用于液体管道运输中的涡激发电装置及方法与流程

本发明涉及一种用于液体管道运输中的涡激发电装置及方法，属于能源类领域。

背景技术：

管道运输因其运输成本低，运输量大等优点，一直广泛应用于石油和天然气等流体的长距离运输。为了保障管道运输的安全性及可靠性，对管道的工作状态进行监控尤为重要。无线传感器网络是目前实现无人化监控的重要设备，然而电池寿命较短是传感器长时间无人监控的限制因素之一。因此提出一种液体管道运输中的涡激发电装置，通过收集一小部分流动的能量为传感器供电，保证监控系统长期有效。

技术实现要素：

本发明涉及一种用于液体管道运输中的涡激发电装置及方法,其优点在于结构简单，且无需润滑保养，寿命长。

所述的一种用于液体管道运输中的涡激发电装置，其特征在于：该装置包括摆动部件、底座、中空固定杆、压电发电片；所述摆动部件为内部空心的半开柱体，在其封闭一侧的内部固定有敲击球；在摆动部件的开口端及所述底座间布置柔性密封罩，在柔性密封罩内部分列布置了两片弹性薄片，弹性薄片两端分别连接了摆动部件的开口端和底座；两片弹性薄片分列布置在一个平面内；所述中空固定杆的第一端固定于底座中心，第二端伸入摆动部件的内部；上述压电发电片的一端固定在中空固定杆的第二端，另一端与敲击球接触，压电发电片可与敲击球相对运动，压电发电片所在平面与两片弹性薄片所处平面平行，从而限制摆动部件在顺流方向的位移，使得摆动部件垂直于流动方向摆动。压电发电片正负电极与导线的第一端连线，导线第二端通过中空固定杆的中空部分与外部蓄电池或用电设备相连。

上述压电发电片与敲击球为若干对以满足不同功率需求，若干对压电片及敲击球为并联方式。

所述的液体管道运输中的涡激发电装置，其特征在于：所述摆动部件是以半圆形与矩形的组合形状为横截面的柱体，与半圆弧面相对的面内凹形成三角凹槽迎流面，三角凹槽的两个槽面与柱体的其他面构成两条棱，分别在这两条棱上开设两个迎流斜劈槽。通过该特殊结构改变流体在绕流运动中的脱涡模式和压力分布，可强化绕流部件的摆动幅度。

上述液体管道运输中的涡激发电装置的发电方法，其特征在于：当管道内流体流经摆动部件时，会形成涡脱现象，使得摆动部件在垂直于流向的平面内周期性摆动，摆动部件内部的敲击球伴随着摆动部件的摆动也会周期性的敲击压电发电片，导致压电发电片变形产生交变电流，通过导线引出接入蓄电池或直接供给设备使用。

附图说明

图1是一种液体管道运输中的涡激发电装置结构示意图；

图2是一种液体管道运输中的涡激发电装置压电发电片部分局部放大图；

图3是一种液体管道运输中的涡激发电装置摆动部件的结构示意图；

图4是一种液体管道运输中的涡激发电装置在管道中的安装示意图；

图中标号名称：1摆动部件，2弹性薄片，3柔性密封罩，4敲击球，5压电发电片，6迎流斜劈槽，7中空固定杆，8底座，9三角凹槽迎流面。

具体实施方式

下面结合图4对一种液体管道运输中的涡激发电装置的工作过程进行说明。

将装置固定于管道壁上，装置除底座外的结构均处于管道内部，当管道内流体流经摆动部件时，会形成涡脱现象，使得摆动部件在垂直于流向的平面内周期性摆动，摆动部件内部的敲击球伴随着摆动部件的摆动也会周期性的敲击压电发电片，导致压电发电片变形产生交变电流，通过导线引出接入蓄电池或直接供给设备使用。系统达到共振后，检测模块持续检测摆动频率和共振频率，调动反馈模块维持摆动频率在共振区间浮动。

技术特征：

1.一种用于液体管道运输中的涡激发电装置，其特征在于：

该装置包括摆动部件（1）、底座（8）、中空固定杆（7）、压电发电片（5）；

所述摆动部件（1）为内部空心的半开柱体，在其封闭一侧的内部固定有敲击球（4）；在摆动部件（1）的开口端及所述底座（8）间布置柔性密封罩（3），在柔性密封罩（3）内部分列布置了两片弹性薄片（2），弹性薄片（2）两端分别连接了摆动部件（1）的开口端和底座（8）；两片弹性薄片（2）分列布置在一个平面内；

所述中空固定杆（7）的第一端固定于底座（8）中心，第二端伸入摆动部件的内部；上述压电发电片（5）的一端固定在中空固定杆（7）的第二端，另一端与敲击球（4）接触，压电发电片可与敲击球相对运动，压电发电片（5）所在平面与两片弹性薄片（2）所处平面平行；

压电发电片（5）正负电极与导线的第一端连线，导线第二端通过中空固定杆（7）的中空部分与外部蓄电池或用电设备相连。

2.根据权利要求1所述的用于液体管道运输中的涡激发电装置，其特征在于：

上述压电发电片（5）与敲击球（4）为若干对，若干对压电片及敲击球为并联方式。

3.根据权利要求1所述的用于液体管道运输中的涡激发电装置，其特征在于：

所述摆动部件（1）是以半圆形与矩形的组合形状为横截面的柱体，与半圆弧面相对的面内凹形成三角凹槽迎流面（9），三角凹槽的两个槽面与柱体的其他面构成两条棱，分别在这两条棱上开设两个迎流斜劈槽（6）。

4.根据权利要求所述用于液体管道运输中的涡激发电装置的方法，其特征在于包括以下过程：

当管道内流体流经摆动部件（1）时，形成涡脱现象，使得摆动部件在垂直于流向的平面内周期性摆动，摆动部件内部的敲击球（4）伴随着摆动部件的摆动也会周期性的敲击压电发电片（5），导致压电发电片变形产生交变电流，通过导线引出接入蓄电池或直接供给设备使用。

技术总结
一种用于液体管道运输中的涡激发电装置及方法，属于能源类领域。其特征在于：装置由摆动部件、弹性薄片、柔性密封罩、压电发电片、中空固定杆及底座组成。本发明提供一种通过涡脱现象收集流体能量进行发电的方法，摆动部件在流体绕流运动脱涡的影响下周期性摆动，通过装置内部中空固定杆与摆动部件的相对运动使压电发电片发生形变，从而达到发电的目的。该结构优点在于结构简单，且无需润滑保养，寿命长。

技术研发人员：高斯杰;韩东;王瑾程;郑明瑞
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2020.06.23
技术公布日：2020.09.22