一种基于流体发电的自供电油气管线监测装置

摘要

本发明涉一种基于流体发电的自供电油气管线监测装置，属油气管道监测领域。管道上设有圆台，圆台阶梯孔内装有带叶轮和磁环的主轴，磁环置于安装在内筒壁端部的轴套内；圆台底板上嵌有压力及流量传感器，外筒壁的内侧装有带信号发射模块的电路板、端部焊有圆筒；带有圆弧凸起的压电振子两端铆有楔块和磁块，磁块置于轴套的径向导向槽中，楔块置于圆筒的燕尾槽中并经端盖压在外筒壁端部；主轴转动时磁块始终承受来自磁环的吸力。特色与优势：通过非接触磁力耦合方法激励预弯型压电振子伸缩变形发电，运动部件密封在管道内、无泄漏、电路系统运转可靠性高，压电片仅承受压应力、机械可靠性高，磁环同时激励多个压电振子、发电能力强、且无噪音。

主权项

一种基于流体发电的自供电油气管线监测装置，其特征在于：圆形管道上设有圆台，圆台內筒壁将圆台分隔成阶梯孔和阶梯环槽；阶梯孔内镶嵌有两个轴承，轴承安装在主轴的轴肩两侧，主轴上置于管道内的一端安装有叶轮、另一端装有带内花键的磁环，磁环置于轴套的中心孔内，轴套的法兰经螺钉固定在內筒壁端部，轴套的法兰与内筒壁端面间设有密封圈，轴套内孔直径小于轴承外圈直径、大于轴承内圈直径；圆台的底板上嵌有压力传感器和流量传感器，外筒壁内侧台阶上经螺钉安装有电路板，电路板置于阶梯环槽内，电路板上安装有信号发射模块，压力传感器及流量传感器经不同的导线组与电路板连接；外筒壁端部焊接有圆筒，圆筒端部经螺钉安装有端盖，圆筒内壁上均布地设有轴向燕尾槽；两个在其圆弧凸起处粘接有压电片的金属片经铆钉铆接构成压电振子，压电振子经导线组与电路板连接，压电振子通过与其两端所铆接的楔块和磁块构成换能器，磁块置于轴套的径向导向槽中，楔块置于圆筒的燕尾槽中并经端盖压在外筒壁端部；楔块的轴向宽度大于磁块的轴向宽度，各换能器上磁块的磁极配置方向相同、且与安装在主轴上的磁环的异性磁极靠近安装，主轴转动时磁块始终承受来自于磁环的吸引力；装机前金属片上圆弧凸起的最小半径应为$R=(h_m+h_p)\{\alpha +\frac{1}{2[1-\alpha (1-\beta )]}[{\alpha }^2(1-\beta )-1-\eta \frac{E_p}{T_p}\left]\right\},$式中h_p和h_m分别为压电片和金属片的厚度，α＝h_m/(h_m+h_p)，$\eta =(1-\alpha )[1-\alpha (1-\beta )]+\frac{\mathrm{\alpha \beta }}{(1+k_{31}^2)},$β＝E_m/E_p，E_p和E_m分别为压电片和金属片的杨氏模量，T_p分别为压电材料的机电耦合系数和许用拉应力。