(yù)埋錨栓與基礎(chǔ)相連，本實(shí)施例中基礎(chǔ)是指在地基上澆筑的混凝土塊，所述主結(jié)構(gòu)I上部設(shè)置一個或多個發(fā)電艙4，所述發(fā)電艙4內(nèi)設(shè)置有調(diào)頻振子2和發(fā)電系統(tǒng)3。
[0026]所述發(fā)電艙4由水平艙壁41和豎向艙壁42組成，所述水平艙壁41水平設(shè)置于主結(jié)構(gòu)I內(nèi)或水平延伸出主結(jié)構(gòu)I外，所述豎向艙壁42豎直設(shè)置于主結(jié)構(gòu)I內(nèi)或主結(jié)構(gòu)I外，圖1中為不延伸出主結(jié)構(gòu)I的結(jié)構(gòu)，圖4則為延伸出的結(jié)構(gòu)，所述調(diào)頻振子2由彈簧21、質(zhì)量塊22、滑動系統(tǒng)23和傳動系統(tǒng)24組成，所述彈簧21兩端分別連接質(zhì)量塊22和主結(jié)構(gòu)I的內(nèi)側(cè)壁，所述質(zhì)量塊22通過滑動系統(tǒng)23滑動地設(shè)置在發(fā)電艙4的水平艙壁41上，所述質(zhì)量塊22通過傳動系統(tǒng)24連接發(fā)電系統(tǒng)3。
[0027]所述發(fā)電系統(tǒng)3包括直線型發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)型發(fā)電機(jī)中的一種或兩種，其中，圖2中的發(fā)電系統(tǒng)即為直線型發(fā)電機(jī)，圖6中所示的為旋轉(zhuǎn)型發(fā)電機(jī)。
[0028]所述發(fā)電系統(tǒng)3中的直線型發(fā)電機(jī)由定子鐵芯31、動子磁極32、永磁體33和芯軸34組成，所述動子磁極32和永磁體33設(shè)置在芯軸34上，所述芯軸34為臥式水平設(shè)置并且伸入定子鐵芯31內(nèi)，所述定子鐵芯31為臥式水平設(shè)置并且固定在發(fā)電艙4的豎向艙壁42上，所述芯軸34中部通過傳動系統(tǒng)24與質(zhì)量塊22固接。
[0029]所述芯軸34還包括一種立式豎向設(shè)置結(jié)構(gòu):所述定子鐵芯31豎直地固接于發(fā)電艙4的水平艙壁41上，所述動子磁極32和永磁體33設(shè)置在芯軸34上，所述芯軸34的一端豎直伸入定子鐵芯31中，另一端通過傳動系統(tǒng)24連接質(zhì)量塊22，用于將質(zhì)量塊22的水平運(yùn)動變?yōu)樾据S34的豎直運(yùn)動。
[0030]所述傳動系統(tǒng)24由連桿241、滑塊242和滑軌243組成，所述連桿241的一端鉸接質(zhì)量塊22，另一端鉸接滑塊242，所述滑塊242連接芯軸34的一端，并且所述滑塊242滑動地設(shè)置在滑軌243上，所述滑軌243固接在發(fā)電艙4的豎向艙壁42上。
[0031]所述發(fā)電系統(tǒng)3中的旋轉(zhuǎn)型發(fā)電機(jī)由旋轉(zhuǎn)端子和固定端子組成，所述旋轉(zhuǎn)端子的一端通過傳動系統(tǒng)24與質(zhì)量塊22連接，通過質(zhì)量塊22的水平運(yùn)動獲得偏轉(zhuǎn)力矩。
[0032]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳述本實(shí)用新型的實(shí)施步驟:
[0033]根據(jù)設(shè)計和施工要求，在工廠分段加工主結(jié)構(gòu)I，并在對應(yīng)節(jié)段和位置焊接發(fā)電艙4的水平艙壁41和豎向艙壁42，當(dāng)發(fā)電艙4尺寸要求較大時，可局部凸出主結(jié)構(gòu)I，如附圖4所不O
[0034]在發(fā)電艙4的水平艙壁41頂面布置滑動系統(tǒng)23，滑動系統(tǒng)23可由滾輪或光滑接觸面形成，在其上部安裝質(zhì)量塊22，并將傳動系統(tǒng)24與質(zhì)量塊22固接，在質(zhì)量塊22和主結(jié)構(gòu)I的筒壁之間安裝彈簧21。
[0035]預(yù)先加工完成發(fā)電系統(tǒng)3的定子鐵芯31、動子磁極32、永磁體33和芯軸34，并按設(shè)計進(jìn)行拼裝;再將其安裝到發(fā)電艙4的對應(yīng)位置，并與主結(jié)構(gòu)I的筒壁固接，最后將傳動系統(tǒng)24與發(fā)電系統(tǒng)3的芯軸34連接。
[0036]在結(jié)構(gòu)現(xiàn)場開挖基坑、澆筑基礎(chǔ)，將預(yù)先建工好的主結(jié)構(gòu)節(jié)段運(yùn)至現(xiàn)場，由底至頂定位安裝。
[0037]本實(shí)用新型原理
[0038]本實(shí)用新型的主結(jié)構(gòu)I在當(dāng)?shù)厝粘ｏL(fēng)速下發(fā)生渦激共振，從而有沿橫風(fēng)向產(chǎn)生大幅往復(fù)振動的趨勢，此時，因?yàn)檎{(diào)頻振子2的存在，大部分渦振能量被傳遞給調(diào)頻振子2，使得質(zhì)量塊22在發(fā)電艙4內(nèi)沿橫風(fēng)向往復(fù)運(yùn)動，通過傳動系統(tǒng)24帶動發(fā)電系統(tǒng)3工作，產(chǎn)生電力能源，并通過電能的合并、存儲和傳輸進(jìn)行利用;與此同時，發(fā)電系統(tǒng)為調(diào)頻振子2提供阻尼，形成了調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，減小了主結(jié)構(gòu)I本身的振動，提高了主結(jié)構(gòu)I的安全性，并且減少其用鋼量。
