一种基于椭圆截面杆涡激振动特性的风力发电装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109538416A(43)申请公布日2019.03.29(21)申请号201811276416.0(22)申请日2018.10.30(71)申请人北京临近空间飞行器系统工程研究所地址100076北京市丰台区南大红门路1号申请人中国运载火箭技术研究院(72)发明人关键段毅张备战黄建栋段会申李潞宁刘斌高原段妍(51)Int.Cl.F03D9/11(2016.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种基于椭圆截面杆涡激振动特性的风力发电装置(57)摘要本发明公开了一种基于椭圆截面杆涡激振动特性的风力发电装置，其特征在于，所述风力发电装置包括底座、风能捕获装置、支撑风能捕获装置的弹性支撑杆、所述弹性支撑杆表面安装柔性压电材料，所述弹性支撑杆与底座连接处安装转动装置，使弹性支撑杆在底座上进行[-90°,90°]转动。该装置相比于圆形截面杆能更有效地捕获风能，可以根据使用需求实现振动状态的快速调节，并利用压电材料将能量最终转化为电能。CN109538416ACN109538416A权利要求书1/1页1.一种基于椭圆截面杆涡激振动特性的风力发电装置，其特征在于，所述风力发电装置包括底座、风能捕获装置、支撑风能捕获装置的弹性支撑杆、压电材料，所述压电材料贴附于弹性支撑杆上，所述弹性支撑杆与底座连接处安装转动装置，使弹性支撑杆在底座上进行θ∈[-90°,90°]转动。2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述风能捕获装置是椭圆截面杆。3.根据权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于，所述椭圆截面杆采用锥柱形式。4.根据权利要求3所述的风力发电装置，其特征在于，所述椭圆截面杆上端椭圆长轴与圆形截面杆上端圆直径相等。5.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述θ＝0°时，弹性支撑杆的振动变形最大；θ＝90°时，弹性支撑杆的振动变形最小。2CN109538416A说明书1/3页一种基于椭圆截面杆涡激振动特性的风力发电装置技术领域[0001]本发明属于风力发电领域，具体涉及一种基于椭圆截面杆涡激振动特性的风力发电装置。背景技术[0002]在一定条件下，流体流过物体时，在物体两侧会形成周期性脱落的反向旋转涡对，流体力学上称之为“卡门涡街”，一旦涡街强度足够大，可能导致物体结构振动响应。日常生活中，水流经过桥墩，风吹过高塔和高层建筑，海浪对深海油井的导管等均会形成结构响应，设计中一般研究如何抑制该类振动的影响。而杆状风力发电装置是充分利用卡门涡街的周期性，将涡街强度最大化并进行机械能量的捕获，进而利用该机械能进行发电。[0003]目前，在国际上已出现杆状风力发电装置的实际应用，一般采用锥柱杆形式，杆的截面形状为圆形。但圆形截面杆存在各向同性的特征，即只要风速适合，无论风向如何变化，圆杆均可在“卡门涡街”作用下产生振动。从实际应用的角度，圆形并非涡激振动特性效果最佳的截面形状，风能捕获效率仍存在提高空间。此外，发电装置的工作状态应具备灵活转换的能力，根据需求使其振动或抑制其振动，便于使用维护。基于上述原因，对椭圆截面杆的卡门涡街特性进行了研究，获取了不同风向“卡门涡街”特性的变化规律，提高了风能捕获效率，并实现了振动特性的快速调节。在此基础上，采用压电材料将振动能转换为电能，从而实现了将风能向电能转化的风力发电装置。发明内容[0004]本发明的目的在于提供一种基于椭圆截面杆涡激振动特性的风力发电装置，该装置相比于圆形截面杆能更有效地捕获风能，可以根据使用需求实现振动状态的快速调节，并利用压电材料将能量最终转化为电能。[0005]一种基于椭圆截面杆涡激振动特性的风力发电装置，包括底座、风能捕获装置、支撑风能捕获装置的弹性支撑杆、压电材料，所述压电材料贴附于弹性支撑杆上，当风能捕获装置将风能转化为振动能后，弹性支撑杆上的压电材料反复拉伸弯曲，将振动能转化为电能，所述弹性支撑杆与底座连接处安装转动装置，使弹性支撑杆在底座上进行θ∈[-90°,90°]转动。[0006]所述风能捕获装置是椭圆截面杆。[0007]进一步的，所述椭圆截面杆采用锥柱形式。[0008]进一步的，所述椭圆截面杆上端椭圆长轴与圆形截面杆上端圆直径相等。[0009]所述θ＝0°时，弹性支撑杆的振动变形最大；θ＝90°时，弹性支撑杆的振动变形最小，利用转动装置调整θ，当需要进行发电时，可在各来流方向上最大程度地捕获风能，当不需要发电时，也可使装置保持静止，便于维护。。[0010]本发明的有益效果如下：[0011]本发明给出了一种基于椭圆截面杆的风力发电装置，获得了相比于圆形截面杆更3CN109538416A说明书2/3页有效的风能捕获效率；该装置可根据使用需求，通过调整椭圆截面长轴、