阅读说明：本技术 建筑物地下空间地震能转换利用装置及操作方法 (Earthquake energy conversion and utilization device for underground space of building and operation method ) 是由 罗战友 李晓泉 邹宝平 陶燕丽 丁康 李超 朱剑锋 吴李泉 熊志强 夏建中 于 2020-01-21 设计创作，主要内容包括：一种建筑物地下空间地震能转换利用装置,包括箱体、磁流体、弹簧、气球、充气泵和环形永磁铁,所述箱体的顶部设有螺旋管,所述螺旋管内腔与所述箱体内腔连通,所述螺旋管上套入所述环形永磁体,所述箱体的底部与弹簧的上端连接,所述弹簧的下端固定在建筑地下空间,所述箱体内充满所述磁流体,所述气球位于所述箱体的内腔,所述气球的进气口与所述充气泵的出口连通,所述箱体下部设有用于引出感应电流的电极。以及提供一种建筑地下空间地震能转换利用装置的操作方法。本发明成本低、效率高、绿色环保、具有一定的自我调节功能。(The earthquake energy conversion and utilization device for the underground space of the building comprises a box body, a magnetic fluid, a spring, a balloon, an inflator pump and an annular permanent magnet, wherein a spiral pipe is arranged at the top of the box body, the inner cavity of the spiral pipe is communicated with the inner cavity of the box body, the annular permanent magnet is sleeved on the spiral pipe, the bottom of the box body is connected with the upper end of the spring, the lower end of the spring is fixed in the underground space of the building, the magnetic fluid is filled in the box body, the balloon is located in the inner cavity of the box body, an air inlet of the balloon is communicated with an outlet of the inflator pump, and an electrode used for leading. And provides an operation method of the seismic energy conversion and utilization device for the underground space of the building. The invention has the advantages of low cost, high efficiency, environmental protection and certain self-regulation function.)

建筑物地下空间地震能转换利用装置及操作方法

技术领域

本发明涉及一种地震能量的采集并将其转化成电能的发电装置，适用于地震活动带上的各类地下建筑物，是一种将建筑物地下空间的振动能量进行转换及利用的装置。

背景技术

化石燃料是当今世界主要的能量来源，但化石燃料的大量使用所带来的环境问题却一直无法得到解决，因此，寻找一种新的清洁能源迫在眉睫。地震虽然携带着大量的振动能量，但目前并没有很好的方法将地震能进行收集与利用。在全球范围内分布着很多地震活动带，如何将这些地震能量加以利用成了一种新的课题与挑战。此外，由于地震携带的巨大能量，其破坏性也十分巨大，地震发生时，电网通常也会受到破坏，抗灾抢险及灾后重建的电力来源也成为救灾过程中的一大难题。

发明内容

为更加靠近震源提高能量采集效率，降低对建筑可用空间的占据以及减小地震对装置的破坏，本发明提供一种建筑物地下空间地震能转换利用装置及操作方法，本装置安装在建筑结构的地下空间。在小震频发时期，本发明可采集地震能供以日常用电，在大震来临时，由于本发明安装于建筑物的地下空间，受地震影响小，装置采集的地震能可正常使用，以供抢险应急用电，此外，为应对破坏性较大的地震，本装置还具有一定的延展性，可保证在部分装置被破坏时，剩余装置仍能正常运作。本发明利用磁流体实现了地震能量的三维采集，具有能将地震能有效转化，发电损耗小，能量转换效率高，且由于本发明能与建筑物有效结合，且不影响建筑物的正常施工，为实际应用提供了可能性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种建筑物地下空间地震能转换利用装置，包括箱体、磁流体、弹簧、气球、充气泵、纵向连接杆和环形永磁铁，所述箱体的顶部设有螺旋管，所述螺旋管顶部封闭，所述螺旋管内腔与所述箱体内腔连通，所述螺旋管上套入所述环形永磁体，所述箱体的底部与弹簧的上端连接，所述弹簧的下端固定在建筑地下空间，所述纵向连接杆焊接在所述弹簧内，所述纵向连接杆下端固定在建筑物地下空间，所述箱体内充满所述磁流体，所述气球位于所述箱体的内腔，所述气球的进气口与所述充气泵的出口连通，所述箱体下部设有用于引出感应电流的所述电极板。

