[發明專利]一種管道流狀態監測裝置

有效

• 申請號: 201610459670.9
• 申請日: 2016-06-15
• 公開（公告）號: CN106439500B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 蔣永華;嚴夢加;王淑云;王鴻云;闞君武
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: F17D5/00
• 分類號: F17D5/00;G01D21/02;F16L55/00;H02N2/18
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技術領域

本發明屬于流體流動狀態監測技術領域，具體涉及一種管道流狀態監測裝置。

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，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，本發明提出一種管道流狀態監測裝置。本發明采用的實施方案是：管道內壁上經筋板一固定有擾流體、經筋板二固定有內筒，擾流體軸線與管道軸線垂直，管道、經筋板一固定的擾流體及經筋板二固定的內筒共同構成主體框架；內筒筒壁內側設有隔板，隔板將內筒分隔成左腔和右腔；隔板上設有導向孔和走線孔；左腔內經螺釘固定有帶發射單元的電路板，左腔端部經螺釘安裝有左端蓋，左端蓋上安裝有壓力傳感器和溫度傳感器；銷軸軸肩將銷軸分成左半軸和右半軸，左半軸和右半軸上分別套有緩沖彈簧和平衡彈簧；左半軸經左端蓋中心孔從左腔伸出，左半軸端部經螺母安裝有激勵器；右半軸經隔板上的導向孔伸入到右腔內，右半軸上經螺母安裝有圓形壓電振子，壓電振子由金屬基板和壓電晶片粘接而成；壓電振子與相鄰的右半軸軸臺或螺母之間安裝有彈性墊、兩相鄰壓電振子之間安裝有彈性隔離套；各壓電振子外緣上經螺釘所安裝的環形框的質量不同；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、即有流體流過擾流體時，流體和擾流體之間將產生相互作用。在某些條件下，流體流經擾流體時會在擾流體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擾流體與激勵器之間的流體壓力的交替變化，從而使激勵器前后兩側的流體壓力差交替地變化，交替變化的流體壓力使激勵器產生左右往復振動。對于本發明，激勵器的左右往復振動經銷軸帶動壓電振子振動并產生彎曲變形，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，為壓力傳感器、溫度傳感器及信號發射單元供電；發射單元將流體壓力、流量及溫度等狀態信號發射出去。

本發明中，道內流體實際流速由單位時間內壓電振子的生成電壓波形數量表征，即v＝f_lD/S_i，式中S_i為與結構及流體相關的系數，f_l為流體所引起的振動頻率、即單位時間內所生成的電壓波形數，D＝(200～5000)μ/(ρv₀)為擾流體的直徑，ρ為流體密度，μ為流體動力粘度，v₀流體的額定流速。

本發明中，為提高壓電振子發電能力，金屬基板為0.2mm厚度的鈹青銅、壓電晶片為厚度0.3mm的PZT4；金屬基板有效半徑Rm給定時，合理的壓電晶片半徑R_p由壓電振子能量計算式的導數求得，即由求得，式中δ為激勵器振動所引起的壓電振子中心點變形量，K_p為壓電振子剛度，且

優勢與特色：1)利用擾流體及激勵器與流體的耦合作用發電并實現流體狀態自動測量，無需外界能量供應、無電磁干擾，可實現真正意義的實時在線監測；2)監測裝置沿管道長度方向配置，結構簡單、徑向尺度小、易于通過多個具有不同附加質量的壓電振子同步工作提高發電量和有效帶寬；3)壓電振子結構合理、能量轉換效率高、發電量大。

附圖說明

圖1是本發明一個較佳實施例中監測裝置的結構示意圖；

圖2是圖1的左視圖；