[發(fā)明專利]用于液體管道運輸中的渦激發(fā)電裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010580994.4
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111697876A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高斯杰;韓東;王瑾程;鄭明瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02J7/32
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 韓天宇

一種用于液體管道運輸中的渦激發(fā)電裝置及方法，屬于能源類領(lǐng)域。其特征在于：裝置由擺動部件、彈性薄片、柔性密封罩、壓電發(fā)電片、中空固定桿及底座組成。本發(fā)明提供一種通過渦脫現(xiàn)象收集流體能量進(jìn)行發(fā)電的方法，擺動部件在流體繞流運動脫渦的影響下周期性擺動，通過裝置內(nèi)部中空固定桿與擺動部件的相對運動使壓電發(fā)電片發(fā)生形變，從而達(dá)到發(fā)電的目的。該結(jié)構(gòu)優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，且無需潤滑保養(yǎng)，壽命長。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于液體管道運輸中的渦激發(fā)電裝置及方法，屬于能源類領(lǐng)域。

背景技術(shù)

管道運輸因其運輸成本低，運輸量大等優(yōu)點，一直廣泛應(yīng)用于石油和天然氣等流體的長距離運輸。為了保障管道運輸?shù)陌踩约翱煽啃裕瑢艿赖墓ぷ鳡顟B(tài)進(jìn)行監(jiān)控尤為重要。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是目前實現(xiàn)無人化監(jiān)控的重要設(shè)備，然而電池壽命較短是傳感器長時間無人監(jiān)控的限制因素之一。因此提出一種液體管道運輸中的渦激發(fā)電裝置，通過收集一小部分流動的能量為傳感器供電，保證監(jiān)控系統(tǒng)長期有效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種用于液體管道運輸中的渦激發(fā)電裝置及方法,其優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，且無需潤滑保養(yǎng)，壽命長。

所述的一種用于液體管道運輸中的渦激發(fā)電裝置，其特征在于：該裝置包括擺動部件、底座、中空固定桿、壓電發(fā)電片；所述擺動部件為內(nèi)部空心的半開柱體，在其封閉一側(cè)的內(nèi)部固定有敲擊球；在擺動部件的開口端及所述底座間布置柔性密封罩，在柔性密封罩內(nèi)部分列布置了兩片彈性薄片，彈性薄片兩端分別連接了擺動部件的開口端和底座；兩片彈性薄片分列布置在一個平面內(nèi)；所述中空固定桿的第一端固定于底座中心，第二端伸入擺動部件的內(nèi)部；上述壓電發(fā)電片的一端固定在中空固定桿的第二端，另一端與敲擊球接觸，壓電發(fā)電片可與敲擊球相對運動，壓電發(fā)電片所在平面與兩片彈性薄片所處平面平行，從而限制擺動部件在順流方向的位移，使得擺動部件垂直于流動方向擺動。壓電發(fā)電片正負(fù)電極與導(dǎo)線的第一端連線，導(dǎo)線第二端通過中空固定桿的中空部分與外部蓄電池或用電設(shè)備相連。

上述壓電發(fā)電片與敲擊球為若干對以滿足不同功率需求，若干對壓電片及敲擊球為并聯(lián)方式。

所述的液體管道運輸中的渦激發(fā)電裝置，其特征在于：所述擺動部件是以半圓形與矩形的組合形狀為橫截面的柱體，與半圓弧面相對的面內(nèi)凹形成三角凹槽迎流面，三角凹槽的兩個槽面與柱體的其他面構(gòu)成兩條棱，分別在這兩條棱上開設(shè)兩個迎流斜劈槽。通過該特殊結(jié)構(gòu)改變流體在繞流運動中的脫渦模式和壓力分布，可強(qiáng)化繞流部件的擺動幅度。

上述液體管道運輸中的渦激發(fā)電裝置的發(fā)電方法，其特征在于：當(dāng)管道內(nèi)流體流經(jīng)擺動部件時，會形成渦脫現(xiàn)象，使得擺動部件在垂直于流向的平面內(nèi)周期性擺動，擺動部件內(nèi)部的敲擊球伴隨著擺動部件的擺動也會周期性的敲擊壓電發(fā)電片，導(dǎo)致壓電發(fā)電片變形產(chǎn)生交變電流，通過導(dǎo)線引出接入蓄電池或直接供給設(shè)備使用。

附圖說明

圖1是一種液體管道運輸中的渦激發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是一種液體管道運輸中的渦激發(fā)電裝置壓電發(fā)電片部分局部放大圖；

圖3是一種液體管道運輸中的渦激發(fā)電裝置擺動部件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是一種液體管道運輸中的渦激發(fā)電裝置在管道中的安裝示意圖；

圖中標(biāo)號名稱：1擺動部件，2彈性薄片，3柔性密封罩，4敲擊球，5壓電發(fā)電片，6迎流斜劈槽，7中空固定桿，8底座，9三角凹槽迎流面。

具體實施方式

下面結(jié)合圖4對一種液體管道運輸中的渦激發(fā)電裝置的工作過程進(jìn)行說明。

將裝置固定于管道壁上，裝置除底座外的結(jié)構(gòu)均處于管道內(nèi)部，當(dāng)管道內(nèi)流體流經(jīng)擺動部件時，會形成渦脫現(xiàn)象，使得擺動部件在垂直于流向的平面內(nèi)周期性擺動，擺動部件內(nèi)部的敲擊球伴隨著擺動部件的擺動也會周期性的敲擊壓電發(fā)電片，導(dǎo)致壓電發(fā)電片變形產(chǎn)生交變電流，通過導(dǎo)線引出接入蓄電池或直接供給設(shè)備使用。系統(tǒng)達(dá)到共振后，檢測模塊持續(xù)檢測擺動頻率和共振頻率，調(diào)動反饋模塊維持?jǐn)[動頻率在共振區(qū)間浮動。