进一步，所述弹簧下端与所述建筑物地下空间的钢筋网片焊接，所述弹簧焊接在纵向连接杆上。

再进一步，相邻的环形永磁铁之间设有海绵垫片进行隔离。

更进一步，所述箱体上设有可控制阀门，用于控制润滑液、空气和磁流体的进出等。

优选的，所述箱体的顶部一周等间隔设置螺旋管。

一种建筑地下空间地震能转换利用装置的操作方法，包括以下步骤：

(1)根据建筑物的设计图纸，确定本装置在建筑物地下空间中的具体安装位置；

(2)根据建筑物情况调整本装置各个部件的尺寸及弹簧间的间距；

(3)在箱体上安装电极板、气球及充气泵，其中，电极板与箱体一同浇筑成型，并留在箱体内部，将气球通过箱体底部的预留孔插入箱体内，预留孔为螺纹孔，将充气泵拧紧到预留孔上；

(4)在箱体上安装阀门，在阀门的指定高度处嵌入电极片，将电极片的电线接到充气泵上，控制充气泵工作；将电极板与充气泵串联，为充气泵供电；

(5)通过阀门将润滑剂倒入箱体内，摇晃箱体使润滑剂涂抹均匀以减少磁流体的摩擦做功；

(6)将多余润滑剂导出，并持续抽气至箱体内达到真空状态，进一步，往箱体内注入磁流体，并保持箱室内为真空状态；关闭阀门，并保证其密封性；

(7)在箱体所连接的螺旋管上套入环形永磁铁并在环形磁铁之间套入海绵垫片进行隔离；

(8)进行地下室模板搭设，布置底板钢筋，将弹簧和纵向连接杆进行焊接，形成弹簧纵向连接杆组合装置；

(9)将弹簧纵向连接杆组合装置与钢筋网片焊接。待整层弹簧装置焊接完毕，浇筑底板混凝土；

(10)待混凝土强度达到设计强度时拆模，并将箱体与弹簧纵向连接杆组合装置的露出部分进行焊接，以整排为单位，将电极板的电线串联，布设电缆管线形成供电线路，设置检修门，导出线路建立用电回路，供地震时发电使用。

进一步，所述方法还包括以下步骤：

(11)当地震发生时，箱体与磁流体产生相对位移，由于螺线管外部套有环形磁铁，因此当磁流体涌入螺线管时会切割环形磁铁的磁感线，并产生感应电动势，通过电极将感应电流引出，并与步骤(10)中的回路连接，实现了地震能的转换与利用；

(12)当地震停止时，本装置可自动调节磁流体液面高度，使液面恢复特定高度保证二次使用；由于磁流体存在导电性，因此磁流体的液面高度变化，可控制阀门上的两组电极片断开与闭合；当液面高度低于特定高度时，充气泵对气球充气使液面升高到特定高度；当液面高度高于特定高度时，充气泵对气球放气使液面降低到特定高度，从而达到循环利用的效果。

再进一步，所述步骤(7)中，由于磁铁的吸附性，环形磁铁之间无法形成螺旋形连接，可能会对螺旋管壁产生较大的压力，影响本发明的使用寿命，因此在环形磁铁之间套入海绵垫片进行隔离。

本发明的有益效果主要表现在：(1)实现三维振动能量的吸收与利用：本发明采用磁流体发电，可实现将来自任意方向的振动能量进行吸收并转化为电能； (2)发电过程绿色无污染：整个能量转化过程节能环保，没有物质消耗，没有物质产生，实现能量与能量转换利用；(3)电量传输损耗小：本发明安装方式对建筑工程施工影响甚小，可与建筑结构实体进行有效连接，避免了长途发电过程中的电量损失，为大规模生产安装提供可能性；(4)发电效率高：与传统振动发电相比，本发明采用磁流体发电，极大降低了摩擦力，提高了能量转化效率；(5) 有一定的自我调节功能：通过液面调节装置，可有效控制液面高度，减少后期调节、维护成本，且可对磁流体进行二次回收利用，提高了经济效应，为后期装置的升级更新节约成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，1为带螺线管的箱体，2为磁流体，3为弹簧， 4为电极板，5为箱体阀门及控制电路，6为气球，7为充气泵，8为环形永磁铁， 9为纵向连接杆；

图2是图1的剖面图，包括1-1剖面，2-2剖面，3-3剖面；4-4剖面；5-5 剖面和6-6剖面。

图3是图2的6-6剖面的A-A剖面图；

图4是图2的6-6剖面的B-B剖面图；

图5是液面控制装置电路图；

图6是弹簧焊接示意图。

图7为底板浇筑完成示意图。

图8是安装完成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图8，一种建筑物地下空间地震能转换利用装置，包括箱体1、磁流体2、弹簧3、电极4、箱体阀门及控制电路5、气球6、充气泵7、环形永磁铁 8和纵向连接杆9，所述箱体的顶部设有螺旋管，所述螺旋管内腔与所述箱体内腔连通，所述螺旋管上套入所述环形永磁体，所述箱体的底部与弹簧的上端连接，所述弹簧的下端固定在建筑物地下空间，所述箱体内充满所述磁流体，所述气球位于所述箱体的内腔，所述气球的进气口与所述充气泵的出口连通，所述箱体下部设有用于引出感应电流的电极。