[0039]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種利用渦激共振發(fā)電的自立式高聳結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括主結(jié)構(gòu)(I)、調(diào)頻振子(2)、發(fā)電系統(tǒng)(3)、發(fā)電艙(4)和底部加勁肋(5)，所述主結(jié)構(gòu)(I)底部設(shè)置有底部加勁肋(5)，并且所述主結(jié)構(gòu)(I)通過預(yù)埋錨栓與基礎(chǔ)相連，所述主結(jié)構(gòu)(I)上部設(shè)置一個或多個發(fā)電艙(4)，所述發(fā)電艙(4)內(nèi)設(shè)置有調(diào)頻振子(2)和發(fā)電系統(tǒng)(3)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用渦激共振發(fā)電的自立式高聳結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述發(fā)電艙(4)由水平艙壁(41)和豎向艙壁(42)組成，所述水平艙壁(41)水平設(shè)置于主結(jié)構(gòu)(I)內(nèi)或水平延伸出主結(jié)構(gòu)(I)外，所述豎向艙壁(42)豎直設(shè)置于主結(jié)構(gòu)(I)內(nèi)或主結(jié)構(gòu)(I)外，所述調(diào)頻振子(2)由彈簧(21)、質(zhì)量塊(22)、滑動系統(tǒng)(23)和傳動系統(tǒng)(24)組成，所述彈簧(21)兩端分別連接質(zhì)量塊(22)和主結(jié)構(gòu)(I)的內(nèi)側(cè)壁，所述質(zhì)量塊(22)通過滑動系統(tǒng)(23)滑動地設(shè)置在發(fā)電艙(4)的水平艙壁(41)上，所述質(zhì)量塊(22)通過傳動系統(tǒng)(24)連接發(fā)電系統(tǒng)⑶。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用渦激共振發(fā)電的自立式高聳結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述發(fā)電系統(tǒng)(3)包括直線型發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)型發(fā)電機(jī)中的一種或兩種。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用渦激共振發(fā)電的自立式高聳結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述發(fā)電系統(tǒng)(3)中的直線型發(fā)電機(jī)由定子鐵芯(31)、動子磁極(32)、永磁體(33)和芯軸(34)組成，所述動子磁極(32)和永磁體(33)設(shè)置在芯軸(34)上，所述芯軸(34)為臥式水平設(shè)置并且伸入定子鐵芯(31)內(nèi)，所述定子鐵芯(31)為臥式水平設(shè)置并且固定在發(fā)電艙(4)的豎向艙壁(42)上，所述芯軸(34)中部通過傳動系統(tǒng)(24)與質(zhì)量塊(22)固接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用渦激共振發(fā)電的自立式高聳結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述芯軸(34)還包括一種立式豎向設(shè)置結(jié)構(gòu):所述定子鐵芯(31)豎直地固接于發(fā)電艙(4)的水平艙壁(41)上，所述動子磁極(32)和永磁體(33)設(shè)置在芯軸(34)上，所述芯軸(34)的一端豎直伸入定子鐵芯(31)中，另一端通過傳動系統(tǒng)(24)連接質(zhì)量塊(22)，用于將質(zhì)量塊(22)的水平運(yùn)動變?yōu)樾据S(34)的豎直運(yùn)動。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用渦激共振發(fā)電的自立式高聳結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述傳動系統(tǒng)(24)由連桿(241)、滑塊(242)和滑軌(243)組成，所述連桿(241)的一端鉸接質(zhì)量塊(22)，另一端鉸接滑塊(242)，所述滑塊(242)連接芯軸(34)的一端，并且所述滑塊(242)滑動地設(shè)置在滑軌(243 )上，所述滑軌(243 )固接在發(fā)電艙(4 )的豎向艙壁(42 )上。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用渦激共振發(fā)電的自立式高聳結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述發(fā)電系統(tǒng)(3)中的旋轉(zhuǎn)型發(fā)電機(jī)由旋轉(zhuǎn)端子和固定端子組成，所述旋轉(zhuǎn)端子的一端通過傳動系統(tǒng)(24)與質(zhì)量塊(22)連接，通過質(zhì)量塊(22)的水平運(yùn)動獲得偏轉(zhuǎn)力矩。
【文檔編號】F16F15/02GK205478120SQ201620181555
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月10日
【發(fā)明人】陳鑫, 李愛群, 王亞偉, 李啟才
【申請人】蘇州科技學(xué)院