磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置，包括连接在管道上的屈曲双稳态发电机构和磁耦合动力转换机构，和置于管道内的叶片组件，所述磁耦合动力转换机构包括与屈曲双稳态发电机构磁耦合的上转轴机构，以及与叶片组件连接的下转轴机构，所述上转轴机构与下转轴机构磁性连接，所述叶片组件随管道内流体的流动而旋转。同现有技术相比，本发明专利技术通过磁力耦合的方式将压力管道流驱动转换为相对可控的磁力激励，再使屈曲梁磁力耦合，屈曲梁受到排斥、吸引自保持两种稳态来调节摩擦发电副的分离、接触及接触程度，从而实现高能量密度的摩擦发电并减少摩擦阻力和摩擦发电副磨损。

【技术实现步骤摘要】
磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置
本专利技术涉及的是一种自供能技术应用领域的装置，具体是磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置。
技术介绍
水，石油和天然气是重要的通过管道运输的资源，传输管道是将这些资源进行分配的常用传输器，保护管道基础设施是每个国家经济增长和进步的头等大事。为了避免自然资源或管道基础设施的任何形式的停工或浪费，并降低运营成本，对管道实行状态监测显得非常必要。管道监测依赖于广泛分布的传感器，而无线传感器节点的关键问题之一是供能。由于管道空间有限，电池供电的传感器在水下，地下或难以到达的区域尤其不切实际。同时电池供能面临着寿命短、不易维护、环境污染等问题；有线输送成本高、实施难、占用空间影响环境。因此，在环境能源稀缺的管道中发展环保、便捷、可持续的供能技术具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置，能够显著改善装置在复杂激励和恶劣环境的可靠性，避免目前管道能量采集系统输出功率低、可靠性低等缺点。磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置，包括连接在管道上的屈曲双稳态发电机构和磁耦合动力转换机构，和置于管道内的叶片组件；其中，所述屈曲双稳态发电机构包括若干连接在管道上的屈曲梁支架和安装在屈曲梁支架上的屈曲梁，所述屈曲梁的两端分别与屈曲梁支架的顶部和底部连接；所述磁耦合动力转换机构包括与屈曲双稳态发电机构磁耦合的上转轴机构，以及与叶片组件连接的下转轴机构，所述上转轴机构与下转轴机构磁性连接，所述叶片组件随管道内流体的流动而旋转，以顺次带动下转轴机构和上转轴机构转动，从而维持屈曲双稳态发电机构自摩擦发电。优选地，所述管道部分平面铣平(即通过铣床铣出平面后安装盖板组件)，高度可以为管径的三分之一，所述管道两端通过法兰盘、螺栓与其它完整管道相连。优选地，所述磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置还包括一安装于自供能压力管道上的盖板组件，所述盖板组件连接于管道上，并封闭管道被铣的平面，所述盖板组件上从中心至外缘依次安装有磁耦合动力转换机构和屈曲双稳态发电机构。优选地，为配合屈曲梁的双稳态，所述屈曲梁支架向屈曲梁方向的面向内凹，内凹弧度与屈曲梁稳态下弧度相应。优选地，为使屈曲梁工作状态稳定，所述各屈曲梁支架的顶面固定于一端盖上。优选地，所述屈曲梁支架沿周向均匀布置有至少两个，所述屈曲梁上的永磁铁同极或异极。优选地，所述屈曲梁支架底部螺接于盖板组件上。优选地，所述屈曲梁外侧中央位置处竖直设有永磁体块。优选地，所述屈曲梁支架内侧设有阳电极。优选地，所述屈曲梁内侧安装有得电子驻极体。优选地，所述上转轴机构包括与端盖连接的上转轴，以及固定在端盖上的上轴承套，所述上转轴与上轴承套轴接。更优选地，上转轴与端盖通过安装于端盖上的轴承连接。优选地，所述上转轴底部安装有一升频永磁铁安装环。优选地，所述下转轴机构包括螺接于盖板组件的下轴承套和在下轴承套内转动的下转轴，所述下转轴竖立于盖板组件中心，所述下转轴与下轴承套间通过轴承连接，所述下转轴的底部连接叶片组件。优选地，所述上转轴和下转轴分别在上轴承套和下轴承套内转动。更优选地，所述下转轴机构还包括一密封罩，所述密封罩围设于下转轴和下轴承套外。更优选地，所述密封罩为上端封闭、下端敞口，内部设有空腔的套筒。更优选地，所述密封罩上方粘有调磁极环。优选地，所述下转轴顶部安装有一永磁铁安装环。更优选地，所述永磁铁安装环位于密封罩内。更优选地，所述升频永磁铁安装环与永磁铁安装环之间磁性连接。更优选地，所述永磁铁安装环上磁极对数大于升频永磁铁安装环上磁极对数。优选地，所述叶片组件包括分别与盖板组件连接的疏水叶片和阻流板，所述阻流板垂直安装于盖板组件，所述阻流板竖立方向与疏水叶片轴向平行。更优选地，所述疏水叶片通过卡环固定在下转轴上。优选地，所述密封罩上方粘有调磁极环，利用调磁极环，进行磁场调制，实现磁力耦合而达到升频效果。作为一种优选方案，所述盖板组件包括一上盖板，所述上盖板中部有一通孔，所述下转轴穿过该通孔，所述下轴承套和密封罩在通孔旁由内至外螺接于上盖板上，所述上盖板封闭管道被铣的平面。作为另一种优选方案，所述盖板组件包括依次连接的上盖板、橡胶垫和下盖板。更优选地，所述下盖板中部有孔，所述该孔小于上盖板，大于上盖板的通孔。更优选地，所述下盖板固定于管道平面上。当磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置工作时，通过屈曲双稳态发电机构和磁耦合动力转换机构之间的相互配合，以达到稳定的发电状态；即在下转轴机构随流体转动时，通过磁性连接的升频永磁铁安装环与永磁铁安装环之间进行磁耦合，可带动上转轴机构旋转，在上转轴机构旋转的过程中，通过磁力耦合的方式将压力管道流驱动转换为相对可控的磁力激励，再使屈曲梁磁力耦合，屈曲梁受到排斥、吸引自保持两种稳态来调节摩擦发电副的分离、接触及接触程度，从而实现高能量密度的摩擦发电并减少摩擦阻力和摩擦发电副磨损，利用安装在屈曲梁支架和屈曲梁上的阳电极和得电子驻极体的极性不同而产生电信号。本专利技术还设计有磁力升频机构，利用调磁极环，将永磁铁安装环上的磁极对数量通过磁场调制成升频永磁铁安装环上的磁极对数量，实现磁力耦合而达到升频，本专利技术还设计有单向旋转机构，在压力管道流受到复杂激励时，仍可以有效地提高机电转换效率，保证自供能压力管道状态监测装置。此外，压力管道流速与转速线性相关，结合摩擦发电输出电压信号的变化，可以实时监测管道内的流速变化情况，同时通过多点位置监测流速的变化，能及时准确判断出管道的泄漏等情况，值得推广应用。同现有技术相比，针对压力管道流能量采集技术环境适应性差、能量密度低、可靠性低等问题，本专利技术结构新颖、简单，设计合理，既具有较好的发电性能，又显著改善装置在复杂激励和恶劣环境的可靠性，提高了输出功率和延长了使用寿命。附图说明图1为本专利技术提供的磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置的整体结构示意图；图2为本专利技术提供的磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置的整体结构左视图；图3为本专利技术提供的磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置的叶片组件示意图；图4为本专利技术提供的磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置的内部结构示意图；图5为本专利技术提供的磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置的永磁铁安装环中永磁铁布置示意图；图6为本专利技术提供的磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置的调磁极环示意图；图7为本专利技术提供的磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置的升频永磁铁安装环中底部永磁铁布置示意图；图8为本专利技术提供的磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置，其特征在于，包括连接在管道上的屈曲双稳态发电机构和磁耦合动力转换机构，和置于管道内的叶片组件；其中，所述屈曲双稳态发电机构包括若干连接在管道上的屈曲梁支架和安装在屈曲梁支架上的屈曲梁，所述屈曲梁的两端分别与屈曲梁支架的顶部和底部连接；所述磁耦合动力转换机构包括与屈曲双稳态发电机构磁耦合的上转轴机构，以及与叶片组件连接的下转轴机构，所述上转轴机构与下转轴机构磁性连接，所述叶片组件随管道内流体的流动而旋转，以顺次带动下转轴机构和上转轴机构转动，从而维持屈曲双稳态发电机构自摩擦发电。/n

