CN204376758U - 用于管道监测装置供电的微小型发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于管道监测装置供电的微小型发电机，属新能源领域。固定圆板安装在管道内侧，圆形压板中心镶有轴承；固定圆板右侧有阶梯孔，阶梯孔内镶有电路板和传感器；圆形压板与固定圆板连接形成密封腔，内装有换能器；固定圆板与圆形压板凸台形成滑槽，内含磁铁；金属基板一端安装在固定圆板和圆形压板中，另一端固定在磁铁上，金属基板外凸出粘接有压电片，两基板及所粘接压电片构成换能器；轴承内圈安装有主轴，主轴前端有叶片；主轴末端嵌有环形磁铁，环形磁铁与滑槽中磁铁异性磁极靠近安装，环形磁铁由圆形压板固定，圆形压板由螺钉固定在轴末端。特色与优势：压电片仅受拉应力，可靠性高；滑槽结构稳定性高，发供电能力强。

Description

用于管道监测装置供电的微小型发电机

技术领域

本实用新型属于新能源与发电技术领域，具体涉及一种用于管道监测装置供电的微小型发电机。

背景技术

目前，铺设远距离输油气管道是我国重要的能源输送工程，但由于管道泄漏与人为偷盗给国家造成巨大的资源和经济损失。通过在远距离输油气管道不同距离设置监测节点至关重要，但传统的远距离输油气管道监测系统主要通过以下几种方式供电：如铺设电缆，此种方法成本高、不易维修，电缆一旦产生老化、断裂，将使多个监测节点装置无法工作，且易被不法分子盗取；利用电池也是一种传统供电方式，但由于电池寿命有限、需要及时更换等缺点，使无线传感监测装置的应用受到了限制。因此，为使管道监测系统得以良好工作，必须解决其供电问题。在生活中，自供电系统在许多领域中都得到很好的应用，流体动能作为一种无污染的新型能源，在自然界中广泛存在，流体发电已成为当今世界主流技术之一，具有无污染，利用率高等优点，设计以流体动能为能源的微小型发电装置，已成为对管道监测系统进行供电的重要趋势。

发明内容

针对油气输送管道监测系统自供电的需求现状以及现有的供电系统存在的种种弊端，本实用新型提出一种用于管道监测装置供电的微小型发电机。

本实用新型采取的技术方案是：固定圆板通过螺钉固定在管道内侧的凸台上，圆形压板中心嵌有轴承；固定圆板右侧设有阶梯孔，阶梯孔内分别镶有电路板和传感器；圆形压板凸台处通过铆钉与固定圆板连接，固定圆板与圆形压板的凸台形成一滑槽，滑槽内安放一磁铁，圆形压板与固定圆板形密封腔；所述密封腔内装有换能器，金属基板的一端通过螺钉固定在固定圆板和圆形压板中，另一端通过螺钉固定在上述磁铁上，所述金属基板上的外凸出粘接有压电片，通过铆钉铆接两个基板及所述基板上粘接的压电片共同构成换能器，换能器上不同基板上两压电片通过导线组相连；换能器上金属基板和压电片分别通过导线组与电路板相连；轴承的内圈安装有主轴，主轴前端上安装有叶片；主轴末端镶嵌有环形磁铁，环形磁铁与滑槽中磁铁异性磁极靠近安装，环形磁铁由压板固定，所述压板由螺钉固定在轴末端。

工作过程中，当叶轮在流体作用下旋转时，带动旋转轴上的环形磁铁做圆周转动，从而与滑槽内的磁铁发生相对转动；由于环形磁铁与磁铁是异性磁极靠近安装，在一定的磁力作用下，换能器受拉，换能器上压电片受压应力；当环形磁铁与磁铁循环转动时，因环形磁铁内孔中均匀地设有花键槽使其壁厚不等、即圆周方向各点的磁场强度不同，故所述环形磁铁转动过程中与换能器上磁铁之间的吸引力交替地增加和减小、即换能器所受拉力及压电片所受的压应力交替地增加和减小，压电片所受压应力交替变化的过程中即将机械能转换成电能，此为发电过程；所生成电能通过导线组连接至电路板，电路板上设置有储能元件，通过储能元件为传感器供能。

本实用新型中，为提高换能器的发电能力、避免压电片因受拉应力作用而损坏，应确保换能器不受外力作用、无伸缩变形时，换能器的金属基板上圆弧外表面的最小半径为R＝h{α+0.5[α²(1-β)-1-ηE_p/T_p]/[1-α(1-β)]}，滑槽中磁铁运动方向上的最小距离为D＝[L-2Rsin(0.5L/R)]n，其中 $\mathrm{\η}=(1-\mathrm{\α})[1-\mathrm{\α}(1-\mathrm{\β})]+\mathrm{\α\β}/(1+k_{31}^2),$ α＝h_m/h，h＝h_m+h_p，h_p、h_m分别为压电片和金属基板的厚度，β＝E_m/E_p，E_p、E_m分别为压电片和金属基板的杨氏模量，T_p分别为压电材料的机电耦合系数和许用拉应力，L为金属基板上单个圆弧的弧长，n为单个金属基板上的圆弧数量。

