一種壓電式流體發(fā)電機(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種壓電式流體發(fā)電機(jī)，屬壓電發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。主體隔板左側(cè)設(shè)有大筒、右側(cè)設(shè)有兩塊耳板，板端部經(jīng)側(cè)板連接；隔板和側(cè)板上分別設(shè)有左凸臺和右凸臺；帶有小筒的端蓋蓋板裝在大筒端部；傳振器盤體置于腹腔內(nèi)、銷軸經(jīng)隔板從腹腔伸出，銷軸端部裝有連接板，銷軸上套有彈簧，彈簧兩端分別頂靠在盤體和隔板上；壓電振子由金屬基板與壓電晶片粘接而成，兩個壓電振子的金屬基板兩端都分別安裝在左右凸臺上、中間都安裝在連接板上。特色與優(yōu)勢：將平直壓電振子安裝成彎曲結(jié)構(gòu)，形成沿管道長度方向伸縮振動的發(fā)電機(jī)，結(jié)構(gòu)及工藝簡單、成本低；壓電晶片僅受范圍可控的壓應(yīng)力，可靠性高；易通過增加壓電振子數(shù)和長度提高發(fā)電量。
【專利說明】
一種壓電式流體發(fā)電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于壓電發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種壓電式流體發(fā)電機(jī)，為油氣管道監(jiān)測系統(tǒng)供電。
【背景技術(shù)】
[0002]因自然腐蝕、自然界不可抗力、尤其是人為偷盜等造成的油氣管道泄漏事件時有發(fā)生，不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失、同時也給其周邊自然環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。以往，常采用定期人工巡檢的方法對油氣管線加以維護(hù)，但因其鋪設(shè)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(fā)現(xiàn)泄漏并及時維修，故人們提出了多種類型的管道泄漏監(jiān)測或防盜系統(tǒng)。雖所提出的某些管道泄漏或防盜監(jiān)測報警方法在技術(shù)層面已較成熟，但目前我國長輸管道防盜監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用還處于起步階段、尚未得到廣泛應(yīng)用，其原因之一是其供電問題未得到很好的解決:采用鋪設(shè)電纜的方法成本高、且已被不法分子切斷而影響監(jiān)測系統(tǒng)的正常運(yùn)行;而采用電池供電時使用時間有限、需經(jīng)常更換，一旦電池電量不足且未及時更換時也無法完成監(jiān)測信息的遠(yuǎn)程傳輸。因此，為使油氣管道泄漏及防盜系統(tǒng)得以實(shí)際應(yīng)用，必須首先解決其供電問題。近年來，為滿足各類無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)的自供電需求，人們提出了一種新型的微型壓電發(fā)電裝置，它具有結(jié)構(gòu)簡單、不發(fā)熱、無電磁干擾、集成化高等特點(diǎn)，尤其適于無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)供電。然而，現(xiàn)有的油氣管道壓電發(fā)電裝置大都通過流體渦輪轉(zhuǎn)動驅(qū)動壓電振子振子發(fā)電的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，不適于直徑相對較小的管道;同時，工作中壓電振子雙向彎曲變形、承受交替拉-壓應(yīng)力，拉應(yīng)力過大時壓電晶片易破碎、可靠性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對輸油氣管線監(jiān)測的供電難題以及現(xiàn)有壓電發(fā)電裝置應(yīng)用上的局限性，本實(shí)用新型提出一種壓電式流體發(fā)電機(jī)。