防水型磁力耦合复合管道能量采集装置及自供能管道泄露监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种防水型磁力耦合复合管道能量采集装置及自供能管道泄露监测方法，该装置包括管道能量采集单元，管道能量采集单元包括旋转组件、发电组件和安装组件；旋转组件包括旋转叶片盘、激励磁铁和磁铁安装板，激励磁铁相嵌安装在旋转叶片盘中，并通过磁铁安装板压紧定位；发电组件包括屈曲梁、压块、一体化屈曲架、被激励磁铁、铜电极、得电子驻极体板、线圈和压电片，压电片对称安装在屈曲梁两端，线圈设置在一体化屈曲架中心内侧，压电片随屈曲梁产生形变因压电效应而发电，且使得线圈的磁通量变化，线圈因电磁感应而发电；本发明专利技术能通过管道能量采集装置将管道中流动能量转换为电能，且对管道破坏性小，同时提高了输出功率。同时提高了输出功率。同时提高了输出功率。

【技术实现步骤摘要】
防水型磁力耦合复合管道能量采集装置及自供能管道泄露监测方法
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][0001]本专利技术涉及管道能量采集领域，具体地说是一种防水型磁力耦合复合管道能量采集装置及自供能管道泄露监测方法。
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技术介绍
][0002]随着社会发展，人类的生活已经建立在一个巨大的管道系统上，用来运输生活和工业生产物质，如水、气、油。然而，由于制造缺陷或腐蚀过程，管道可能破损。因为很多管道置于地下，管道破损泄漏具有很强的隐蔽性和危险性。虽通过传感器对管道进行实时监测可以及时发现管道破损泄露情况，但如何供电成为关键难题。管道监测需要传感器数量多且分布广，电缆供电存在成本高、实施困难等问题，电池供电存在不可持续、维护困难、化学污染等问题。若能通过管道能量采集装置将管道中流动能量转换为电能为传感器供电，则是一种可行的方案。然而，目前大部分管道能量采集装置防水性差、破坏了原有管道完整性、实施成本高、输出低、无法满足管道泄露监测供电需求。
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技术实现思路
][0003]本专利技术的目的就是要解决上述的不足而提供一种防水型磁力耦合复合管道能量采集装置，能通过管道能量采集装置将管道中流动能量转换为电能，且对管道破坏性小，同时提高了输出功率。
[0004]为实现上述目的设计一种防水型磁力耦合复合管道能量采集装置，包括管道能量采集单元1，若干个管道能量采集单元1安装在管道中且沿管道轴向间隔布置，所述管道能量采集单元1包括旋转组件3、发电组件4和安装组件5；所述旋转组件3包括旋转叶片盘6、激励磁铁7和磁铁安装板8，所述激励磁铁7相嵌安装在旋转叶片盘6中，并通过磁铁安装板8压紧定位；所述发电组件4包括屈曲梁11、压块12、一体化屈曲架13、被激励磁铁14、铜电极27、得电子驻极体板28、线圈15和压电片16，所述屈曲梁11通过压块12安装在一体化屈曲架13上，所述屈曲梁11的内侧中心设有被激励磁铁14，所述被激励磁铁14正对旋转叶片盘6，所述被激励磁铁14与激励磁铁7的磁极性互相吸引或排斥，所述铜电极27设置在屈曲梁11内侧，所述得电子驻极体板28设置在一体化屈曲架13内侧，所述屈曲梁11上被激励磁铁14受到旋转叶片盘6上激励磁铁7的磁力耦合作用进行两种稳态之间的来回跳跃，所述屈曲梁11上的铜电极27与一体化屈曲架13上的得电子驻极体板28发生快速摩擦接触分离，所述屈曲梁11两端对称安装有压电片16，所述一体化屈曲架13中心内侧置有线圈15，所述压电片16随屈曲梁11产生形变因压电效应而发电，且使得线圈15的磁通量变化，所述线圈15因电磁感应而发电。
