本发明专利技术涉及一种海底管道自发电装置，特别涉及深水海底金属管道自发电装置。主要解决深海管道的检测/监测设备供电困难，以及现有管道发电装备影响管道正常流通和清理，深海中的发电设备密封等问题。其特征在于：发电设备安装于支管道（2）中，不会影响主管道（1）中流体的流通以及清理。发电流体（气体或液体）经过滤网（11），由整流罩（5）导流，推动螺旋叶片（6）转动。螺旋叶片（6）片端装有永磁铁（9），其磁力线可穿透装置主腔体壁（4）。螺旋叶片（6）旋转时，嵌在主腔体壁（4）上线圈（17）切割由永磁体（9）产生的磁感线，实现海底自发电的功能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种海底管道流体自发电装置。尤其关于一种耐高压，可靠性高的，气密性好的发电装置，能够实现在深海处为检测/监测设备供电。
技术介绍
现阶段海底油气田得到了很大开发，需要铺设海底油气管道进行运输。这些管道的铺设成本高、施工质量要求高，对管道的材料和性能有严格要求。所以需要检测/监测仪器测量和监测管道各方面安全参数，确保安全输送。目前深海仪器主要依靠地面供电系统，铺设电缆进行供电。该供电方式存在成本高、可靠性低、线路易老化、不易维护等不足。因此海底仪器设备供电是一个不易解决的问题。深海处可直接利用的能源极少，现有的一些自发电设备利用海底洋流发电。但由于洋流的地理分布不均匀，该发电装置不具有普遍适用性，只有在洋流流经区域才能使用。管道内的流体（液体或气体）具有动能，可以利用其进行发电，并将电能存储利用。现阶段利用管道流体发电的装置有些将叶片置于主管道中，有些将部分发电叶片置于主管道中。这样在清理主管道时就避免不了要拆除整个发电装置，对管道清理工作产生不便， 对管道内流体的正常流通也会造成影响。同时，管道发电设备需要通过导线将电流导出，在密闭性要求高、外界压强大的海底，打孔走线会带来极大的安全隐患，这就对发电设备的内部结构提出了更高的要求。另外利用管道流体发电还应考虑到其对发电设备的腐蚀，凡是与流体有直接接触的部件都必须有很强的耐腐蚀性。这样才能保证发电装置能够在腐蚀性流体中长期稳定的工作。如何能够在满足海底高压和流体腐蚀的情况下，实现安全、可靠、稳定的自发电，并为相关检测/监测仪器供电，是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术主要针对
技术介绍
中海底高压环境发电困难，陆地管道发电设备不宜直接迁移到海底使用，以及发电叶片安装位置等不足，提供了一种海底管道自发电装置，该自发电装置具有结构简单、安装调试方便、可靠性高、密封性好、耐腐蚀、耐高压的特点。为了解决安装叶片在主管道时对主管道的影响，在主管道上开通分支管道（图1），将发电机装置用法兰盘固定安装成支管道一部分。利用分支管道中的流体带动叶片转动实现发电。（1）主管道流速与分支管道流速计算如下：已知分流前主管道流体（不可压缩流体）流速为，主管道直径为D，支管道直径为d。流体密度为 ，管道绝对粗糙度为Δ，流体的运动粘度为，支管道局部损失系数为。主管道和支管道总长度分别为，夹角为θ，主支管道具体尺寸如图2。计算分流后主管道流速，支管道流速。首先计算出主管道和支管道的相对粗糙度分别为：，再从莫迪图上根据流动的对应区域，查出主管道和支管道沿程阻力系数为：分流前的总流量：。根据分流原理主支管道水头损失相等：。支管道入口处局部损失系数为：。然后假设主管道流量：，设置试算误差：雷诺系数：。经过多次试算和雷诺系数及沿程阻尼系数校验计算，可得到、的值，进而计算出分流后主管道流速，支管道流速。为了满足发电装置在海底有良好的密封性，本专利技术在电机结构上做了改进。把永磁铁安装在旋转叶片的外圆周上作为发电机转子，主设备腔体外壁上附有铜丝线圈作为发电机定子。主腔体选用磁导率接近空气的奥氏体不锈钢，对磁力线无屏蔽作用，管道中流体（如：石油、天然气）对磁力线亦无屏蔽作用。磁力线可穿过流体及腔体壁，在腔体壁外侧线圈内形成磁通。当永磁铁随叶片转动时，线圈内磁通随时间变化产生交流电。（2）以下是对发电装置功率的计算：经ANSYS仿真计算得叶片端部线速度，叶片半径为r，转速（rad/min）。叶片上永磁铁个数为n，永磁铁矫顽力为Hc，磁极面积为S。流体、腔体材料、空气导磁率依次为：，每种物质的径向长度为：，每个线圈匝数为N，电阻为R。首先计算三种介质的径向磁阻为：。磁通量最大值为：。叶片转速为：。线圈磁通为：。