本實(shí)用新型采用的實(shí)施方案是:主體的隔板左側(cè)設(shè)有大筒、右側(cè)設(shè)有兩塊相互平行的耳板，所述兩耳板端部經(jīng)側(cè)板連接；隔板上設(shè)有左凸臺、和側(cè)板上設(shè)有右凸臺；帶有小筒的端蓋的蓋板經(jīng)螺釘安裝在大筒的端部并形成兩個相互連通的頸腔和腹腔，小筒內(nèi)腔為頸腔、大筒內(nèi)腔為腹腔;傳振器的盤體置于腹腔內(nèi)、傳振器的銷軸經(jīng)隔板從腹腔伸出，銷軸端部經(jīng)螺母安裝有連接板;銷軸上套有平衡彈簧，平衡彈簧兩端分別頂靠在盤體和隔板上;壓電振子由金屬基板與其單側(cè)所粘接的兩個壓電晶片構(gòu)成;兩個壓電振子的金屬基板的兩端都經(jīng)螺釘和壓塊分別安裝在左凸臺和右凸臺上，中間都經(jīng)螺釘和壓塊安裝在連接板上;壓電振子安裝前自然狀態(tài)下為平直結(jié)構(gòu)、且長度大于隔板和側(cè)板間的距離，壓電振子安裝后為彎曲結(jié)構(gòu)、且壓電晶片承受壓應(yīng)力;壓電振子上處于連接板左右兩端的部分分別構(gòu)成發(fā)電單兀I和發(fā)電單兀II，發(fā)電單兀I和發(fā)電單兀II中的壓電振子分別經(jīng)整流橋與電路板上的電源電路相連。
[0004]當(dāng)有流體流過時，頸腔內(nèi)流體振動、腹腔內(nèi)流體對之產(chǎn)生恢復(fù)力;聲波波長遠(yuǎn)大于腹腔尺度時振動能集中在頸腔處，從而使頸腔內(nèi)有效質(zhì)量和腹腔內(nèi)流體組成一維振動系統(tǒng)并產(chǎn)生共振，腹腔內(nèi)的流體振動再經(jīng)傳振器傳遞到連接板上，迫使壓電振子伸縮變形并將流體動能轉(zhuǎn)換成電能:傳振器向左運(yùn)動時，發(fā)電單元I縮短、其內(nèi)部壓電晶片所受壓應(yīng)力增加，發(fā)電單元II伸長、其內(nèi)部壓電晶片所受壓應(yīng)力降低;反之，傳振器向右運(yùn)動時，發(fā)電單元I伸長、壓電晶片所受壓應(yīng)力降低，發(fā)電單元II縮短、其內(nèi)壓電晶片所受壓應(yīng)力增加;上述發(fā)電單元I和II交替伸長和縮短過程中，壓電振子在一個發(fā)電單元中伸長量達(dá)最大、即達(dá)到平直狀態(tài)時，在另一個發(fā)電單元中縮短量達(dá)最大，縮短量和伸長量相制約，從而確保壓電晶片始終承受合理的壓應(yīng)力，可靠性高。
[0005]本實(shí)用新型中，為提高發(fā)電機(jī)的環(huán)境適應(yīng)能力和可靠性，額定流速下且連接板處于動平衡位置時，發(fā)電單元I和發(fā)電單元II的狀態(tài)相同；壓電晶片為0.1mm?0.2mm的PZT4、金屬基板為鈹青銅，金屬基板與壓電晶片厚度之比為I?2.5。
[0006]優(yōu)勢與特色:①通過安裝的方法將平直壓電振子變成彎曲結(jié)構(gòu)，利用腔內(nèi)流體振蕩形成沿管道長度方向伸縮振動的發(fā)電裝置，結(jié)構(gòu)及制作工藝簡單、成本低;②壓電晶片僅工作在壓應(yīng)力狀態(tài)下、且壓應(yīng)力范圍可控，可靠性高;③便于通過增加壓電振子數(shù)量和長度的方法提高發(fā)電量。
【附圖說明】
[0007]圖1是本實(shí)用新型一個較佳實(shí)施例中發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0008]圖2圖1的A部放大圖；
[0009]圖3是圖1的左視圖；
[0010]圖4是本實(shí)用新型一個較佳實(shí)施例中壓電振子安裝前的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]主體b的隔板b2的左側(cè)設(shè)有大筒bl、右側(cè)設(shè)有兩塊相互平行的耳板b4，所述兩耳板b4端部經(jīng)側(cè)板b5連接;隔板b2上設(shè)有左凸臺b3、側(cè)板b5上設(shè)有右凸臺b6;帶有小筒al的端蓋a的蓋板a2經(jīng)螺釘安裝在大筒bl的端部并形成兩個相互連通的頸腔Cl和腹腔C2，小筒al的內(nèi)腔為頸腔Cl、大筒bl的內(nèi)腔為腹腔C2;傳振器c的盤體Cl置于腹腔C2內(nèi)、傳振器c的銷軸c2經(jīng)隔板b2從腹腔C2伸出，銷軸c2端