[0005]进一步地，所述安装组件5包括前板17、后板18和内密封环19，所述内密封环19安装在前板17、后板18和一体化屈曲架13内，且与管道同心。
[0006]进一步地，所述旋转叶片盘6采用滚珠定位组件9定位，所述旋转叶片盘6、磁铁安
装板8、前板17和后板18上均加工有滚珠导轨，所述滚珠定位组件9包括前滚珠定位部分20和后滚珠定位部分21；所述前滚珠定位部分20包括滚珠22、内保持架23和外保持架24，若干个滚珠22通过内保持架23和外保持架24进行定位，前滚珠定位部分20通过滚珠22相嵌安装在前板17和旋转叶片盘6的滚珠导轨中；所述后滚珠定位部分21与前滚珠定位部分20结构和定位方式相同，所述后滚珠定位部分21通过若干个滚珠22相嵌安装在磁铁安装板8和后板18的滚珠导轨中；所述旋转叶片盘6通过滚珠导轨与滚珠定位组件9配合实现轴向定位，所述旋转叶片盘6外壁与内密封环19内壁配合连接，并通过旋转叶片盘6外壁与内密封环19内壁实现径向定位，使旋转叶片盘6低摩擦高速旋转。
[0007]进一步地，所述旋转叶片盘6采用磁悬浮定位组件10定位，所述磁悬浮定位组件10包括前抗磁板25和后抗磁板26，所述前抗磁板25与前板17按对称中心重合方式固定，所述后抗磁板26与后板18按对称中心重合方式固定，通过旋转叶片盘6上的被激励磁铁14和前抗磁板25与后抗磁板26的磁力作用实现旋转叶片盘6的轴向定位，并通过旋转叶片盘6外壁与内密封环19内壁实现径向定位，使旋转叶片盘6无摩擦高速旋转。
[0008]进一步地，所述旋转叶片盘6和磁铁安装板8外表面均设有用于减少摩擦的凸台，所述旋转叶片盘6在液体流量过大磁力不足以提供定位作用的情况下，通过凸台实现旋转叶片盘6与前抗磁板25、后抗磁板26的低摩擦高速旋转。
[0009]进一步地，所述旋转叶片盘6上相邻激励磁铁7的磁性布置采用NS布置方式，当流量过大时，屈曲梁11在突跳过程中无法完全贴合一体化屈曲架13时，使用NNNNSSSS排布减小屈曲梁11突跳频率。
[0010]进一步地，所述一体化屈曲架13内侧弧度与屈曲梁11稳态下内凹弧度相吻合，所述屈曲梁11受排斥力时处于工作稳态一，所述屈曲梁11受吸引力时处于工作稳态二。
[0011]进一步地，所述旋转叶片盘6在旋转过程中，使一端屈曲梁11上的被激励磁铁14与激励磁铁7相吸，使对称的另外一端屈曲梁11上的被激励磁铁14与激励磁铁7相斥，以通过被激励磁铁14和激励磁铁7的磁力耦合作用减小旋转叶片盘6的反作用阻力矩。
[0012]进一步地，所述一体化屈曲架13中心内侧设有四个发电线圈槽，四个发电线圈槽沿周向均匀分布，所述线圈15放置在一体化屈曲架13的发电线圈槽的槽中。
[0013]本专利技术还提供了一种自供能管道泄露监测方法，包括以下步骤：
[0014]1)管道能量采集单元内流体速度V
a
＝Q/D，其中，Q：管道能量采集单元内体积流量；D：管道内径；
[0015]2)管道能量采集单元内旋转叶片盘的转速R＝K*(V
a
‑
V
t
)，其中，R:旋转叶片盘转速；K:系数；V
a
:叶片对应的流体速度；V
t
:理论启动速度，与流体粘度、密度有关；
[0016]3)管道能量采集单元的输出电压V与旋转叶片盘转速R相关；
[0017]4)管道能量采集单元安装有电路处理模块、电源管理模块和无线发射模块，由上述公式可得输出电压V与流量Q之间的关系，如果相邻两能量采集单元监测的流量存在差异，则说明两者之间的管道存在泄漏。
[0018]本专利技术同现有技术相比，具有如下优点：
[0019](1)本专利技术的旋转叶片盘定位方式新颖，采用磁力或滚珠定位，从而可减少叶片旋转的阻力，并且可实现对发电装置的全封装；
[0020](2)本专利技术独立性高，对管道破坏性小；集成度高，装置包括电源管理模块、电路处
