一种压电式流体发电机的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种压电式流体发电机，属压电发电技术领域。主体隔板左侧设有大筒、右侧设有两块耳板，板端部经侧板连接；隔板和侧板上分别设有左凸台和右凸台；带有小筒的端盖盖板装在大筒端部；传振器盘体置于腹腔内、销轴经隔板从腹腔伸出，销轴端部装有连接板，销轴上套有弹簧，弹簧两端分别顶靠在盘体和隔板上；压电振子由金属基板与压电晶片粘接而成，两个压电振子的金属基板两端都分别安装在左右凸台上、中间都安装在连接板上。特色与优势：将平直压电振子安装成弯曲结构，形成沿管道长度方向伸缩振动的发电机，结构及工艺简单、成本低；压电晶片仅受范围可控的压应力，可靠性高；易通过增加压电振子数和长度提高发电量。
【专利说明】
一种压电式流体发电机
技术领域
[0001]本实用新型属于压电发电领域，具体涉及一种压电式流体发电机，为油气管道监测系统供电。
【背景技术】
[0002]因自然腐蚀、自然界不可抗力、尤其是人为偷盗等造成的油气管道泄漏事件时有发生，不仅造成了巨大的经济损失、同时也给其周边自然环境造成了严重的污染。以往，常采用定期人工巡检的方法对油气管线加以维护，但因其铺设距离长、且常处于人迹罕至或交通不便之处，定期巡检难以及时发现泄漏并及时维修，故人们提出了多种类型的管道泄漏监测或防盗系统。虽所提出的某些管道泄漏或防盗监测报警方法在技术层面已较成熟，但目前我国长输管道防盗监测系统的应用还处于起步阶段、尚未得到广泛应用，其原因之一是其供电问题未得到很好的解决:采用铺设电缆的方法成本高、且已被不法分子切断而影响监测系统的正常运行;而采用电池供电时使用时间有限、需经常更换，一旦电池电量不足且未及时更换时也无法完成监测信息的远程传输。因此，为使油气管道泄漏及防盗系统得以实际应用，必须首先解决其供电问题。近年来，为满足各类无线传感监测系统的自供电需求，人们提出了一种新型的微型压电发电装置，它具有结构简单、不发热、无电磁干扰、集成化高等特点，尤其适于无线传感监测系统供电。然而，现有的油气管道压电发电装置大都通过流体涡轮转动驱动压电振子振子发电的，结构复杂、体积大，不适于直径相对较小的管道;同时，工作中压电振子双向弯曲变形、承受交替拉-压应力，拉应力过大时压电晶片易破碎、可靠性低。
【发明内容】
[0003]针对输油气管线监测的供电难题以及现有压电发电装置应用上的局限性，本实用新型提出一种压电式流体发电机。本实用新型采用的实施方案是:主体的隔板左侧设有大筒、右侧设有两块相互平行的耳板，所述两耳板端部经侧板连接；隔板上设有左凸台、和侧板上设有右凸台；带有小筒的端盖的盖板经螺钉安装在大筒的端部并形成两个相互连通的颈腔和腹腔，小筒内腔为颈腔、大筒内腔为腹腔;传振器的盘体置于腹腔内、传振器的销轴经隔板从腹腔伸出，销轴端部经螺母安装有连接板;销轴上套有平衡弹簧，平衡弹簧两端分别顶靠在盘体和隔板上;压电振子由金属基板与其单侧所粘接的两个压电晶片构成;两个压电振子的金属基板的两端都经螺钉和压块分别安装在左凸台和右凸台上，中间都经螺钉和压块安装在连接板上;压电振子安装前自然状态下为平直结构、且长度大于隔板和侧板间的距离，压电振子安装后为弯曲结构、且压电晶片承受压应力;压电振子上处于连接板左右两端的部分分别构成发电单兀I和发电单兀II，发电单兀I和发电单兀II中的压电振子分别经整流桥与电路板上的电源电路相连。
[0004]当有流体流过时，颈腔内流体振动、腹腔内流体对之产生恢复力;声波波长远大于腹腔尺度时振动能集中在颈腔处，从而使颈腔内有效质量和腹腔内流体组成一维振动系统并产生共振，腹腔内的流体振动再经传振器传递到连接板上，迫使压电振子伸缩变形并将流体动能转换成电能:传振器向左运动时，发电单元I缩短、其内部压电晶片所受压应力增加，发电单元II伸长、其内部压电晶片所受压应力降低;反之，传振器向右运动时，发电单元I伸长、压电晶片所受压应力降低，发电单元II缩短、其内压电晶片所受压应力增加;上述发电单元I和II交替伸长和缩短过程中，压电振子在一个发电单元中伸长量达最大、即达到平直状态时，在另一个发电单元中缩短量达最大，缩短量和伸长量相制约，从而确保压电晶片始终承受合理的压应力，可靠性高。
[0005]本实用新型中，为提高发电机的环境适应能力和可靠性，额定流速下且连接板处于动平衡位置时，发电单元I和发电单元II的状态相同；压电晶片为0.1mm?0.2mm的PZT4、金属基板为铍青铜，金属基板与压电晶片厚度之比为I?2.5。
