基于可调尾流扰动的桥梁风能采集与涡激振动控制风屏障系统

本技术涉及风能利用设备，更具体地说，涉及基于可调尾流扰动的桥梁风能采集与涡振控制风屏障系统。

背景技术：

1、随着大跨度桥梁向轻型化、柔性化方向发展，其对风致作用的敏感性显著增强。其中，涡激振动是桥梁常见的风致振动问题之一。当桥梁结构周围产生周期性涡脱落时，容易诱发结构振动，导致疲劳损伤、舒适性下降甚至结构安全问题。因此，桥梁风致振动控制一直是桥梁风工程领域的重要研究方向。

2、目前，桥梁风振控制主要包括机械控制和流动控制两类。机械控制通常通过附加阻尼装置实现振动衰减，例如调谐质量阻尼器等。但此类装置成本较高，对低频振动控制效果有限，且存在长期维护问题。流动控制则主要通过改变桥梁周围流场结构实现振动抑制，例如气动外形优化、导流板、风屏障等方法。这是目前最主流、成本效益较高的方法。然而，这些传统气动措施多基于二维流动控制框架，即沿桥梁展向施加均匀的扰动，对三维效应的利用不足，有时控制效果并不理想，甚至可能在其他风速下引发新的振动。

3、此外，现有风屏障主要用于降低桥面横风风速，提高车辆行驶安全性，其功能主要局限于风速遮挡与导流，尚未充分考虑桥梁风致振动控制问题。同时，桥梁区域风能资源丰富，但现有桥梁风屏障通常未能实现风能利用，存在风能资源浪费的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供一种基于可调尾流扰动的桥梁风能采集与涡振控制风屏障系统，以提升桥梁处的风能利用以及实现有效的桥梁风振控制。

2、本技术提供一种基于可调尾流扰动的桥梁风能采集与涡振控制风屏障系统，其中，所述基于可调尾流扰动的桥梁风能采集与涡振控制风屏障系统包括：

3、多个风屏障主体结构，所述多个风屏障主体结构沿桥梁的宽度方向布置在桥梁的桥面的边缘，所述风屏障主体结构上具有过风孔，所述过风孔沿所述风屏障主体结构的厚度方向双向地贯通所述过风孔，所述风屏障主体结构的厚度方向与所述桥梁的宽度方向一致；

4、多个微型风力涡轮机，所述微型风力涡轮机包括微型发电机和多个叶片，所述多个叶片与所述微型发电机的输出轴传动连接，所述微型风力涡轮机设置在对应的过风孔的内部，或者，所述微型风力涡轮机设置在所述过风孔的外部且位于所述风屏障主体结构的迎风侧，所述风屏障主体结构沿所述桥梁的长度方向形成阵列，以使所述微型风力涡轮机沿所述桥梁的长度方向形成阵列，用于在桥梁尾流区产生展向非定常扰动；

5、调节装置，用于调节相邻的微型风力涡轮机的间距、微型风力涡轮机的转速和桨距角；

6、控制模块、电能传输模块、桥梁监测系统、储能模块和桥梁照明系统，所述桥梁监测系统包括安装于桥梁的振动传感器和风速传感器，所述微型发电机、电能传输模块、桥梁监测系统、储能模块、调节装置、风速传感器和桥梁照明系统均与所述控制模块信号连接，所述微型发电机通过所述电能传输模块分别与所述储能模块和桥梁照明系统电性连接，所述控制模块能够基于所述振动传感器采集的桥梁振动信息和/或所述风速传感器采集的风速信息调节所述微型风力涡轮机的运行状态；

7、所采储能模块用于桥梁监测、控制模块、储能或照明系统供电。

8、进一步地，所述过风孔的数量为多个，多个所述过风孔在所述风屏障主体结构上沿矩形阵列排布，所述多个微型风力涡轮机的数量与位置与所述多个过风孔的数量与位置一一对应以在所述风屏障主体结构上形成沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机。

9、进一步地，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一行中的微型风力涡轮机以等间距排布，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一列中的微型风力涡轮机以等间距排布；