理模块和无线发射模块，可实现自供能并且将管道能量采集信息输出；结构紧凑，旋转叶片盘上装有磁铁；
[0021](3)本专利技术采用摩擦
‑
电磁
‑
压电复合发电机制，提高了整体输出功率以及实际应用的灵活性；
[0022](4)本专利技术通过管道能量采集单元采集管道流体信息，既是传感单元又是发电单元，通过两管道能量采集单元之间的电压输出信息，实现自供能管道泄露监测；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防水型磁力耦合复合管道能量采集装置，其特征在于：包括管道能量采集单元(1)，若干个管道能量采集单元(1)安装在管道中且沿管道轴向间隔布置，所述管道能量采集单元(1)包括旋转组件(3)、发电组件(4)和安装组件(5)；所述旋转组件(3)包括旋转叶片盘(6)、激励磁铁(7)和磁铁安装板(8)，所述激励磁铁(7)相嵌安装在旋转叶片盘(6)中，并通过磁铁安装板(8)压紧定位；所述发电组件(4)包括屈曲梁(11)、压块(12)、一体化屈曲架(13)、被激励磁铁(14)、铜电极(27)、得电子驻极体板(28)、线圈(15)和压电片(16)，所述屈曲梁(11)通过压块(12)安装在一体化屈曲架(13)上，所述屈曲梁(11)的内侧中心设有被激励磁铁(14)，所述被激励磁铁(14)正对旋转叶片盘(6)，所述被激励磁铁(14)与激励磁铁(7)的磁极性互相吸引或排斥，所述铜电极(27)设置在屈曲梁(11)内侧，所述得电子驻极体板(28)设置在一体化屈曲架(13)内侧，所述屈曲梁(11)上被激励磁铁(14)受到旋转叶片盘(6)上激励磁铁(7)的磁力耦合作用进行两种稳态之间的来回跳跃，所述屈曲梁(11)上的铜电极(27)与一体化屈曲架(13)上的得电子驻极体板(28)发生快速摩擦接触分离，所述屈曲梁(11)两端对称安装有压电片(16)，所述一体化屈曲架(13)中心内侧置有线圈(15)，所述压电片(16)随屈曲梁(11)产生形变因压电效应而发电，且使得线圈(15)的磁通量变化，所述线圈(15)因电磁感应而发电。2.如权利要求1所述的防水型磁力耦合复合管道能量采集装置，其特征在于：所述安装组件(5)包括前板(17)、后板(18)和内密封环(19)，所述内密封环(19)安装在前板(17)、后板(18)和一体化屈曲架(13)内，且与管道同心。3.如权利要求2所述的防水型磁力耦合复合管道能量采集装置，其特征在于：所述旋转叶片盘(6)采用滚珠定位组件(9)定位，所述旋转叶片盘(6)、磁铁安装板(8)、前板(17)和后板(18)上均加工有滚珠导轨，所述滚珠定位组件(9)包括前滚珠定位部分(20)和后滚珠定位部分(21)；所述前滚珠定位部分(20)包括滚珠(22)、内保持架(23)和外保持架(24)，若干个滚珠(22)通过内保持架(23)和外保持架(24)进行定位，所述前滚珠定位部分(20)通过滚珠(22)相嵌安装在前板(17)和旋转叶片盘(6)的滚珠导轨中；所述后滚珠定位部分(21)与前滚珠定位部分(20)结构和定位方式相同，所述后滚珠定位部分(21)通过若干个滚珠(22)相嵌安装在磁铁安装板(8)和后板(18)的滚珠导轨中；所述旋转叶片盘(6)通过滚珠导轨与滚珠定位组件(9)配合实现轴向定位，所述旋转叶片盘(6)外壁与内密封环(19)内壁配合连接，并通过旋转叶片盘(6)外壁与内密封环(19)内壁实现径向定位，使旋转叶片盘(6)低摩擦高速旋转。4.如权利要求2所述的防水型磁力耦合复合管道能量采集装置，其特征在于：所述旋转叶片盘(6)采用磁悬浮...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖新文，邹鸿翔，周腾，邹鼎正，赵荣，刘丹，白泉，魏克湘，
申请(专利权)人：湖南郎灵科技有限公司，
类型：发明
国别省市：