CN105978401B - 一种输油管道监测系统供电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种输油管道监测系统供电装置，属油气管道监测领域。主管道内装有内筒，内筒筒底上装有连接环、内筒端部装有筒盖；压电振子两端装在连接环和筒盖上、中间装在施力件法兰上；压电振子安装前为平直结构、安装后为弯曲结构且压电晶片受压应力；施力件销轴经筒盖伸出、端部安装有激板；激板与筒盖间的销轴上套有弹簧；压电振子上处于施力件法兰左右两侧的部分分别构成发电单元I和II，压电振子在两发电单元中的伸缩量相制约。特色与优势：通过安装的方法将平直压电振子变成弯曲结构，形成沿管道长度方向伸缩振动的发电装置，结构及工艺简单、成本低；压电晶片仅受范围可控的压应力，可靠性高；易通过增加压电振子数和长度提高发电量。
Description
技术领域
本发明属于油气管道监测系统及压电发电领域，具体涉及一种输油管道监测系统供电装置。
背景技术
因自然腐蚀、自然界不可抗力、尤其是人为偷盗等造成的油气管道泄漏事件时有发生，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对油气管线加以维护，但因其铺设距离长、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及时维修，故人们提出了多种类型的管道泄漏监测或防盗系统。虽所提出的某些管道泄漏或防盗监测报警方法在技术层面已较成熟，但目前我国长输管道防盗监测系统的应用还处于起步阶段、尚未得到广泛应用，其原因之一是其供电问题未得到很好的解决：采用铺设电缆的方法成本高、且易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供电。然而，现有的油气管道压电发电装置大都通过流体涡轮转动驱动压电振子振子发电的，结构复杂、体积大，不适于直径相对较小的管道；同时，工作中压电振子双向弯曲变形、承受交替拉-压应力，拉应力过大时压电晶片易破碎、可靠性低。
发明内容
针对输油气管线监测的供电难题以及现有压电发电装置应用上的局限性，本发明提出一种输油管道监测系统供电装置。本发明采用的实施方案是：主体管道内部经左辐板和右辐板安装有内筒，内筒筒底上设有凸台，凸台上套有连接环，连接环经螺钉固定在筒底上；内筒端部经螺钉安装有筒盖，筒盖上设有凸台；压电振子一端经螺钉和压块固定在连接环上，另一端经螺钉和压块固定在筒盖凸台上，中间经螺钉和压块固定在施力件法兰上；压电振子由金属基板和压电晶片粘接而成，压电振子安装前自然状态下为平直 结构、且长度大于筒盖和筒底间的距离，安装后为弯曲结构、且压电晶片承受压应力；施力件法兰上经螺钉安装有电路板；施力件销轴经筒盖上的导向孔伸出，施力件销轴的端部经螺母安装有激板，激板与筒盖间的销轴上套有平衡弹簧；压电振子上处于施力件法兰左侧的部分构成发电单元I、右侧部分构成发电单元II，发电单元I和II的压电振子分别经整流桥与电路板上的电源电路相连。
流体流经激板时，激板向右运动并将平衡弹簧压缩、直至激板所受流体力及弹簧力相等，此时发电单元I及II中的压电振子均不承受流体作用力；流体流经激板时，激板在流体作用下将产生涡激振动，并通过施力件迫使发电单元I和II产生伸缩振动：施力件向左运动时，发电单元II伸长、其内部压电晶片所受压应力降低，发电单元I缩短、其内部压电晶片所受压应力增加；反之，施力件向右运动时，发电单元I伸长、其内部压电晶片所受压应力降低，发电单元II缩短、其内压电晶片所受压应力增加；上述发电单元I和II交替伸长-缩短过程中，压电振子在一个发电单元中伸长量达最大、即达到平直状态时，在另一个发电单元中缩短量达最大，缩短量和伸长量相制约，从而确保压电晶片始终承受合理的压应力，可靠性高。