每个线圈两端电压为：。发电总功率为：。本专利技术专利的特征在于：发电装置整体安装于支管道中，用法兰盘连接，连接处装有高压机械密封环密封。主管道与支管道联通处安装弧装耐腐蚀过滤网，过滤网恰好充实整个通口。而且过滤网的弧形与主管道内壁的弧面联合，不会影响主管道内壁的形态。过滤网滤除的杂质可以直接随主管道流体流走，不进入支管道的发电装置，避免发电装置受到杂质冲蚀。主腔体中有两个对称支架，支架的对外一侧配置整流罩，两侧对称安装。安装整流罩起到引流和集中能量的作用。两侧支架打孔安放耐腐蚀的滑动轴承，旋转轴安装在轴承上。旋转叶片为螺线型，端部为圆环柱体，外端面配置有弧状永磁体。永磁体与腔体内壁有一定间隙。装置主腔体材料为高强度奥氏体不锈钢，其外壁表面有线圈槽，槽内安放铜线圈。外壁线圈槽两侧配置环形浅槽。线圈密封罩，包裹铜线圈，中间开槽走线。线圈密封罩和主腔体通过密封圈固定并密封内部线圈。线圈密封罩一侧有出线孔，并配置三相交流逆变器及蓄电池。附图说明图1 管道与本专利技术装置主体结构及管道示意图。图2 主管道和分支管道几何尺寸示意图。图3 本专利技术装置的右视图。图4 是沿图3中A-A线的剖视图。图5 本专利技术装置的主视图。图6是沿图5中B-B线的剖视图。具体实施方式本专利技术是一种海底管道自发电装置，具体实施步骤如下：请参阅图1，图1为本专利技术海底管道自发电装置（16）在主管道（1）及分支管（2）中的位置。优点在于不影响管道流体正常流通及清理，完全利用分支管道（2）分流得到的流体进行发电。图3和图4中为该专利技术装置的总体结构与内部连接示意图。图4中，发电装置通过法兰盘（19）与分支管道（2）相连，并通过机械密封环（10）密封。主腔体（4）材料为高强度、耐腐蚀性强的奥氏体不锈钢，其耐压强度高于主管道（1）的耐压强度。如图1流体首先从过滤网（11）中流过，使其中体积较大的杂质无法进入自发电装置（16）。过滤网安装于分支管道（2）入口和出口，其形状能直接与主管道的内圆弧面贴合，不影响主管道内圆柱面的几何形状。过滤网上的杂质会随主管道（1）流体流走，不会堵塞支管道。支管道（2）中流体接着流过安装于支架上的整流罩（5），其作用在于引流和集中能量，让流体能够充分推动旋转叶片（6）。固定支架与主腔体（4）连成一体，活动支架（23）在另一侧由活动支架固定圈（24）顶紧。支架上装有有滑动轴承（8），并且通过滑动轴承（8）支承旋转轴（7）。旋转轴中间开键槽，螺旋叶片通过平键（25）与旋转轴（7）的轴肩固定顶紧。6块永磁体（9）均匀安装于螺旋叶片（6）的环装柱体外端面，其与主腔体（4）内壁留有间隙。主腔体（4）外侧中部留有线圈槽，放置铜线圈（17）。铜线圈外侧配置有线圈密封罩（3），起密封线圈的作用，同时密封罩通过两端机械密封环（10）密封固定。密封罩（3）中间开有走线槽（15）方便铜线圈（17）走线。主腔体（4）的材本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种海底管道自发电装置，它是利用海底管道中输送流体（液体或气体）推动螺旋叶片（6），从而驱动发电机发电的装置，其特征在于：在输送管道的主管道（1）上开设支管道（2），发电装置主腔体（4）安装在支管道（2）上，主管道（1）与支管道（2）连通处装有过滤网（11），发电装置的永磁体（9）固定在螺旋叶片（6）的支架外侧，发电装置的励磁线圈安装在主腔体的外围，并通过线圈密封罩（3）密封。
【技术特征摘要】
1.一种海底管道自发电装置，它是利用海底管道中输送流体（液体或气体）推动螺旋叶片（6），从而驱动发电机发电的装置，其特征在于：在输送管道的主管道（1）上开设支管道（2），发电装置主腔体（4）安装在支管道（2）上，主管道（1）与支管道（2）连通处装有过滤网（11），发电装置的永磁体（9）固定在螺旋叶片（6）的支架外侧，发电装置的励磁线圈安装在主腔体的外围，并通过线圈密封罩（3）密封。
2.根据权利要求1所述的海底管道自发电装置，其特征在于：为了提高流体对螺旋叶片（6）的冲...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宇庭，徐涛，甘芳吉，万正军，廖俊必，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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