用於海洋立管的俘能發電裝置的製作方法

2023-06-07 03:26:56

本實用新型涉及用於海洋立管的俘能發電裝置。

背景技術：

石油天然氣是關係國民經濟和社會發展的重要戰略資源，我國海洋可採石油儲量幾乎佔全部可採儲量的三分之一，在未來很長一段時間內都將是國家能源戰略的重中之重。海底管道是海洋油氣資源最主要也是最快捷、經濟、可靠的運輸方式。海底管道服役環境極端，隨著其服役時間不斷增加，腐蝕、焊縫等缺陷嚴重影響了管道的安全性，成為管道事故發生的主要原因，由此，利用檢測工具對海底管道進行安全檢測成為保證管道安全運行的重要手段。近年來，無線電傳感器迅速發展，日益應用廣泛，對於海底管道這類處於極端環境中的特殊結構檢測具有極大的應用優勢，但該類傳感器目前主要儲能供能方式是化學電池，不能夠隨著海底管道的長期服役過程持久供電，且體積和質量均較大，因此，開發一種新的供能方式能夠促使海底管道無線監控系統成為現實。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種用於海洋立管的俘能發電裝置，能夠利用洋流作用下海洋立管的振動變形為管道的檢測和監控系統中的傳感和數據傳輸提供電能。

本實用新型解決技術問題所採用的技術方案是：用於海洋立管的俘能發電裝置，包括柔性膜狀俘能供電結構，所述柔性膜狀俘能供電結構包覆在海洋立管表面，所述柔性膜狀俘能供電結構內封裝有多個壓電單元。

在採用上述技術方案的同時，本實用新型還可以採用或者組合採用以下進一步的技術方案：

所述多個壓電單元呈帶狀或矩陣排列，所述多個壓電單元串聯形成壓電單元電路。

所述柔性膜狀俘能供電結構包括柔性絕緣膜，所述壓電單元電路壓制在柔性絕緣膜表面，所述柔性絕緣膜表面還設有電源控制系統，所述壓電單元電路連接至電源控制系統。

所述電源控制系統包括穩壓整流器、儲能裝置、變壓裝置以及用於連接用電設備的電路輸出埠，所述電源控制系統通過電線連接至壓電單元電路。

所述柔性絕緣膜表面設有防水封裝，所述防水封裝將所述壓電單元電路和電源控制系統封裝在內，與柔性絕緣膜形成密封的柔性膜狀俘能供電結構。

所述柔性膜狀俘能供電結構的兩端設有能夠相互配合的卡口，所述卡口合上時，所述柔性膜狀俘能供電結構能夠在海洋立管表面形成柔性套筒。

本實用新型的有益效果是：本實用新型利用壓電材料的正向壓電效應，將包含壓電單元陣列的薄膜裝置包裹在海洋立管外表面，將洋流引起的管道振動機械能轉化為電能，經過該供電薄膜裝置中的電源控制集成系統的穩壓、變壓處理，對管道檢測的用電設備進行供電點或者進行電能存儲，本實用新型的發電裝置所產生的電能完全能夠為海洋管道的檢測系統、檢測數據傳輸系統提供足夠的電能，還具備電能存儲裝置，當產生電能富餘時能夠及時進行存儲，保證系統的持續供電，本實用新型從技術上直接支持海洋這樣特殊環境中管道的無線檢測，以及檢測數據的無線傳輸，是水下結構檢測技術的重要革新。

附圖說明

圖1是本實用新型用於海洋立管時的側視圖。

圖2是圖1的截面圖。

圖3是本實用新型的平面圖。

圖4是圖3的側視圖。

圖5是本實用新型的爆炸圖。

圖6是本實用新型用於海洋立管時的整體三維結構圖。

圖7是圖6的局部三維結構圖。

圖中標號：1-柔性膜狀俘能供電結構；2-高分子防水絕緣柔性薄膜；3-壓電單元；4-電線；5-電源控制模塊；6-卡口；7-防水封裝；8-海洋立管。

具體實施方式

參照附圖。

本實用新型的用於海洋立管的俘能發電裝置，包括柔性膜狀俘能供電結構1，柔性膜狀俘能供電結構1包覆在海洋立管8的表面，柔性膜狀俘能供電結構1內封裝有多個壓電單元3。

柔性膜狀俘能供電結構1包括高分子防水柔性絕緣膜2，柔性絕緣膜的長度由其將要包覆的海洋立管的外周長決定，薄膜寬度由裝置所需壓電單元陣列寬度決定。

多個壓電單元3呈帶狀或矩陣排列，並且通過電線4串聯形成壓電單元電路。壓電單元組成單元陣列，壓電單元兩兩之間間距在5-10cm範圍內取值，壓電陣列長度由海洋立管周長決定，壓電陣列寬度由用電設備所需電量決定，壓電陣列寬度越寬，則壓電單元數量越多，即所能提供的電量越大。

電線4印製在高分子防水柔性絕緣膜2的表面上，從而使得壓電單元電路壓制在高分子防水柔性絕緣膜2的表面，高分子防水柔性絕緣膜2的表面還設有電源控制系統，壓電單元電路連接至電源控制系統。

電源控制系統採用集成的電源控制模塊5，電源控制模塊5也壓制在高分子防水柔性絕緣膜2的表面，電源控制模塊5包括穩壓整流器、儲能裝置、變壓裝置以及用於連接用電設備的電路輸出埠，電源控制模塊5通過電線連接至壓電單元電路，電源控制模塊5通過電線與壓電單元陣列相連，通過電路輸出埠與外部用電設備相連並為其供電，儲能裝置則用於存儲富餘電能。

高分子防水柔性絕緣膜2的表面設有防水封裝7，所述防水封裝7包括上封裝層和下封裝層，所述高分子防水柔性絕緣膜2包括柔性薄膜和薄膜基底，所述上封裝層包覆住柔性薄膜及其上的壓電單元電路和電源控制模塊5，所述下封裝層包覆在薄膜基底外圍，防水封裝7將壓電單元電路和電源控制模塊5封裝在內，與高分子防水柔性絕緣膜2形成密封的柔性膜狀俘能供電結構1，所述電源控制模塊5位於高分子防水柔性絕緣膜2一側，柔性膜狀俘能供電結構1內的電線都匯集到電源控制模塊5所在的這一側並由此向外供電，這種設計使得柔性膜狀俘能供電結構1內複雜的電線結構能夠對抗海洋環境中的振動和其他影響。

柔性膜狀俘能供電結構1的兩端設有能夠相互配合的卡口6，當兩端的卡口6合上時，柔性膜狀俘能供電結構1能夠在海洋立管8表面形成柔性套筒。

在洋流作用下，高分子防水柔性絕緣膜2表面的壓電單元與管道結構同步振動，具有相同的變形和應變，根據壓電材料的特性，壓電單元由於變形而產生電流，由此將振動機械能轉化為電能，並經過電路傳輸至電源控制集成系統，在電源控制集成系統中，電流將通過整流器和變壓器為外部用電設施提供穩定、電壓匹配的電能，或者將富餘電能存儲在電能儲能器中，達到持續、穩定供能的使用效果。