【技术特征摘要】
1.磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置，其特征在于，包括连接在管道上的屈曲双稳态发电机构和磁耦合动力转换机构，和置于管道内的叶片组件；其中，所述屈曲双稳态发电机构包括若干连接在管道上的屈曲梁支架和安装在屈曲梁支架上的屈曲梁，所述屈曲梁的两端分别与屈曲梁支架的顶部和底部连接；所述磁耦合动力转换机构包括与屈曲双稳态发电机构磁耦合的上转轴机构，以及与叶片组件连接的下转轴机构，所述上转轴机构与下转轴机构磁性连接，所述叶片组件随管道内流体的流动而旋转，以顺次带动下转轴机构和上转轴机构转动，从而维持屈曲双稳态发电机构自摩擦发电。


2.根据权利要求1所述的磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置，其特征在于，所述管道部分平面铣平，所述管道两端通过法兰盘、螺栓与其它完整管道相连。


3.根据权利要求2所述的磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置，其特征在于，所述磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置还包括一安装于自供能压力管道上的盖板组件，所述盖板组件连接于管道上，并封闭管道平面产生的空腔，所述盖板组件上从中心至外缘依次安装有磁耦合动力转换机构和屈曲双稳态发电机构。


4.根据权利要求1所述的磁耦合屈曲双稳态摩擦发电及自供能压力管道状态监测装置，其特征在于，所述上转轴机构包括固定在端盖上的上轴承套，与端盖连接的上转轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：白泉，郑学军，魏克湘，廖新文，李思宇，邹鸿翔，
申请(专利权)人：湘潭大学，湖南郎灵科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43