部經(jīng)螺母g安裝有連接板f;銷軸c2上套有平衡彈簧d，平衡彈簧d的兩端分別頂靠在盤體Cl和隔板b2上;壓電振子h由金屬基板hi與其單側(cè)所粘接的兩個壓電晶片h2構(gòu)成;兩個壓電振子h的金屬基板hi的兩端都經(jīng)螺釘和壓塊e分別安裝在左凸臺b3和右凸臺b6上，中間都經(jīng)螺釘和壓塊e安裝在連接板f上;壓電振子h安裝前自然狀態(tài)下為平直結(jié)構(gòu)、且長度LI大于隔板b2和側(cè)板b5間的距離L2，壓電振子h安裝后為彎曲結(jié)構(gòu)、且壓電晶片h2承受壓應(yīng)力；壓電振子h上處于連接板f左右兩端的部分分別構(gòu)成發(fā)電單元I和發(fā)電單元II，發(fā)電單元I和發(fā)電單元II中的壓電振子h分別經(jīng)整流橋與電路板i上的電源電路相連。
[0012]當(dāng)有流體流過時，頸腔Cl內(nèi)流體振動、而腹腔C2內(nèi)流體對之產(chǎn)生恢復(fù)力；聲波波長遠(yuǎn)大于腹腔C2尺度時振動能集中在頸腔Cl處，從而使頸腔Cl內(nèi)有效質(zhì)量和腹腔C2內(nèi)流體組成一維振動系統(tǒng)并產(chǎn)生共振，腹腔C2內(nèi)的流體振動再經(jīng)傳振器c傳遞到連接板f上，迫使壓電振子h伸縮變形并將流體動能轉(zhuǎn)換成電能:傳振器f向左運(yùn)動時，發(fā)電單元I縮短、其內(nèi)部壓電晶片h2所受壓應(yīng)力增加，發(fā)電單元II伸長、其內(nèi)部壓電晶片h2所受壓應(yīng)力降低;反之，傳振器f向右運(yùn)動時，發(fā)電單元I伸長、壓電晶片所受壓應(yīng)力降低，發(fā)電單元II縮短、其內(nèi)壓電晶片所受壓應(yīng)力增加;上述發(fā)電單元I和II交替伸長和縮短過程中，壓電振子h在一個發(fā)電單元中伸長量達(dá)最大、即達(dá)到平直狀態(tài)時，在另一個發(fā)電單元中縮短量達(dá)最大，縮短量和伸長量相制約，從而確保壓電晶片始終承受合理的壓應(yīng)力，可靠性高。
[0013]本實(shí)用新型中，為提高發(fā)電機(jī)的環(huán)境適應(yīng)能力、發(fā)電能力及可靠性，額定流速下且連接板f處于動平衡位置時，發(fā)電單元I和發(fā)電單元II的狀態(tài)相同；壓電晶片h2為0.1mm?
0.2mm的PZT4、金屬基板hi為鈹青銅，金屬基板hi與壓電晶片h2的厚度之比為I?2.5。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓電式流體發(fā)電機(jī)，其特征在于:主體的隔板左側(cè)設(shè)有大筒、右側(cè)設(shè)有兩塊相互平行的耳板，所述兩耳板端部經(jīng)側(cè)板連接；隔板上設(shè)有左凸臺、側(cè)板上設(shè)有右凸臺；帶有小筒的端蓋的蓋板經(jīng)螺釘安裝在大筒端部并形成兩個相互連通的頸腔和腹腔，小筒內(nèi)腔為頸腔、大筒內(nèi)腔為腹腔;傳振器的盤體置于腹腔內(nèi)、銷軸經(jīng)隔板從腹腔伸出，銷軸端部裝有連接板，銷軸上套有平衡彈簧，平衡彈簧兩端分別頂靠在盤體和隔板上;壓電振子由金屬基板與其單側(cè)所粘接的兩個壓電晶片構(gòu)成，兩個壓電振子的金屬基板兩端都經(jīng)螺釘和壓塊分別安裝在左右凸臺上、中間都經(jīng)螺釘和壓塊安裝在連接板上;壓電振子安裝前自然狀態(tài)下為平直結(jié)構(gòu)、且長度大于隔板和側(cè)板間的距離，壓電振子安裝后為彎曲結(jié)構(gòu)、且壓電晶片承受壓應(yīng)力。
【文檔編號】H02N2/18GK205681336SQ201620625560
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620625560.0, CN 201620625560, CN 205681336 U, CN 205681336U, CN-U-205681336, CN201620625560, CN201620625560.0, CN205681336 U, CN205681336U
【發(fā)明人】費(fèi)凡, 呂鵬, 錢前程, 朱貝貝, 林仕杰, 蔡建程
【申請人】浙江師范大學(xué)