优势与特色：①通过安装的方法将平直压电振子变成弯曲结构，形成沿管道长度方向伸缩振动的发电装置，结构及制作工艺简单、成本低；②压电晶片仅工作在压应力状态下、且压应力范围可控，可靠性高；③便于通过增加压电振子数量和长度的方法提高发电量。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中供电装置的结构剖面图；
图2是图1的A-A视图；
图3是本发明一个较佳实施例中安装前压电振子的结构示意图；
图4是本发明一个较佳实施例中主体的结构示意图。
具体实施方式
主体a的管道a1内部经左辐板a2和右辐板a4安装有内筒a3，内筒a3的筒底a5上设有凸台a6，凸台a6上套有连接环d，连接环d经螺钉固定在筒底a5上；内筒a3的端部经螺钉装有筒盖f，筒盖f上设有凸台f1；压电振子b的一端经螺钉和压块c固定在连接环d上，另一端经螺钉和压块c固定在筒盖f的凸台f1上，中间经螺钉和压块c固定在施力件e的法兰e1上；压电振子b由金属基板b1和压电晶片b2粘接而成，压电振子b安装前自然状态下为平 直结构、且长度L1大于筒盖f和筒底a5间的距离L2，安装后为弯曲结构、且压电晶片b2承受压应力；法兰e1上经螺钉安装有电路板j；施力件e的销轴e2经筒盖f上的导向孔伸出，销轴e2的端部经螺母i安装有激板h，激板h与筒盖f间的销轴e2上套有平衡弹簧g；压电振子b上处于施力件e的法兰e1左侧的部分构成发电单元I、右侧部分构成发电单元II，发电单元I和发电单元II的压电振子b分别经整流桥与电路板j上的电源电路相连。
流体流经激板h时，激板h向右运动并将平衡弹簧g压缩、直至激板h所受流体作用力及弹簧g的作用力相等，此时发电单元I及发电单元II中的压电振子b均不承受流体作用力；流体流经激板h时，激板h在流体的作用下将产生涡激振动，并通过施力件e迫使发电单元I和II产生伸缩振动：施力件e向左运动时，发电单元II伸长、其内部压电晶片b2所受压应力降低，发电单元I缩短、其内部压电晶片b2所受压应力增加；反之，施力件e向右运动时，发电单元I伸长、压电晶片b2所受压应力降低，发电单元II缩短、其内部压电晶片b2所受压应力增加；上述发电单元I和II交替伸长-缩短过程中，压电振子b在一个发电单元中伸长量达最大、即达到平直状态时，在另一个发电单元中缩短量达最大，缩短量和伸长量相制约，从而确保压电晶片b2始终承受合理的压应力，可靠性高。
Claims (1)
1.一种输油管道监测系统供电装置，其特征在于：主体管道内经左右辐板安装有内筒，内筒筒底上设有凸台，凸台上套有连接环，连接环经螺钉固定在筒底上；内筒端部经螺钉安装有筒盖，筒盖上设有凸台；压电振子一端经螺钉和压块固定在连接环上，另一端经螺钉和压块固定在筒盖凸台上，中间经螺钉和压块固定在施力件法兰上；压电振子由金属基板和压电晶片粘接而成，压电振子安装前自然状态下为平直结构、且长度大于筒盖和筒底间的距离，安装后为弯曲结构、且压电晶片承受压应力；施力件法兰上经螺钉安装有电路板；施力件销轴经筒盖上的导向孔伸出，施力件销轴的端部安装有激板，激板与筒盖间的销轴上套有平衡弹簧；压电振子上处于施力件法兰左侧的部分构成发电单元I、右侧部分构成发电单元II，发电单元I和II分别经整流桥与电路板上的电源电路相连；流体流经激板时，激板向右运动并将平衡弹簧压缩、直至激板所受流体力及弹簧力相等，此时发电单元I及II中的压电振子均不承受流体作用力，激板产生涡激振动并通过施力件迫使发电单元I和II产生伸缩振动，压电振子在一个发电单元中伸长量达最大时，在另一个发电单元中缩短量达最大，缩短量和伸长量相制约。
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