进一步，所述弹簧下端与所述建筑物地下空间的钢筋网片焊接，所述弹簧焊接在纵向连接杆上。

再进一步，相邻的环形永磁铁之间设有海绵垫片进行隔离。

更进一步，所述箱体上设有可控制阀门，用于润滑液倒进和导出，抽真空和磁流体的倒入等。

优选的，所述箱体的顶部一周等间隔设置螺旋管。

一种建筑物地下空间地震能转换利用装置的操作方法，某建筑物位于地震活动带上含三层地下室，地下室每层净空高度3.9m，由于该地区小震频发，需要于该建筑物地下空间内安装地震能转换利用装置。为安装地震能采集装置，需设置 50cm夹层，其中弹簧3露出底面高度10cm，箱体1高度为20cm，螺线管高度15cm 管顶与夹层间距5cm。当地下室模板搭设完毕，底板钢筋布置完成后，开始进行本装置的安装，装置安装过程如下：

(1)根据建筑物的设计图纸，确定本装置在建筑物地下空间中的具体安装位置，该建筑物含三层地下室，地下室每层净空高度3.9m，地下室底板钢筋网片采用14mm热轧钢筋网，钢筋间距100mm×100mm，选择在距离地下室两侧内墙300mm处安装本装置，为保证装置正常工作，需设置50cm夹层；

(2)根据建筑物情况调整本装置各个部件的尺寸及弹簧间的间距。其中弹簧3长度30cm，露出部分高度为10cm，间距400mm，箱体1高度为20cm，螺线管内径2cm，高度15cm管顶与夹层间距5cm；

(3)在箱体1上安装电极板、气球及充气泵，其中，电极板4与箱体1一同浇筑成型，并留在箱体内部，将气球6通过箱体底部的预留孔插入箱体内，预留孔为螺纹孔，将充气泵7拧紧到预留孔上，并通过橡胶垫片保证其气密性；

(4)在箱体1上安装阀门5，在阀门5的指定高度处嵌入电极片，将电极片的电线接到充气泵7上，控制充气泵工作。将电极板4与充气泵串联，为充气泵供电；

(5)通过阀门5将低粘度液体润滑剂倒入箱体内，摇晃箱体使润滑剂涂抹均匀以减少磁流体2的摩擦做功；

(6)利用气泵将多余润滑剂导出，并持续抽气至箱体1内达到真空状态，进一步，往箱体1内注入磁流体2，并保持箱室内为真空状态，避免后期磁流体2压缩空气做功。关闭阀门5，并保证其密封性；

(7)在箱体1所连接的螺旋管上套入环形永磁铁8并在环形磁铁8之间套入海绵垫片进行隔离；

(8)进行地下室模板搭设，布置底板钢筋，将弹簧3和纵向连接杆9进行焊接，形成弹簧纵向连接杆组合装置；

(9)将弹簧纵向连接杆组合装置与钢筋网片焊接，焊接间距400mm，相邻两发电装置的弹簧纵向连接杆组合装置间距300mm。待整层弹簧装置焊接完毕，浇筑底板混凝土；

(10)待混凝土强度达到设计强度时拆模，并将箱体1与弹簧纵向连接杆组合装置的露出部分进行焊接，以整排为单位，将电极板4的电线串联，布设电缆管线形成供电线路，设置检修门，导出线路建立用电回路，供地震时发电使用；

(11)当地震发生时，箱体1与磁流体2产生相对位移，由于螺线管外部套有环形磁铁8，因此当磁流体2涌入螺线管时会切割环形磁铁8的磁感线，并产生感应电动势，通过电极4将感应电流引出，并与步骤10 中的回路连接，实现了地震能的转换与利用；

(12)当地震停止时，本装置可自动调节磁流体液面高度，使液面恢复特定高度保证二次使用，由于磁流体2存在导电性，因此磁流体2的液面高度变化，可控制阀门5上的两组电极片断开与闭合；当液面高度低于特定高度时，充气泵对气球充气使液面升高到特定高度；当液面高度高于特定高度时，充气泵对气球放气使液面降低到特定高度，从而达到循环利用的效果。