一种用于油井井下检测设备的压电储能装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于油井井下检测设备的压电储能装置。圆柱形主体的上下端设置有螺纹丝扣，螺纹丝扣与抽油杆柱相连，悬臂梁基体在圆柱形主体的圆周上并列设置有多排，悬臂梁基体上下侧均通过导电胶粘贴有压电陶瓷片，悬臂梁基体末端设置有质量块，质量块与抽油杆之间均不接触，圆柱形主体外部还设置有保护罩，电路板设置在圆柱形主体中部，压电陶瓷片产生的不稳定电流经过增压电路、整流电路和负载匹配电路，得到稳定直流电储存起来，以供负载使用。本发明专利技术结构简单，能够将在抽油过程中利用井下流体的振动冲击产生的能量转换为可利用的电能，并将电能储存到可充电电池中，供井下检测设备使用。

A piezoelectric energy storage device for downhole testing equipment of oil well

The invention discloses a piezoelectric energy storage device for downhole testing equipment of an oil well. The upper and lower ends of the cylindrical main body are provided with threaded threads, which are connected with the sucker rod string. The base of the cantilever beam is arranged in parallel rows around the cylindrical main body. The upper and lower sides of the base of the cantilever beam are pasted with piezoelectric ceramic sheets by conductive adhesive, and the end of the base of the cantilever beam is provided with a mass block, which is between the mass block and the sucker rod. Without contact, the outer part of the cylindrical main body is provided with a protective cover, and the circuit board is arranged in the middle of the cylindrical main body. The invention has simple structure and can convert the energy produced by vibration and impact of downhole fluid into available electric energy during oil pumping, and store the electric energy into rechargeable battery for use by downhole detection equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种用于油井井下检测设备的压电储能装置
本专利技术涉及的是机械采油工程研究领域与电
的结合，特别涉及到从油井井下液体振动中获取能量转化存储到压电储能装置中，适用于从振动环境中获取能量进行转化应用的场合，具体涉及一种用于油井井下检测设备的压电储能装置。
技术介绍
机械采油是国内外油田的主要采油方式，井下设备的高效运行是影响机采系统效率的关键，因此，有效的监测井下设备的运行状态，实时调整采油参数是油田管理的核心，但油水井井下监测设备的推广及应用一直是一个难题，例如，用于监测抽油泵的运行状态的井下示功仪，用于监测及调整注水层位注入量的智能配水器等，这些设备需电源持续供电，由于井筒空间的限制，造成井下持续供电成为了难题，导致井下监测设备的应用仍处于试验研究阶段。机械采油主要利用井下的采油设备将井下液体举升到地面，井下采油设备的工作原理主要依靠泵筒内压力变化实现液体的抽吸，井液在压力作用下发生振动，如此利用液体的振动能量，通过放大原理，把振动能量转化为电能，并存储起来，作为井下监测设备的供给电源，可有效的解决井下设备的电源供给问题，同时为发展智能化井下设备的应用提供了可能。自19世纪80年代居里兄弟在石英晶体上发现压电效应后，压电材料和压电元件的研究得到了国内外学者的关注，将环境中的振动能量进行回收并利用的压电材料及装置近年来得到长足的发展。目前，最为常用的压电材料为锆钛酸铅，LEE研究表明，压电陶瓷在高频周期载荷下极易发生疲劳裂纹而脆性断裂，聚偏氟乙烯适合于高频周期振动载荷【LEECS,JOOJ,HANS,etal.Multifunctionaltransducerusingpoly(vinylidenefluoride)activelayerandhighlyconductingpoly(3,4-ethylenedioxythiophene)electrode:actuatoandgenerator[J].AppliedPhysicsLetter,2004,85(10):1841-1844.】，AdrienBade研究表明，在相同条件下，压电单晶的回收能量比压电陶瓷高20倍以上【BADELA,BENAYADA,LEFEUVREE,etal.Singlecrystalsandnonlinearprocessforoutstandingvibrationpoweredelectricalgenerators[J].IEEETrans,onUFFC,2006,53(4):673-684.】，在压电材料的层理结构研究中，Ng与Liao研究表明单晶片适合振动力及频率较低的场合，并联压电双晶片适合振动力较大及振动频率较高的场合【NGTH,LIAOWH.Sensitivityanalysisandenergyharvestingforaself-poweredpiezoelectricsensor[J].JournalofIntelligentMaterialSystemsandStructures,2005,16(10):785-797.】，阚君武建立了单、双晶压电梁发电能力的仿真分析，优化了材料力学性能与尺寸的匹配关系【阚君武,唐可洪,王淑云,等.压电悬臂梁发电装置的建模与仿真分析[J].光学精密工程,2008,16(1):1-76.】，Moll对比三角形和矩形悬臂梁单位面积的能量回收效果，谢涛对矩形、梯形及三角形的压电悬臂梁电荷灵敏度进行了建模分析，给出了三角形压电悬臂梁具有较好的能量回收率【MATEUL,MOLLF.Optimumpiezoelectricbendingbeamstructuresforenergyharvestingusingshoeinserts[J].IntellMaterSystStruct,2005,16:835-845.】。在压电能量回收利用方面Priya专利技术了一种压电袖珍风车【PRIYAS.Modelingofelectricenergyharvestingusingpiezoelectricwindmill[J].AppliedPhysicsLetter,2005,87(18):4101.】，Dongna制备了用于为MEMS供电的压电悬臂梁【SHENDongna,PARKJunghyun,NOHJH,etal.MicromachinedPZTcantileverbasedonSOIstructureforlowfrequencyvibrationenergyharvesting[J].SensorsandActuatorsA:Physical,2009(154):103-108.】，张扬键介绍了一种结合压电式能量采集与静态能量采集结合的复合式振动能量采集器。基于压电材料的振动能量回收是一项新技术，它将为未来无需电池和人力维护的远程监测设备提供有力的技术支持。综上所述，本专利技术设计了一种用于油井井下检测设备的压电储能装置。
技术实现思路
针对现有技术上存在的不足，本专利技术目的是在于提供一种用于油井井下检测设备的压电储能装置，结构简单，能够将在抽油过程中利用井下流体的振动冲击产生的能量转换为可利用的电能，并将电能储存到可充电电池中，供井下检测设备使用。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种用于油井井下检测设备的压电储能装置，包括悬臂梁基体、压电陶瓷片、质量块、保护罩、螺纹丝扣和电路板，圆柱形主体的上下端设置有螺纹丝扣，螺纹丝扣与抽油杆柱相连，悬臂梁基体在圆柱形主体的圆周上并列设置有多排，悬臂梁基体上下侧均通过导电胶粘贴有压电陶瓷片，悬臂梁基体末端设置有质量块，质量块与抽油杆之间均不接触，圆柱形主体外部还设置有保护罩，电路板设置在圆柱形主体中部，所述的电路板包括增压电路、整流电路和负载匹配电路，增压电路、整流电路和负载匹配电路均为稳压驱动，压电陶瓷片产生的不稳定电流经过增压电路、整流电路和负载匹配电路，得到稳定直流电储存起来，以供负载使用。作为优选，所述的质量块在同一圆周上的为同心曲面，且与抽油杆间隙配合，不同层间的质量块间距为δ，由液体激励质量块的振幅确定。作为优选，所述的增压电路是采用并联SSHI接口,由串联的电感和开关组成，用来增大压电片的电压。作为优选，所述的整流电路采用整流桥，利用半导体二极管的单向导电性，将压电回收装置在振动下产生的交流电压转换成单向脉动直流电。作为优选，所述的负载匹配电路可以根据振动的幅度自动调整整流后的电压，使脉动直流趋于平稳，采用电容与负载并联的方式，达到储存电量的目的。本专利技术提供的上述用于油井井下检测设备的压电储存装置，其用途是：利用压电陶瓷的压电效应，在抽油杆上下运动过程中，井下流体的冲击振动通过质量块作用于压电振子，产生电荷，通过负载匹配电路，将获得的电能用于井下检测设备的使用。本专利技术具有以下有益效果：1、压电振子基体采用悬臂梁方式夹持，弯曲变形主要集中在中间部分，压电基体末端夹持有质量块增大弯曲变形；各个压电振子之间采用并联的方式，增大压电储能装置的能量输出。2、每个压电振子基体上下两个陶瓷片采用串联的形式，串联方式使正电荷集中在上极板，负电荷集中在下极板，而中间的极板上产生的负电荷与下片产生的正电荷相抵消；则输出的总电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于油井井下检测设备的压电储能装置，其特征在于，包括悬臂梁基体(1)、压电陶瓷片(2)、质量块(3)、保护罩(4)、螺纹丝扣(5)和电路板(6)，圆柱形主体(7)的上下端设置有螺纹丝扣(5)，螺纹丝扣(5)与抽油杆柱相连，悬臂梁基体(1)在圆柱形主体(7)的圆周上并列设置有多排，悬臂梁基体(1)上下侧均通过导电胶粘贴有压电陶瓷片(2)，悬臂梁基体(1)末端设置有质量块(3)，质量块(3)与抽油杆之间均不接触，圆柱形主体(7)外部还设置有保护罩(4)，电路板(6)设置在圆柱形主体(7)中部，电路板(6)与压电陶瓷片(2)相连，所述的电路板(6)包括增压电路、整流电路和负载匹配电路，增压电路、整流电路和负载匹配电路均为稳压驱动，压电陶瓷片(2)产生的不稳定电流经过增压电路、整流电路和负载匹配电路，得到稳定直流电储存起来，以供负载使用。

