一種自激振動(dòng)式定常管流壓電發(fā)電機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自激振動(dòng)式定常管流壓電發(fā)電機(jī)，屬管道監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。管道內(nèi)裝有殼體，殼底裝有支座、端部裝有端蓋；軸臺(tái)將銷軸分成左右半軸，右半軸上的限位彈簧被軸臺(tái)壓在支座上，右半軸端部置于支座導(dǎo)孔內(nèi)；左半軸上依次裝有滑套、卡簧、緩沖彈簧，左半軸端部經(jīng)端蓋導(dǎo)孔伸出且裝有激板；壓電振子右端固定在支座上、左端和中部固定在滑套上；壓電振子裝配前為平直結(jié)構(gòu)、裝配后為彎曲結(jié)構(gòu)，壓電晶片曲率半徑小于基板半徑、壓電晶片受壓應(yīng)力；特色與優(yōu)勢(shì)：通過(guò)安裝的方法將平直壓電振子變成彎曲結(jié)構(gòu)，形成沿管道長(zhǎng)度方向伸縮振動(dòng)的發(fā)電裝置，結(jié)構(gòu)及工藝簡(jiǎn)單、成本低；壓電晶片始終承受壓應(yīng)力，可靠性高；易通過(guò)增加壓電振子數(shù)量和長(zhǎng)度提高發(fā)電量。
【專利說(shuō)明】
一種自激振動(dòng)式定常管流壓電發(fā)電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于油氣管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及壓電發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種自激振動(dòng)式定常管流壓電發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣管道是國(guó)家能源和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的命脈。因自然腐蝕、自然界不可抗力、尤其是人為偷盜等造成的油氣管道泄漏事件時(shí)有發(fā)生，不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失、同時(shí)也給其周邊自然環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。以往，常采用定期人工巡檢的方法對(duì)油氣管線加以維護(hù)，但因其鋪設(shè)距離長(zhǎng)、且常處于人跡罕至或交通不便之處，定期巡檢難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏并及時(shí)維修，故人們提出了多種類型的管道泄漏監(jiān)測(cè)或防盜系統(tǒng)。雖所提出的某些管道泄漏或防盜監(jiān)測(cè)報(bào)警方法在技術(shù)層面已較成熟，但目前我國(guó)油氣管道泄漏監(jiān)測(cè)或防盜系統(tǒng)的應(yīng)用還處于起步階段、尚未得到廣泛應(yīng)用，其主要原因是其供電問(wèn)題未得到很好的解決:采用鋪設(shè)電纜的方法成本高、且易被不法分子切斷而影響監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；而采用電池供電時(shí)使用時(shí)間有限、需經(jīng)常更換，一旦電池電量不足且未及時(shí)更換時(shí)也無(wú)法完成監(jiān)測(cè)信息的遠(yuǎn)程傳輸。因此，為使油氣管道泄漏或防盜系統(tǒng)得以實(shí)際應(yīng)用，必須首先解決其供電問(wèn)題。
[0003]近年來(lái)，為滿足各類傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自供電需求，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者提出了多種新型的微型壓電發(fā)電裝置，它們具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不發(fā)熱、無(wú)電磁干擾、集成化高等特點(diǎn)，尤其適于無(wú)線傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電。