一種往復空氣整流裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及能量轉換設備技術領域，尤其涉及一種往復空氣整流裝置及方法。
【背景技術】
[0002]地球上波浪能資源蘊藏量豐富，開發利用潛力巨大。目前波浪能利用技術種類繁多，但絕大部分利用技術是在波浪直接作用下利用載體(空氣、海水、結構物)與結構物(支撐平臺)的相對運動轉換波浪能量，還有一部分是利用載體受波的壓力產生形變或通過壓電效應轉換能量。形變或壓電效應轉換波浪能量由于波浪產生的壓頭不高而轉換效率不高，這兩類技術目前轉換效率最高不超過5 %。不同的轉換載體后續的轉換機構是不一樣的，這些機構復雜程度和建造成本差別很大。
[0003]以結構物同支撐平臺相互運動轉換波浪能量的技術就是振蕩浮子技術，它是目前世界發展的主流(包括中國)。振蕩浮子技術的特點是利用波浪能量推動一個浮體相對另一個浮體平動或轉動輸出能量，后續轉換機構通常采用液壓系統。液壓系統主要包括液壓缸、液壓馬達、管道和一些溢流保護閥等，有的還包括具有穩流的蓄能機構，機構較復雜。如果以液壓油作為工質，還有可能因泄漏對環境產生影響。相對運動的兩結構物在超常波浪力作用下超限運動，有可能導致機構受力超常而被破壞。
[0004]以海水作為載體轉換波浪能量就是所謂的越浪技術。越浪技術是波浪推動海水爬升把波浪能轉換為海水勢能，然后通過水輪機和發電機把勢能轉換為電能，其特點是水輪機同海水接觸，受海生物附著影響大，由于要支撐海水重量裝置體積相對龐大，高效率的低水頭水輪機是一個需要解決的關鍵問題。
[0005]以空氣作為載體轉換波浪能量就是所謂的振蕩水柱技術。振蕩水柱技術公認的特點是結構簡潔，材料利用率高，水下無運動部件可靠性高。其后續轉換機構為空氣透平和發電機(或其他負載)，全部設備內置在結構物內，不接觸海水，故障率低，維護方便，密封級別要求低，海生物附著影響小。整套機構簡單。目前基于振蕩水柱技術發展的導航用微型波力發電裝置已實現小規模生產。
[0006]產生往復運動非穩態氣流是振蕩水柱利用技術的特點，也是難以提高透平轉換效率一個關鍵因素。目前應用于振蕩水柱技術上的空氣透平主要有Wells透平和沖動式透平等及其變種。Wells透平采用對稱翼結構，無需整流閥門，雙向來流都可推動透平單向旋轉，結構簡單，造價低，但只在特定的轉速范圍內轉換效率高，而且最高也只是33%，容易失速，啟動特性差，噪音大。在2000年前研建的絕大部分振蕩水柱波浪能示范電站中采用了結構簡單的Wells透平。沖動式透平為了應對往復流問題可分為單閥式沖動式透平和無閥式沖動式透平。按照導向葉片的不同，單閥式沖動式透平由可分為單閥式固定導葉沖動透平、單閥式自調節導葉沖動透平。該透平由于單向柵格閥門的作用只利用一個方向的氣動能量，整體轉換效率不高，而且目前閥門在高頻往復氣流作用下頻繁碰撞，容易損壞。無閥式沖動式透平由可分為雙向固定導葉沖動透平、雙向自調節導葉沖動透平及其他組合方式如雙單向沖動透平結構(Un1-direct1nal Turbine)等。無閥式沖動式透平有為了適應雙向流的作用，一種方式是在透平兩端裝配有導葉組，導葉組一端起到導流作用，另一端起到流阻作用，這種結構形式導致整體轉換效率提高困難。目前我國科研人員實驗研究表明沖動式透平低速效率轉換效率較高，曲線平緩，頻帶較寬，啟動特性佳，在規則波條件下，雙向可調導葉沖動式透平最高轉換效率可達53.3 %，但這種透平需要精心設計，在一天幾萬次往復式氣流的作用下，導葉運動頻率過高，容易卡死損壞。為了克服雙端導葉流阻大的問題，日本學者提出了一種雙單向沖動透平結構。該種結構是兩組分開的透平，特殊設計的導葉使氣流幾乎只能單向流動。通過對實驗研究和數值求解發現該種透平機組效率達60%，高于同種海況下的Wells透平和帶有前置導葉的沖動透平。該透平機具有一級噴嘴葉柵和一級動葉柵，其中噴嘴葉柵和動葉柵的空氣進口均大于出口，其機械效率高達75%，是由于低參數的空氣具有可壓縮性，漸縮式流道將空氣的壓力能轉化為動能，從而提高了氣動效率。這種結構有望使波浪能到電的轉換效率達到50%。但是，該種透平機組采用兩組對稱的透平組，當空氣沖動一組透平旋轉做功時，另一組透平也跟著做旋轉運動而產生斥氣損失，導致整個機組損失較大，其透平出口漏氣損失也較大，從而使得轉換效率降低。
