[发明专利]一种用于水流管道的加强型压电叠堆压电俘能装置

摘要

一种用于水流管路的加强型压电叠堆压电俘能装置，属于水力发电及低功耗新能源技术领域。由波纹管、瓶颈接口、空穴接口、底座、顶盖、铝制薄膜、磁铁块、力学放大装置A、力学放大装置B、压电堆叠和密封胶圈组成。两个磁铁块布置于力学放大装置A上且其磁性与另外两个布置于底座上的磁铁块相斥；力学放大装置B与力学放大装置A之间及压电叠堆与力学放大装置B之间采用过盈配合连接。当水流流过波纹管时会使其压力脉动增加，压力脉动传递到铝制薄膜上，使之产生振动，振动通过力学放大装置后传递到压电叠堆上，进而使压电叠堆产生变形，产生电能。本发明放大水流管道中压力脉动产生的低频振动幅值，提高能量采集效率，装置结构简单且易于推广。

主权项

1.一种用于水流管道的加强型压电叠堆压电俘能装置，其特征在于：包括波纹管、入口水管、出口水管、力学放大装置A、力学放大装置B、压电叠堆、顶盖、底座、磁铁块、正极导线、负极导线、铝制薄膜、空穴接口、瓶颈接口、密封圈A、密封圈B以及密封圈C；其中，波纹管、入口水管、出口水管、力学放大装置A、力学放大装置B、顶盖、底座、空穴接口、瓶颈接口、密封圈A、密封圈B以及密封圈C的数量均为1个；正极导线及负极导线的数量各为1根；铝制薄膜的数量为1片；磁铁块的数量为4，压电叠堆有两块；瓶颈接口、空穴接口与铝制薄膜共同构成了亥姆霍兹共鸣器；空穴接口、瓶颈接口以及波纹管中嵌有密封圈，且波纹管中除包括入口水管和出口水管相接的接口外，还有一个与瓶颈接口相连的接口；波纹管与出口水管相接处有扩散口；波纹管与入口水管相接处有收缩口；力学放大装置A、力学放大装置B由铝制成；每块压电叠堆均由M个基础层以及N个压电层组成，其中，M和N不相等，且均为大于等于10的整数，基础层由不锈钢制成，压电层由压电陶瓷制成；压电层和基础层上分别接有导线，每个压电层上的导线采用并联连接形成正极导线，每个基础层上的导线采用并联连接形成负极导线；本电俘能装置中各模块的连接关系如下：波纹管与入口水管、出口水管以及瓶颈接口相连；瓶颈接口与空穴接口相连；空穴接口与底座相连；铝制薄膜分别与空穴接口和底座相连；底座与磁铁块中的两个相连；底座与顶盖相连；顶盖与力学放大装置A相连；力学放大装置A与磁铁块中的另两个相连；力学放大装置A与力学放大装置B相连；力学放大装置B与两块压电叠堆相连；正极导线和负极导线压电叠堆相连；正极导线与负极导线并联连接至能量储存装置；本电俘能装置的安装方法如下：步骤1)用水管管道胶分别将入口水管和出口水管与波纹管相连；步骤2)将波纹管与瓶颈接口通过螺纹连接；步骤3)空穴接口与瓶颈接口通过螺纹连接；步骤4)将铝制薄膜焊接于底座上；步骤5)底座与空穴接口通过螺纹连接；步骤6)在空穴接口、瓶颈接口与铝制薄膜所形成的空腔中注入水介质；步骤7)在底座上基于过盈配合左右对称安装两个磁铁块；步骤8)在顶盖上端安装力学放大装置A，具体通过螺纹连接；步骤9)在力学放大装置A上基于过盈配合左右对称安装两个磁铁块；步骤10)两块压电叠堆与力学放大装置B通过过盈配合连接；步骤11)力学放大装置A与力学放大装置B之间为过盈配合连接；步骤12)底座与顶盖通过螺纹安装，连接时保证底座上的磁铁块与力学放大装置A上的磁铁块磁极相对且相互排斥，铝制薄膜与力学放大装置A底端接触。本电俘能装置中各模块的功能如下：底座上的磁铁与力学放大装置A上的磁铁磁极两两相对且相互排斥，起到了提高力学放大装置A振动幅值的作用；瓶颈接口，空穴接口与铝制薄膜共同构成了亥姆霍兹共鸣器，能够有效选取特定频率的振动，使装置产生较为稳定的电流；波纹管可以增大水流中的压力脉动，相应提高压电叠堆振动的幅值与频率，增加能量转化效率；波纹管出口处的扩散口可以有效降低水流中的压力脉动，减小俘能装置对水流管道输水性能的影响。本电俘能装置的工作过程如下：向入口水管中通入水，则入口水管的水流入波纹管道时其压力脉动将增大，压力脉动通过瓶颈接口与空穴接口中的水介质传递到铝制薄膜上,使其产生振动，安装在力学放大装置A和底座上的磁铁块用于实现增加力学放大装置A的振动幅值；振动经过力学放大装置A与力学放大装置B传递到压电叠堆上，进而使压电叠堆上的压电层发生形变，产生电能。