然而，現(xiàn)有針對(duì)油氣管道傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自供電的壓電發(fā)電裝置中，絕大部分是通過(guò)流體渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓電振子振子發(fā)電的，它們結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，不適于直徑相對(duì)較小的管道;同時(shí)，壓電振子在工作中雙向彎曲變形、承受交替拉-壓應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力過(guò)大時(shí)壓電晶片易損壞、可靠性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)輸油氣管線監(jiān)測(cè)的供電難題以及現(xiàn)有壓電發(fā)電裝置應(yīng)用上的局限性，本發(fā)明提出一種自激振動(dòng)式定常管流壓電發(fā)電機(jī)。本發(fā)明采用的實(shí)施方案是:管道內(nèi)壁經(jīng)左右輻板裝有殼體，殼體底壁上裝有支座、端部裝有端蓋;軸臺(tái)將銷軸分成左右半軸，套在右半軸上的限位彈簧被軸臺(tái)壓在支座上，右半軸端部置于支座的導(dǎo)向孔內(nèi)；左半軸上自右至左依次套有滑套、固定有卡簧、套有緩沖彈簧，左半軸端部經(jīng)端蓋的導(dǎo)向孔伸出、且安裝有激板；壓電振子由金屬基板和均布的壓電晶片粘接而成，金屬基板右端固定在支座上、左端和中部固定在不同的滑套上;壓電振子裝配前為平直結(jié)構(gòu)、裝配后為彎曲結(jié)構(gòu)，且壓電晶片曲率半徑小于金屬基板曲率半徑、壓電晶片承受壓應(yīng)力;置于兩相鄰滑套之間、置于支座和與之相鄰滑套間的各壓電振子分別構(gòu)成發(fā)電單元。
[0005]安裝后且無(wú)流體流動(dòng)的非工作狀態(tài)下，壓電振子經(jīng)最左端的滑套將緩沖彈簧壓靠在端蓋上，限位彈簧經(jīng)銷軸將卡簧壓靠在端蓋上;為提高發(fā)電能力及可靠性，正常工作狀態(tài)下，即當(dāng)激板在流體動(dòng)壓力、限位彈簧、緩沖彈簧及壓電振子共同作用達(dá)到動(dòng)平衡狀態(tài)時(shí)，壓電振子的被壓縮量為其許用值的一半、即為其最大可壓縮量的一半;偶然因素使流體動(dòng)壓力增加且使壓電振子被壓縮量達(dá)許用值時(shí)，限位彈簧被壓死，流體作用力直接由支座承受。
[0006]工作狀態(tài)下，流體動(dòng)壓力使得激板及銷軸右移，迫使各發(fā)電單元及限位彈簧壓縮、緩沖彈簧伸長(zhǎng)、卡簧脫離端蓋，壓電晶片所受壓應(yīng)力增加；當(dāng)激板在流體動(dòng)壓力、限位彈簧、緩沖彈簧及壓電振子共同作用達(dá)到動(dòng)平衡狀態(tài)時(shí)，激板在流體的作用下所產(chǎn)生的渦激振動(dòng)通過(guò)銷軸迫使各個(gè)發(fā)電單元產(chǎn)生伸縮振動(dòng):銷軸向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，各發(fā)電單元及限位彈簧伸長(zhǎng)、緩沖彈簧縮短、壓電晶片所受壓應(yīng)力增加;反之，銷軸向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，各發(fā)電單元及限位彈簧縮短、緩沖彈簧伸長(zhǎng)、壓電晶片所受壓應(yīng)力降低;上述各發(fā)電單元交替的伸長(zhǎng)-縮短過(guò)程中，壓電晶片始終承受壓應(yīng)力，可靠性高;便于通過(guò)增加壓電振子數(shù)量和長(zhǎng)度的方法提高發(fā)電量。
[0007]優(yōu)勢(shì)與特色:①通過(guò)安裝的方法將平直壓電振子變成彎曲結(jié)構(gòu)，形成沿管道長(zhǎng)度方向伸縮振動(dòng)的發(fā)電裝置，結(jié)構(gòu)及制作工藝簡(jiǎn)單、成本低;②壓電晶片僅工作在壓應(yīng)力狀態(tài)下、且壓應(yīng)力范圍可控，可靠性高；③便于通過(guò)增加壓電振子數(shù)量和長(zhǎng)度的方法提高發(fā)電量。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0009]圖2圖1的A-A視圖；