本实用新型的特色与优势：①本实用新型的预弯压电片等应力变形，仅承受压应力作用，可靠性高；②滑槽结构的使用，变形可控，稳定性高；③换能器结构新颖，配置合理，供电能力强。

附图说明

图1是本实用新型一个较佳实施例中微小型发电装置的结构剖面图；

图2是图1的A-A视图；

图3是换能器的放大图及俯视图；

具体实施方式

固定圆板2通过螺钉固定在管道1内侧的凸台1a上，圆形压板2中心嵌有轴承8；固定圆板2右侧设有阶梯孔2b，阶梯孔2b内分别镶有电路板4和传感器S；圆形压板5凸台5b处通过铆钉与固定圆板2连接，固定圆板2与圆形压板5的凸台2a和5a形成一滑槽Q，滑槽Q内安放一磁铁9，圆形压板5与固定圆板2形密封腔P；所述密封腔P内装有换能器6，金属基板12的一端12a通过螺钉固定在固定圆板2和圆形压板5中，另一端12b通过螺钉固定在上述磁铁9上，所述金属基板12上的外凸出粘接有压电片13，通过铆钉铆接两个基板12及所述基板上粘接的压电片13共同构成换能器6，换能器6上不同基板上两压电片通过导线组L1相连；换能器6上金属基板12和压电片13分别通过导线组L2与电路板4相连；轴承8的内圈安装有主轴10，主轴10前端上安装有叶片14；主轴10末端10a镶嵌有环形磁铁11，环形磁铁11与滑槽Q中磁铁9异性磁极靠近安装，环形磁铁11由压板7固定，所述压板7由螺钉固定在轴10末端10a。

在本实用新型中，利用压电换能器6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；工作方式为：当叶轮14在流体作用下旋转时，带动旋转轴10上的环形磁铁11做圆周转动，从而与滑槽Q内的磁铁9发生相对转动；由于环形磁铁11与磁铁9是异性磁极靠近安装，在一定的磁力作用下，换能器6受拉，换能器6上压电片13受压应力；当环形磁铁11与磁铁9循环转动时，因环形磁铁11内孔中均匀地设有花键槽使其壁厚不等、即圆周方向各点的磁场强度不同，故所述环形磁铁11转动过程中与换能器6上磁铁9之间的吸引力交替地增加和减小、即换能器6所受拉力及压电片13所受的压应力交替地增加和减小，压电片13所受压应力交替变化的过程中即将机械能转换成电能，此为发电过程；所生成电能通过导线组L2连接至电路板4，电路板4上设置有储能元件，通过储能元件为传感器S供能。

本实用新型中，为提高换能器6的发电能力、避免压电片13因受拉应力作用而损坏，应确保换能器6不受外力作用、无伸缩变形时，换能器6的金属基板12上圆弧外表面的最小半径为R＝h{α+0.5[α²(1-β)-1-ηE_p/T_p]/[1-α(1-β)]}，滑槽Q中磁铁9运动方向上的最小距离为D＝[L-2Rsin(0.5L/R)]n，其中 $\mathrm{\η}=(1-\mathrm{\α})[1-\mathrm{\α}(1-\mathrm{\β})]+\mathrm{\α\β}/(1+k_{31}^2),$ α＝h_m/h，h＝h_m+h_p，h_p、h_m分别为压电片13和金属基板12的厚度，β＝E_m/E_p，E_p、E_m分别为压电片13和金属基板12的杨氏模量，T_p分别为压电材料的机电耦合系数和许用拉应力，L为金属基板12上单个圆弧的弧长，n为单个金属基板12上的圆弧数量。

Claims (1)

1.一种用于管道监测装置供电的微小型发电机，其特征在于：固定圆板通过螺钉固定在管道内侧的凸台上，圆形压板中心嵌有轴承；固定圆板右侧设有阶梯孔，阶梯孔内分别镶有电路板和传感器；圆形压板凸台处通过铆钉与固定圆板连接，固定圆板与圆形压板的凸台形成一滑槽，滑槽内安放一磁铁，圆形压板与固定圆板形密封腔；所述密封腔内装有换能器，金属基板的一端通过螺钉固定在固定圆板和圆形压板中，另一端通过螺钉固定在上述磁铁上，所述金属基板上的外凸出粘接有压电片，通过铆钉铆接两个基板及所述基板上粘接的压电片共同构成换能器，换能器上不同基板上两压电片通过导线组相连；换能器上金属基板和压电片分别通过导线组与电路板相连；轴承的内圈安装有主轴，主轴前端上安装有叶片；主轴末端镶嵌有环形磁铁，环形磁铁与滑槽中磁铁异性磁极靠近安装，环形磁铁由压板固定，所述压板由螺钉固定在轴末端。