CN102790551B - 用于油气输送管道监测的自供电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉一种用于油气输送管道监测的自供电装置，属于油气管道监测及发电领域。主体固定在管道外侧镶有轴承的凸台上，主体内装有镶有轴承的压板；柱状磁铁上端通过压板上的导向孔进入主体上端的大圆孔内、下端和一组置于小圆孔的钵型压电换能器相粘接；在轴承内圈上装主轴，主轴一端装有叶片、另一端焊有法兰盘，法兰盘上镶嵌有T型磁铁，所述T型磁铁和柱状磁铁的同性磁极靠近安装。优点是利用压电换能器将油气动能转换成电能，无需铺设电缆或电池即可获得可靠、充足的能量；发电能力强、无接触冲击与噪音、可靠性高；发电量由磁场强度决定，主轴高、低及匀速转动时均具较强的发电能力。<!--1-->
Description
技术领域
本发明属于油气输送管道监测及发电技术领域，具体涉及一种用于油气输送管道监测的自供电装置。
背景技术
油气管道在其长期服役的过程中，由于自然腐蚀、自然界不可抗力、尤其是人为偷盗等造成的泄漏事件时有发生，频繁的管道泄漏不仅造成了巨大的经济损失、同时也给其周边自然环境造成了严重的污染。以往，常采用定期人工巡检的方法加以维护，但因油气管道铺设距离长、且常处于人迹罕至或交通不便之处，定期巡检难以及时发现泄漏并加以维护。因此，人们提出了多种类型用于管道泄漏监测或防盗系统，如中国专利200810223454.X、200710064122.7、200610069554.2、200610109495.7、200610015202.9、200510043346.0、01120311.0，等等。虽然所提出的某些管道泄漏或防盗监测报警方法在技术层面以较成熟，但目前我国长输管道防盗监测系统的应用还处于初步阶段、尚未得到大面的积推广应用，其主要原因之一是监测系统的供电问题未能得到很好的解决：采用铺设电缆的方法成本高、且已被不法分子切断而影响监测系统的正常运行；而采用电池供电时使用时间有限、需经常更换，一旦电池电量不足且未及时更换时也无法完成监测信息的远程传输。因此，为使油气管道泄漏及防盗系统得以实际应用，必须首先解决其供电问题。
近年来，为满足各类无线传感监测系统的自供电需求，人们提出了一种新型的微型压电发电装置，它具有结构简单、不发热、无电磁干扰、集成化高等特点，尤其适于无线传感监测系统自供电，某些类型的压电发电装置已在实际中逐步获得应用。目前，比较成熟的压电发电装置基本都是利用环境中的振动能量或手动操作进行发电的，而对于油气管道而言、尤其是埋置管道，用于使压电陶瓷发电的振动源并不存在。因此，现有的通过收集振动能量发电的压电发电装置并不能用于油气管道监测系统供电。
发明内容
本发明提供一种用于油气输送管道监测的自供电装置，以解决油气输送管道监测与防盗报警系统的供电难题以及现有振动式压电发电装置应用上的局限性。
本发明采取的技术方案是：中空结构的主体通过螺钉固定在管道外侧的凸台，管道外侧的凸台上镶嵌有轴承二；所述主体内部自下而上依次设有一组小圆孔和一个大圆孔，所述小圆孔和大圆孔的交界面上通过螺钉固定有压板；所述压板上镶嵌有轴承一、设有用于柱状磁铁导向的导向孔；所述柱状磁铁的上端通过压板上的导向孔进入主体上端的大圆孔内、下端和一组置于主体下端的小圆孔内且通过垫片相互粘接串联的压电换能器相粘接；所述压电换能器由两个钵型压电振子粘接而成，所述每个钵型压电振子由钵型金属基板和压电晶片粘接而成；在轴承一和轴承二的内圈上安装有主轴，主轴上置于管道内的轴端上安装有叶片、置于轴承一和轴承二之间的轴肩上焊接有法兰盘，法兰盘上镶嵌有T型磁铁；所述T型磁铁与压电换能器相连接的柱状磁铁的同性磁极靠近安装。
在本发明中，利用压电换能器将油气流动的动能转换成电能，无需铺设电缆或电池即可为油气管道泄漏及防盗监测系统提供可靠、充足的能量供应。总体方式是：通过流动的油气驱动叶片带动主轴旋转；通过随主轴转动的一组T型磁铁和柱状磁铁7相互靠近时其同性磁极间所产生的排斥力迫使多组串联的压电振子同时产生弯曲变形，当T型磁铁转离后；柱状磁铁所受磁力减小或消失，压电振子在其自身弹性力的作用下恢复变形；随着主轴连续转动，T型磁铁将交替地靠近、离开柱状磁铁，从而使压电振子产生持续的往复弯曲变形，进而将油气流动的动能转换成电能；所生成的电能经进一步转换处理后即可用于监测及防盗系统。