[0010]圖3是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中安裝前壓電振子的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖4是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中發(fā)電機(jī)非工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]管道a內(nèi)壁經(jīng)左輻板b和右輻板b’安裝有殼體C，殼體c的底壁Cl上經(jīng)螺釘安裝有支座i，殼體c的端部經(jīng)螺釘裝有端蓋k;軸臺(tái)Π將銷軸f分成左半軸f2和右半軸f3，套在右半軸f3上的限位彈簧h被軸臺(tái)fl壓在支座i上，右半軸f3端部置于支座i的導(dǎo)向孔內(nèi)；左半軸f2上自右至左依次套有滑套g、固定有卡簧P、套有緩沖彈簧j，左半軸f2的端部經(jīng)端蓋k上的導(dǎo)向孔伸出、且安裝有激板m;壓電振子d由金屬基板dl和均布的壓電晶片d2粘接而成，金屬基板dl的右端經(jīng)螺釘和壓塊e固定在支座i上、左端和中部經(jīng)螺釘和壓塊e固定在不同的滑套g上;壓電振子d裝配前的自然狀態(tài)下為平直結(jié)構(gòu);壓電振子d安裝后變?yōu)閺澢Y(jié)構(gòu)、且壓電晶片d2的曲率半徑小于金屬基板dl的曲率半徑，壓電晶片d2承受壓應(yīng)力;置于兩相鄰滑套g之間、置于支座i和與之相鄰滑套g之間的各壓電振子d分別構(gòu)成發(fā)電單元Q。
[0013]安裝后且無(wú)流體流動(dòng)的非工作狀態(tài)下，壓電振子d經(jīng)最左端的滑套g將緩沖彈簧j壓靠在端蓋k上，限位彈簧h經(jīng)銷軸f將卡簧P壓靠在端蓋k上;為提高發(fā)電能力及可靠性，正常的工作狀態(tài)下，即當(dāng)激板m在流體動(dòng)壓力、限位彈簧h、緩沖彈簧j及壓電振子d共同作用達(dá)到動(dòng)平衡狀態(tài)時(shí)，壓電振子d的被壓縮量為其許用值的一半、即為其最大可壓縮量的一半；偶然因素使流體動(dòng)壓力增加且使壓電振子d的被壓縮量達(dá)到許用值時(shí)，限位彈簧h被壓死，流體作用力直接由支座i承受。
[0014]工作狀態(tài)下，流體動(dòng)壓力使得激板m及銷軸f右移，迫使各發(fā)電單元Q及限位彈簧h壓縮、緩沖彈簧j伸長(zhǎng)、卡簧P脫離端蓋k，壓電晶片d2所受壓應(yīng)力增加；當(dāng)激板m在流體動(dòng)壓力、限位彈簧h、緩沖彈簧j及壓電振子d共同作用達(dá)到動(dòng)平衡狀態(tài)時(shí)，激板m在流體的作用下所產(chǎn)生的渦激振動(dòng)還通過(guò)銷軸f迫使各個(gè)發(fā)電單元Q產(chǎn)生伸縮振動(dòng):銷軸f向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，各發(fā)電單元Q及限位彈簧h伸長(zhǎng)、緩沖彈簧j縮短、壓電晶片d2所受壓應(yīng)力增加;反之，銷軸f向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，各發(fā)電單元Q及限位彈簧h縮短、緩沖彈簧j伸長(zhǎng)、壓電晶片d2所受壓應(yīng)力降低;上述各發(fā)電單元Q交替的伸長(zhǎng)-縮短過(guò)程中，壓電晶片d2始終承受壓應(yīng)力，可靠性高;便于通過(guò)增加壓電振子d數(shù)量和長(zhǎng)度的方法提高發(fā)電量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自激振動(dòng)式定常管流壓電發(fā)電機(jī)，其特征在于:管道內(nèi)壁經(jīng)左右輻板裝有殼體，殼體底壁上裝有支座、端部裝有端蓋;軸臺(tái)將銷軸分成左右半軸，套在右半軸上的限位彈簧被軸臺(tái)壓在支座上，右半軸端部置于支座的導(dǎo)向孔內(nèi)；左半軸上自右至左依次套有滑套、固定有卡簧、套有緩沖彈簧，左半軸端部經(jīng)端蓋的導(dǎo)向孔伸出、且裝有激板;壓電振子由金屬基板和均布的壓電晶片粘接而成，金屬基板右端固定在支座上、左端和中部固定在不同的滑套上;壓電振子裝配前為平直結(jié)構(gòu)、裝配后為彎曲結(jié)構(gòu)，且壓電晶片曲率半徑小于金屬基板曲率半徑、壓電晶片承受壓應(yīng)力;非工作狀態(tài)下，壓電振子經(jīng)最左端滑套將緩沖彈簧壓靠在端蓋上，限位彈簧經(jīng)銷軸將卡簧壓靠在端蓋上;正常工作狀態(tài)下，壓電振子的被壓縮量為其許用值的一半;偶然因素使流體動(dòng)壓力增加且使壓電振子被壓縮量達(dá)許用值時(shí)，限位彈簧被壓死，流體作用力直接由支座承受。
【文檔編號(hào)】H02N2/18GK106059390SQ201610459358
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】王淑云, 余杰, 陳松, 闞君武, 張可
【申請(qǐng)人】浙江師范大學(xué)