[發明專利]一種自供電油氣管道監測裝置

有效

• 申請號: 201610459143.8
• 申請日: 2016-06-15
• 公開（公告）號: CN105953082B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 闞君武;富佳偉;曾平;王淑云;李新輝
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: F17D5/06
• 分類號: F17D5/06;F03B13/00;H02N2/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于管道流體監測技術領域，具體涉及一種自供電油氣管道監測裝置。

背景技術

由于自然腐蝕、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有發生，頻繁的管道泄漏不僅造成了巨大的經濟損失、同時也給其周邊自然環境造成了嚴重的污染。以往，常采用定期人工巡檢的方法加以維護，但因油氣管道鋪設距離長、且常處于人跡罕至或交通不便之處，定期巡檢難以及時發現泄漏并加以維護。因此，人們提出了多種類型用于管道泄漏監測或防盜系統。雖然所提出的某些管道泄漏或防盜監測報警方法在技術層面以較成熟，但目前我國長輸管道防盜監測系統的應用還處于初步階段、尚未得到大面積的推廣應用，其主要原因之一是監測系統的供電問題未能得到很好的解決：1)采用鋪設電纜的方法成本高且易被不法分子切斷而影響監測系統的正常運行；2)采用電池供電時使用時間有限、需經常更換，一旦電池電量不足且未及時更換時也無法完成監測信息的遠程傳輸；3)近年來，為滿足相關無線傳感監測系統的自供電需求，人們還提出了多種形式的渦輪式微小型發電裝置，其最大的問題是結構復雜、體積相對較大，不適于管道直徑較小的場合，某些結構的發電裝置還存在電磁干擾等現象，推廣應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系統得以實際應用，仍需首先解決其供電問題。

發明內容

針對現有管道流體狀態監測系統供電方面所存在的問題，本發明提出一種自供電油氣管道監測裝置。本發明采用的實施方案是：管道內壁上經筋板一和筋板二分別安裝有圓柱形擾流器和內筒，擾流器和內筒的中心相互垂直，內筒左右兩端分別經螺釘安裝有左端蓋和右端蓋；左端蓋上鑲嵌有溫度傳感器和壓力傳感器，左端蓋靠近內筒的一側經螺釘安裝有帶發射單元的電路板，階梯軸的左半軸經左端蓋中心孔從內筒中伸出，左半軸端部安裝有激勵器；左半軸上套有平衡彈簧和限位彈簧，平衡彈簧左右兩端分別頂靠在激勵器和左端蓋上，限位彈簧左右兩端分別頂靠在左端蓋和階梯軸右半軸的側面，右半軸端面及右端蓋側面均鑲嵌有緩沖墊；帶圓弧凸起的金屬基板及金屬基板凸面上所粘接的壓電晶片構成壓電振子，兩個壓電振子及其金屬基板兩端經螺釘所安裝的兩個∏型框架構成換能器，同一換能器中兩個壓電振子的金屬基板靠近安裝，換能器置于內筒中且可沿內筒滑動；內筒中最左側和最右側的壓電振子分別與右半軸和右端蓋上的緩沖墊相連，兩個不同換能器上相鄰的壓電振子經隔離墊相連；非工作時換能器中兩個∏型框架上的限位框的端部相互接觸，以避免壓電晶片因所受應力過大而碎裂；各壓電振子之間經導線相互并聯后再與電路板連接，并聯是指各壓電晶片之間經導線相互連接、各金屬基板之間經導線相互連接。

工作時、即有流體流過擾流器及激勵器時，流體和擾流器及激勵器之間將產生相互作用。在某些條件下，流體流經擾流器和激勵器時會在其后面形成兩行旋轉方向相反、且周期性交替脫落的漩渦，漩渦的交替脫落會引起流體壓力的交替變化，即使激勵器前后兩側的流體壓力差交替地變化，從而使激勵器產生左右方向的往復振動。對于本發明，激勵器的左右往復振動經階梯軸迫使壓電振子產生變形、即使壓電振子的曲率半徑增加和減小，從而將機械能轉換成電能；所生成電能經導線傳輸到電路板的能量轉換與存儲電路，為溫度傳感器、壓力傳感器及信號發射單元供電；同時，壓電振子所生成的電壓波形的數量也被提取出來，用于表征流體流速，流體流速信號、溫度信號及壓力信號被發射單元發射出去。

本發明中，為使壓電振子能被有效激勵，監測儀在額定流速v₀下工作時壓電振子的靜變形量為其最大可變形量的一半，擾流器的直徑為D＝(200～5000)μ/(ρv₀)，式中ρ為流體密度、μ為流體動力粘度。

本發明中，管道內流體的流速由單位時間內壓電振子的生成電壓波形數量表征，即為v＝f_lD/S_t，式中S_t為與結構及流體性能相關的系數，D為擾流器直徑，f_l為流體引起的激勵器振動頻率、即單位時間內壓電振子所生成的電壓波形數。