本發(fā)明屬于管道流體發(fā)電與管道監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于油氣管道監(jiān)測系統(tǒng)的自激振動(dòng)發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

由于腐蝕、自然界不可抗力以及人為偷盜等原因所造成的石油及天然氣等流體長輸管道在使用過程的泄漏事件時(shí)有發(fā)生，頻繁的管道泄漏不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失、同時(shí)也給周邊自然環(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加以維護(hù)，但因油氣管道鋪設(shè)距離長、且常處于人跡罕至或交通不便之處，人為定期巡檢難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏并加以維護(hù)。因此，人們提出了多種類型用于管道泄漏監(jiān)測與防盜系統(tǒng)。雖然所提出的某些管道流體泄漏及防盜監(jiān)測報(bào)警方法在技術(shù)層面已較成熟，但目前我國長輸管道防盜監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用還處于起步階段、尚未得到大面積的推廣應(yīng)用，其主要原因之一是監(jiān)測系統(tǒng)的供電問題未能得到很好的解決：①鋪設(shè)電纜成本高且易被不法分子切斷而影響監(jiān)測系統(tǒng)的正常運(yùn)行；②電池供電使用時(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)也無法完成監(jiān)測信息的遠(yuǎn)程傳輸。近年來，為滿足相關(guān)無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)的自供電需求，人們已經(jīng)提出了多種形式的渦輪式微小型流體發(fā)電裝置，其最大的問題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積相對(duì)較大，不適于管道直徑較小的場合，某些結(jié)構(gòu)的發(fā)電裝置還存在電磁干擾等現(xiàn)象，推廣應(yīng)用受到了一定的制約。因此，為使石油及天然氣管道泄漏及防盜監(jiān)測系統(tǒng)得以實(shí)際應(yīng)用，首先仍需解決其供電問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有管道流體狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)供電方面所存在的問題，本發(fā)明提出一種用于油氣管道監(jiān)測系統(tǒng)的自激振動(dòng)發(fā)電機(jī)。本發(fā)明采用的實(shí)施方案是：殼體上設(shè)有通流孔、端部經(jīng)螺釘安裝有立板，立板上設(shè)有通流孔和凸臺(tái)，凸臺(tái)的左右兩側(cè)通過螺釘安裝有數(shù)量相等的壓電振子；凸臺(tái)單側(cè)安裝的壓電振子的數(shù)量大于1時(shí)，相鄰兩個(gè)壓電振子的固定端之間壓接有墊片；壓電振子由基板和壓電片粘接而成，凸臺(tái)兩側(cè)壓電振子的基板靠近安裝；壓電振子的另一端經(jīng)螺釘安裝有頂塊，頂塊置于壓電振子的基板的一側(cè)，頂塊的另一端頂靠在激勵(lì)器的搖臂上；搖臂的一端設(shè)有中空的擾流體、另一端設(shè)有兩個(gè)半軸，半軸經(jīng)軸承座安裝在立板上；擾流體上對(duì)稱地鑲嵌有兩個(gè)動(dòng)磁鐵，殼體的左右側(cè)壁上經(jīng)螺釘安裝有定磁鐵，動(dòng)磁鐵和定磁鐵的同性磁極相對(duì)安裝，動(dòng)磁鐵和定磁鐵的幾何中心至半軸的中心線的距離相等；壓電振子安裝前為平直結(jié)構(gòu)、安裝后為彎曲結(jié)構(gòu)，非工作時(shí)壓電片上的最大壓應(yīng)力為其許用壓應(yīng)力的一半，即壓電振子的變形量為其最大允許變形量的一半并由下式確定：其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm和h分別為基板厚度和壓電振子總厚度，em和ep分別為基板和壓電片的楊氏模量，k31和分別為壓電陶瓷材料的機(jī)電耦合系數(shù)和許用壓應(yīng)力，l為壓電振子的長度。

非工作狀態(tài)下，搖臂左右兩側(cè)的壓電振子的變形和受力狀態(tài)分別相同。工作時(shí)，即有流體流過擾流體時(shí)，擾流體會(huì)受到流體施加的左右交變作用力，從而使激勵(lì)器繞半軸往復(fù)擺動(dòng)，再經(jīng)搖臂及頂塊迫使壓電振子產(chǎn)生往復(fù)彎曲振動(dòng)：當(dāng)搖臂某一側(cè)的壓電振子彎曲變形量及壓電片所受的壓應(yīng)力逐漸增加時(shí)，另一側(cè)壓電振子的變形量及壓電片所受的壓應(yīng)力逐漸減小；壓電片所受壓應(yīng)力的交替增加與減小過程中即將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。