[0006]优势与特色:①通过安装的方法将平直压电振子变成弯曲结构，利用腔内流体振荡形成沿管道长度方向伸缩振动的发电装置，结构及制作工艺简单、成本低;②压电晶片仅工作在压应力状态下、且压应力范围可控，可靠性高;③便于通过增加压电振子数量和长度的方法提高发电量。
【附图说明】
[0007]图1是本实用新型一个较佳实施例中发电机的结构剖面图；
[0008]图2图1的A部放大图；
[0009]图3是图1的左视图；
[0010]图4是本实用新型一个较佳实施例中压电振子安装前的结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]主体b的隔板b2的左侧设有大筒bl、右侧设有两块相互平行的耳板b4，所述两耳板b4端部经侧板b5连接;隔板b2上设有左凸台b3、侧板b5上设有右凸台b6;带有小筒al的端盖a的盖板a2经螺钉安装在大筒bl的端部并形成两个相互连通的颈腔Cl和腹腔C2，小筒al的内腔为颈腔Cl、大筒bl的内腔为腹腔C2;传振器c的盘体Cl置于腹腔C2内、传振器c的销轴c2经隔板b2从腹腔C2伸出，销轴c2端部经螺母g安装有连接板f;销轴c2上套有平衡弹簧d，平衡弹簧d的两端分别顶靠在盘体Cl和隔板b2上;压电振子h由金属基板hi与其单侧所粘接的两个压电晶片h2构成;两个压电振子h的金属基板hi的两端都经螺钉和压块e分别安装在左凸台b3和右凸台b6上，中间都经螺钉和压块e安装在连接板f上;压电振子h安装前自然状态下为平直结构、且长度LI大于隔板b2和侧板b5间的距离L2，压电振子h安装后为弯曲结构、且压电晶片h2承受压应力；压电振子h上处于连接板f左右两端的部分分别构成发电单元I和发电单元II，发电单元I和发电单元II中的压电振子h分别经整流桥与电路板i上的电源电路相连。
[0012]当有流体流过时，颈腔Cl内流体振动、而腹腔C2内流体对之产生恢复力；声波波长远大于腹腔C2尺度时振动能集中在颈腔Cl处，从而使颈腔Cl内有效质量和腹腔C2内流体组成一维振动系统并产生共振，腹腔C2内的流体振动再经传振器c传递到连接板f上，迫使压电振子h伸缩变形并将流体动能转换成电能:传振器f向左运动时，发电单元I缩短、其内部压电晶片h2所受压应力增加，发电单元II伸长、其内部压电晶片h2所受压应力降低;反之，传振器f向右运动时，发电单元I伸长、压电晶片所受压应力降低，发电单元II缩短、其内压电晶片所受压应力增加;上述发电单元I和II交替伸长和缩短过程中，压电振子h在一个发电单元中伸长量达最大、即达到平直状态时，在另一个发电单元中缩短量达最大，缩短量和伸长量相制约，从而确保压电晶片始终承受合理的压应力，可靠性高。
[0013]本实用新型中，为提高发电机的环境适应能力、发电能力及可靠性，额定流速下且连接板f处于动平衡位置时，发电单元I和发电单元II的状态相同；压电晶片h2为0.1mm?
0.2mm的PZT4、金属基板hi为铍青铜，金属基板hi与压电晶片h2的厚度之比为I?2.5。
【主权项】
1.一种压电式流体发电机，其特征在于:主体的隔板左侧设有大筒、右侧设有两块相互平行的耳板，所述两耳板端部经侧板连接；隔板上设有左凸台、侧板上设有右凸台；带有小筒的端盖的盖板经螺钉安装在大筒端部并形成两个相互连通的颈腔和腹腔，小筒内腔为颈腔、大筒内腔为腹腔;传振器的盘体置于腹腔内、销轴经隔板从腹腔伸出，销轴端部装有连接板，销轴上套有平衡弹簧，平衡弹簧两端分别顶靠在盘体和隔板上;压电振子由金属基板与其单侧所粘接的两个压电晶片构成，两个压电振子的金属基板两端都经螺钉和压块分别安装在左右凸台上、中间都经螺钉和压块安装在连接板上;压电振子安装前自然状态下为平直结构、且长度大于隔板和侧板间的距离，压电振子安装后为弯曲结构、且压电晶片承受压应力。
【文档编号】H02N2/18GK205681336SQ201620625560
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月15日 公开号201620625560.0, CN 201620625560, CN 205681336 U, CN 205681336U, CN-U-205681336, CN201620625560, CN201620625560.0, CN205681336 U, CN205681336U
【发明人】费凡, 吕鹏, 钱前程, 朱贝贝, 林仕杰, 蔡建程
【申请人】浙江师范大学