[0007]故現有技術有待改進和發展。
【發明內容】
[0008]本發明為了克服現有的流體整流裝置在低壓、高頻運動環境中的不足，提供了一種能適用于低壓、高頻運動環境，而且能高效率、高壽命、無噪聲連續工作的往復空氣整流裝置以及方法。
[0009]本發明的技術解決方案是:一種往復空氣整流裝置，包括環形管道，該環形管道上設有空氣接口 ；從接口位置開始，依次設置有以下柵格閥門:設置在所述環形管道的外壁和內壁之間的第一單向柵格閥門、設于外壁上的第二單向柵格閥門、設于外壁上的第三單向柵格閥門、設置在所述環形管道的外壁和內壁之間的第四單向柵格閥門；當空氣通過所述接口進入所述環形管道時，第一單向柵格閥門和第三單向柵格閥門同時開啟，第二單向柵格閥門和第四單向柵格閥門同時關閉；當空氣通過所述接口流出所述環形管道時，第一單向柵格閥門和第三單向柵格閥門同時關閉，第二單向柵格閥門和第四單向柵格閥門同時開啟。
[0010]各個單向柵格閥門均包括框體以及設置在框體內可轉動的閥軸，在閥軸上設有與框體相適配的閥片，閥軸的一端伸出框體之外，在閥軸伸出框體的一端上設有曲柄，各個曲柄均與第一連桿連接；還包括用于限制閥片轉動使得其單向開啟的限位件。
[0011 ] 同一個單向柵格閥門中的相鄰所述閥片過盈配合。
[0012]所述閥片的橫截面為翼型。
[0013]所述第一單向柵格閥門的第一連桿通過第二連桿與所述第三單向柵格閥門的第一連桿連接，以使得所述第一單向柵格閥門和所述第三單向柵格閥門同時啟閉；所述第二單向柵格閥門的第一連桿通過第三連桿與所述第四單向柵格閥門的第一連桿連接，以使得所述第二單向柵格閥門和所述第四單向柵格閥門同時啟閉。
[0014]一種往復空氣整流方法，包括以下步驟，S1:將具有往復式空氣的管道接入帶有接口的環形管道；
[0015]S2:在空氣通過接口流入環形管道的接口時，同時打開第一柵格閥門和第三柵格閥門，以及關閉第二柵格閥門以及第四柵格閥門，在環形管道內形成沿預定方向流動的氣流；
[0016]S3:在空氣通過接口流出環形管道的接口時，第一柵格閥門和第三柵格閥門同時關閉，第二柵格閥門以及第四柵格閥門同時開啟，在環形管道中形成與S2流動方向相同的氣流。
[0017]本發明的有益效果:
[0018]能適用于低壓、高頻運動環境，而且能高效率、高壽命、無噪聲連續工作。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明整流裝置空氣流入環形管道狀態示意圖；
[0020]圖2為本發明整流裝置空氣流出環形管道狀態示意圖；
[0021]圖3為本發明單向柵格閥門整體結構示意圖；
[0022]圖4為本發明一組閥片和閥軸結構示意圖；
[0023]圖5為本發明整體結構示意圖。
[0024]附圖標記說明:
[0025]1-第一單向柵格閥門；2_第二單向柵格閥門；3_第三單向柵格閥門，4-第四單向柵格閥門;5~原動機;6_接P ;10_環形管道;11_框體;12_閥軸;13_閥片;14_曲柄；15-第一連桿；16_限位件；161-銜接桿；162_限位桿；17_第二連桿；18_第三連桿。
【具體實施方式】
[0026]實施例:
[0027]參閱圖1，圖2，圖3，以及圖4，一種往復空氣整流裝置，包括環形管道10，該環形管道10延伸設有連通該環形管道的接口 6，該接口 6連通往復式空氣管道；當通過該接口流入空氣時，在該環形管道10中形成沿預定方向流動的第一氣流；當通過該接口流出空氣時，在該環形管道10中形成與第一氣流流動方向相同的第二氣流。
[0028]包括環形管道10，該環形管道10上設有空氣接口 6 ;從接口 6位置開始，依次設置有以下柵格閥門:設置在環形管道10的外壁和內壁之間的第一單向柵格閥門1、設于外壁上的第二單向柵格閥門2、設于外壁上的第三單向柵格閥門3、設置在環形管道