激勵(lì)器擺動(dòng)過程中，同時(shí)受流體力、壓電振子的彈性力及動(dòng)磁鐵與定磁鐵間的排斥力的共同作用，流體力是激勵(lì)器往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力、壓電振子的彈性力及動(dòng)磁鐵與定磁鐵間的排斥力為阻力；當(dāng)動(dòng)磁鐵與定磁鐵接觸時(shí)，壓電片所受的壓應(yīng)力為其許用壓應(yīng)力。

優(yōu)勢與特色：①利用鈍體所受流體升力產(chǎn)生自激振動(dòng)，激振力及激勵(lì)頻率可通過擾流體尺度調(diào)節(jié)，低速時(shí)激勵(lì)效果也較好，流體適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單；②工作中壓電片僅承受壓應(yīng)力，可靠性高；③定磁鐵具有限位和緩沖的雙重功能，進(jìn)一步提高了可靠性；④激勵(lì)器搖臂同時(shí)激勵(lì)多個(gè)壓電振子，發(fā)電能力強(qiáng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的a-a剖視圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中激勵(lì)器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3的俯視圖；

圖5本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中立板的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

殼體b上設(shè)有通流孔b1、端部經(jīng)螺釘安裝有立板a，立板a上設(shè)有通流孔a1和凸臺(tái)a2，凸臺(tái)a2的左右兩側(cè)通過螺釘安裝有數(shù)量相等的壓電振子e；凸臺(tái)a2的單側(cè)安裝的壓電振子e的數(shù)量大于1時(shí)，相鄰兩個(gè)壓電振子e的固定端之間壓接有墊片i；壓電振子e由基板e(cuò)1和壓電片e2粘接而成，凸臺(tái)a2兩側(cè)壓電振子e的基板e(cuò)1靠近安裝；壓電振子e的另一端經(jīng)螺釘安裝有頂塊f，頂塊f置于壓電振子e的基板e(cuò)1的一側(cè)，頂塊f的另一端頂靠在激勵(lì)器d的搖臂d1上；搖臂d1一端設(shè)有中空的擾流體d3、另一端設(shè)有兩個(gè)半軸d2，半軸d2經(jīng)軸承座c安裝在立板a上；擾流體d3上對(duì)稱地鑲嵌有兩個(gè)動(dòng)磁鐵h，殼體b的左右側(cè)壁上經(jīng)螺釘安裝有定磁鐵g，動(dòng)磁鐵h和定磁鐵g的同性磁極相對(duì)安裝，動(dòng)磁鐵h和定磁鐵g的幾何中心至半軸d2的中心線的距離相等；壓電振子e安裝前為平直結(jié)構(gòu)、安裝后為彎曲結(jié)構(gòu)，非工作時(shí)壓電片e2上的最大壓應(yīng)力為其許用壓應(yīng)力的一半，即壓電振子e的變形量為其最大允許變形量的一半并由下式確定：其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm和h分別為基板e(cuò)1厚度和壓電振子e總厚度，em和ep分別為基板e(cuò)1和壓電片e2的楊氏模量，k31和分別為壓電陶瓷材料的機(jī)電耦合系數(shù)和許用壓應(yīng)力，l為壓電振子e的長度。

非工作狀態(tài)下，搖臂d1左右兩側(cè)的壓電振子e的變形和受力狀態(tài)分別相同。工作時(shí)，即有流體流過擾流體d3時(shí)，擾流體d3會(huì)受到流體施加的左右交變的作用力，從而使激勵(lì)器d繞半軸d2往復(fù)擺動(dòng)，再經(jīng)搖臂d1、頂塊f迫使壓電振子e產(chǎn)生往復(fù)彎曲振動(dòng)：當(dāng)搖臂d1某一側(cè)的壓電振子e彎曲變形量及壓電片e2所受的壓應(yīng)力逐漸增加時(shí)，另一側(cè)壓電振子e的變形量及壓電片e2所受的壓應(yīng)力逐漸減??；壓電片e2所受壓應(yīng)力的交替增加與減小過程中即將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。

激勵(lì)器d擺動(dòng)過程中，同時(shí)受流體力、壓電振子e的彈性力及動(dòng)磁鐵h與定磁鐵g間的排斥力的共同作用，流體力是激勵(lì)器d往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力、壓電振子e的彈性力及動(dòng)磁鐵h與定磁鐵g間的排斥力為阻力；當(dāng)動(dòng)磁鐵h與定磁鐵g接觸時(shí)，壓電片e2所受的壓應(yīng)力為其許用壓應(yīng)力。