本发明的特色与优势：①利用压电换能器将油气流动的动能转换成电能，无需铺设电缆或电池即可为油气管道泄漏及防盗监测系统提供可靠、充足的能量供应；②通过一组T型磁铁连续地激励多组串联的压电换能器，发电能力强、无接触冲击与噪音、可靠性高；③压电振子的弯曲变形量及发电量主要由磁极间的磁场强度决定，主轴转速高、低及匀速时均具有较强的发电能力。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中自供电装置的结构原理简图；
图2是图1的A-A视图；
图3是图1的I部放大图。
具体实施方式
中空结构的主体2通过螺钉固定在管道1外侧的凸台101，管道1外侧的凸台101上镶嵌有轴承二5’；所述主体2内部自下而上依次设有一组小圆孔201和一个大圆孔202，所述小圆孔201和大圆孔202的交界面203上通过螺钉12固定有压板6；所述压板6上镶嵌有轴承一5、设有用于柱状磁铁7导向的导向孔601；所述柱状磁铁7的上端通过压板6上的导向孔601进入主体2上端的大圆孔202内、下端和一组置于主体2下端的小圆孔201内且通过垫片3相互粘接串联的压电换能器4相粘接；所述压电换能器4由两个钵型压电振子41粘接而成，所述每个钵型压电振子41由钵型金属基板412和压电晶片411粘接而成；在轴承一5和轴承二5’的内圈上安装有主轴10，主轴10上置于管道2内的轴端1002上安装有叶片11、置于轴承一5和轴承二5’之间的轴肩1001上焊接有法兰盘8，法兰盘8上镶嵌有T型磁铁9；所述T型磁铁9与压电换能器4相连接的柱状磁铁7的同性磁极靠近安装。
在本发明中，利用压电换能器将油气流动的动能转换成电能，无需铺设电缆或电池即可为油气管道泄漏及防盗监测系统提供可靠、充足的能量供应。总体方式是：通过流动的油气驱动叶片11带动主轴10旋转；通过随主轴10转动的一组T型磁铁9和柱状磁铁7相互靠近时其同性磁极间所产生的排斥力迫使多组串联的压电振子41同时产生弯曲变形；当T型磁铁9转离后，柱状磁铁7所受磁力减小或消失，压电振子41在其自身弹性力的作用下恢复变形；随着主轴10连续转动，T型磁铁9将交替地靠近、离开柱状磁铁7，从而使压电振子41产生持续的往复弯曲变形，进而将油气流动的动能转换成电能；所生成的电能经进一步转换处理后即可用于监测及防盗系统。
当主轴10旋转使法兰盘8上的T型磁铁9与置于压板6的导向槽601内的柱状磁铁7逐渐靠近时，一组T型磁铁9和柱状磁铁7的同性刺激之间产生排斥力，所产生的排斥力经垫片3传递给多组串联的压电振子41、并使其同时产生弯曲变形，柱状磁铁7沿压板6的导向槽601向下运动；当主轴10旋转使法兰盘8上的T型磁铁9逐渐远离柱状磁铁7时，T型磁铁9和柱状磁铁7的同性刺激之间的排斥力减小或消失，压电振子41在其自身弹力的作用下恢复变形，柱状磁铁7沿压板6的导向槽601向上运动；随着法兰盘8的连续转动， T型磁铁与柱状磁铁7交替的靠近、离开，从而使压电振子41产生持续的往复弯曲变形，进而将油气流动的动能转换成电能。
Claims (1)
1.一种用于油气输送管道监测的自供电装置，其特征在于：中空结构的主体通过螺钉固定在管道外侧的凸台，管道外侧的凸台上镶嵌有轴承二；所述主体内部自下而上依次设有一组小圆孔和一个大圆孔，所述小圆孔和大圆孔的交界面上通过螺钉固定有压板；所述压板上镶嵌有轴承一、设有用于柱状磁铁导向的导向孔；所述柱状磁铁的上端通过压板上的导向孔进入主体上端的大圆孔内、下端和一组置于主体下端的小圆孔内且通过垫片相互粘接串联的压电换能器相粘接；所述压电换能器由两个钵型压电振子粘接而成，所述钵型压电振子由钵型金属基板和压电晶片粘接而成；在轴承一和轴承二的内圈上安装有主轴，主轴上置于管道内的轴端上安装有叶片、置于轴承一和轴承二之间的轴肩上焊接有法兰盘，法兰盘上镶嵌有T型磁铁；所述T型磁铁与压电换能器相连接的柱状磁铁的同性磁极靠近安装。
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