【技术特征摘要】
1.一种用于油井井下检测设备的压电储能装置，其特征在于，包括悬臂梁基体(1)、压电陶瓷片(2)、质量块(3)、保护罩(4)、螺纹丝扣(5)和电路板(6)，圆柱形主体(7)的上下端设置有螺纹丝扣(5)，螺纹丝扣(5)与抽油杆柱相连，悬臂梁基体(1)在圆柱形主体(7)的圆周上并列设置有多排，悬臂梁基体(1)上下侧均通过导电胶粘贴有压电陶瓷片(2)，悬臂梁基体(1)末端设置有质量块(3)，质量块(3)与抽油杆之间均不接触，圆柱形主体(7)外部还设置有保护罩(4)，电路板(6)设置在圆柱形主体(7)中部，电路板(6)与压电陶瓷片(2)相连，所述的电路板(6)包括增压电路、整流电路和负载匹配电路，增压电路、整流电路和负载匹配电路均为稳压驱动，压电陶瓷片(2)产生的不稳定电流经过增压电路、整流电路和负载匹配电路，得到稳定直流电储存起来，以供负载使用。2.根据权利要求1所述的一种用于油井井下检测设备的压电储能装置，其特征在于，所述的质量块(3)在同一圆周上的为同心曲面，且与抽油杆间隙配合，不同层间的质量块间距为δ，由液体激励质量块的振幅确定。3.根据权利要求1所述的一种用于油井井下检测设备的压电储能装置，其特征在于，所述的增压电路是采用并联SSHI接口,由串联的电感和开关组成，用来增大压电片的电压。4.根据权利要求1所述的一种用于油井井下检测设备的压电储能装置，其特征在于，所述的整流电路采用整流桥，利用半导体二极管的单向导电性，将压电回收装置在振动下产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：王素玲，姜民政，宋微，董康兴，宋健，李金波，冯子明，王雪飞，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23