[发明专利]一种逐级激励式压电流体发电机

说明书

本发明涉及一种逐级激励式压电流体发电机，属流体发电领域。管道内壁上经耳板装有内筒，内筒的底壁上设有方孔，方孔的凸台上装有支架，支架底板上设有通孔、两个支架凸台和两个限位板，两个支架凸台上设有同轴的销孔，销孔内套有销轴；杠杆的销孔套在销轴上，杠杆从支架底板上的通孔中穿过，杠杆左臂置于内筒内，杠杆左臂端部设有左横梁、杠杆右臂上设有右横梁；左横梁上下两侧装有悬浮磁铁，右横梁置于钝体的上下两个翼板之间并经螺钉固定，两个翼板上还装有弹簧和限位块，弹簧的另一端顶靠在支架底板上；支架凸台上装有换能器，换能器端部装有被悬磁铁，被悬磁铁与悬浮磁铁同性磁极相对安装，用于换能器限位的簧片经螺钉装在内筒内壁上。

技术领域

本发明属于管道流体发电技术领域，具体涉及一种逐级激励式压电流体发电机，为管道监测系统提供能量。

背景技术

由于腐蚀、自然界不可抗力以及人为偷盗等原因所造成的石油及天然气等流体长输管道在使用过程中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，人为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的管道泄漏监测与防盗系统。虽然所提出的某些管道流体泄漏及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、尚未得到大面积的推广应用，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：①铺设电缆成本高且易被不法分子切断而影响监测系统的正常运行；②电池供电使用时间有限、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。近年来，为满足相关无线传感监测系统的自供电需求，人们已经提出了多种形式的涡轮式微小型流体发电装置，其最大的问题是结构复杂、体积相对较大，不适于管道直径较小的场合，某些结构的发电装置还存在电磁干扰等现象，推广应用受到了一定的制约。因此，为使石油及天然气管道泄漏及防盗监测系统得以实际应用，首先仍需解决其供电问题。

发明内容

本发明提出一种逐级激励式压电流体发电机，本发明采用的实施方案是：管道内壁上经耳板装有内筒，内筒横截面为方形，内筒的底壁上设有方孔，方孔的凸台上经螺钉装有支架，支架底板上设有通孔、两个支架凸台和两个限位板；通孔位于支架底板的中心处，两个支架凸台对称分布在通孔两侧，两个支架凸台上设有同轴的销孔，销孔内套有销轴；杠杆的销孔套在销轴上，杠杆从支架底板上的通孔中穿过，杠杆左臂置于内筒内，杠杆左臂比杠杆右臂长，杠杆左臂端部设有左横梁、杠杆右臂上设有右横梁；左横梁上下两侧经螺钉装有悬浮磁铁，右横梁置于钝体的上下两个翼板之间并经螺钉固定，两个翼板垂直方向上的外侧还经螺钉装有弹簧和限位块；钝体为中空结构，弹簧为簧片且靠近翼板安装，弹簧的另一端顶靠在支架底板上；支架凸台上经螺钉和压板装有换能器，换能器为悬臂梁结构，换能器由基板和压电膜粘接而成，基板靠近支架凸台安装；换能器端部经螺钉装有被悬磁铁，被悬磁铁与悬浮磁铁的同性磁极相对安装；用于换能器限位的簧片经螺钉装在内筒内壁上。

非工作状态下，即管道内的流体不流动、钝体及杠杆不摆动时，杠杆上下两侧换能器的变形量相等；工作时，即有流体流过钝体时，钝体会受到流体施加的上下交变的作用力，从而使杠杆绕销轴往复摆动，悬浮磁铁与被悬磁铁间的作用力使换能器的弯曲变形量及压电膜上的压应力逐渐增加；杠杆在钝体带动下复位时，换能器在其自身弹性力的作用下复位；换能器复位过程中，基板从固定端开始逐渐与限位板接触，换能器的变形量逐渐降低，但不会出现使压电膜承受拉应力的反向变形；上述压电膜上压应力的交替增加与减小过程中即将机械能转换成了电能。