10、或者，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一行中的微型风力涡轮机以非等间距排布，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一列中的微型风力涡轮机以非等间距排布；

11、或者，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一行中的微型风力涡轮机以等间距排布，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一列中的微型风力涡轮机以非等间距排布；

12、或者，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一行中的微型风力涡轮机以非等间距排布，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一列中的微型风力涡轮机以等间距排布。

13、进一步地，所述微型发电机的输出轴的轴线沿竖直方向布置或沿水平向布置，所述微型发电机的输出轴的轴线沿水平向布置时，所述微型发电机的输出轴的轴线与桥梁的宽度方向一致或与桥梁的宽度方向具有预定夹角。

14、进一步地，所述风屏障主体结构在所述过风孔处设置有支撑安装基板，所述支撑安装基板上具有基板通风孔，所述微型发电机可拆卸地安装在对应的过风孔处的支撑安装基板上。

15、进一步地，所述微型风力涡轮机中的叶片被从风屏障主体结构的引风面吹来的风驱动时沿预设旋转方向转动；

16、沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一行中相邻的微型风力涡轮机的叶片的预设旋转方向相同，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一列中相邻的微型风力涡轮机的叶片的预设旋转方向相同；

17、或者，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一行中相邻的微型风力涡轮机的叶片的预设旋转方向不同，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一列中相邻的微型风力涡轮机的叶片的预设旋转方向不同；

18、或者，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一行中相邻的微型风力涡轮机的叶片的预设旋转方向不同，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一列中相邻的微型风力涡轮机的叶片的预设旋转方向相同；

19、或者，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一行中相邻的微型风力涡轮机的叶片的预设旋转方向相同，沿矩形阵列排布的多个微型风力涡轮机中的每一列中相邻的微型风力涡轮机的叶片的预设旋转方向不同。

20、进一步地，所述调节装置包括桨距角电机，所述多个叶片通过桨距角电机与所述微型发电机传动连接，所述桨距角电机与所述控制模块信号连接。

21、进一步地，所述风屏障主体结构包括单元安装壳，所述过风孔形成在所述单元安装壳上。

22、进一步地，所述单元安装壳的数量为多个，多个单元安装壳沿矩形阵列排布，各个单元安装壳上形成有一个所述过风孔且对应安装有一个所述微型风力涡轮机，沿矩形阵列排布的多个单元安装壳中的每一行中相邻的单元安装壳彼此可拆卸地连接，沿矩形阵列排布的多个单元安装壳中的每一列中相邻的单元安装壳彼此可拆卸地连接。

23、进一步地，所述调节装置包括安装在所述桥梁的桥面的宽度方向的两侧边缘的滑轨，所述滑轨上可滑移地安装有滑块，所述单元安装壳的底部连接于所述滑块。

24、本技术提供的一种基于可调尾流扰动的桥梁风能采集与涡振控制风屏障系统的有益效果为：

25、本发明提供的基于可调尾流扰动的桥梁风能采集与涡振控制风屏障系统中，多个微型风力涡轮机沿桥梁的长度方向形成阵列，所述微型风力涡轮机包括微型发电机和多个叶片，所述多个叶片与所述微型发电机的输出轴传动连接，当自然风作用于桥梁时，微型风力涡轮机一方面能够吸收风能并通过微型发电机转化为电能，为所需的设备供电；另一方面，微型风力涡轮机的叶片产生的气流可以在桥梁尾流区域产生三维非定常扰动。这种扰动打破了原本沿桥梁展向均匀、相干的二维涡旋脱落过程，使得涡旋无法同步形成和发展，从而从根本上抑制了作用于桥梁主梁上的周期性气动力，实现对涡激振动的有效控制，也就是说，本发明提供的基于可调尾流扰动的桥梁风能采集与涡振控制风屏障系统能够产生显著的涡振抑制效果，此外，矩形阵列排布的涡轮阵列能够在桥梁的整个高度和长度方向上产生均匀或可控的展向扰动，相比单排或单列布置，控制效果更全面。微型风力涡轮机既可内嵌也可外置，提供了灵活的安装选择，适应不同的风屏障厚度和造型要求。

26、本发明的其他有益效果将在下文详细说明。