[发明专利]基于海洋立管振动机械能的接触式摩擦发电装置

说明书

本发明提供基于海洋立管振动机械能的接触式摩擦发电装置，该装置包覆在海洋立管的表面上，包括多个接触式摩擦发电单元，能够随海洋立管振动，吸收海洋立管振动形变的机械能并转化为电能。本发明的发电装置能产生电能供给海洋立管附属设施用电，尤其是海底管道监测设备等更换电池成本高的设备，能够使用该装置进行供电，降低运营成本，或者在电量富余的时候及时进行储存。本发明包含柔性保护膜结构层，能够在一定程度上起到保护海洋立管设施的作用。在保护海洋立管的同时，能够开发利用绿色清洁能源，为附属设施进行供电。

技术领域

本发明涉及一种基于摩擦发电原理的俘能技术，尤其涉及一种基于海洋立管振动机械能的接触式摩擦发电装置。

背景技术

海洋管道作为我国海洋油气资源的主要运输方式之一，具有非常广泛的应用。海底管道服役环境极端，容易出现各种故障，因此，利用监测工具对海底管道进行监测是保证管道正常工作必不可少的重要举措。目前已有的管道监测设备的供能方式主要是化学电池。而在海底等极端环境下更换电池的成本很高，如果能开发出一种能俘能设备为监测设备供电，将会大大降低海底管道监测的成本。同时，海洋中海水无时无刻不在运动，蕴含有十分丰富的能量。海底管道也因此不断发生着振动和形变，如果我们对这部分能量加以运用，就能够为海洋管道的监测系统进行供电，实现海底管道监测的自供能。此外还能供电给其他海洋管道的附属设备，在一定程度上缓解能源紧缺的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于海洋立管振动机械能的接触式摩擦发电装置，利用海洋立管振动变形的机械能产生电能。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：基于海洋立管振动机械能的接触式摩擦发电装置，该装置套设在海洋立管的表面上，包括绝缘内层和保护外层，以及位于两层膜之间的多个接触式摩擦发电单元；接触式摩擦发电单元包括固定在绝缘内层上的下基板、通过弹簧与下基板相连的上基板、以及设置在下基板和上基板上的介电材料，且下基板上的介电材料和上基板上的介电材料位置相对，极性相反。在介电材料和基板之间还有一层金属电极，上下基板上的金属电极分别构成发电装置的正负极；下基板随着海洋立管振动，使得两个介电材料表面接触并产生摩擦，弹簧的回复力会导致两极材料分开，产生感应电势差。

进一步地，接触式摩擦发电单元呈带状或者矩阵排列。

进一步地，多个接触式摩擦发电单元通过压制在绝缘内层表面的电路实现并联。

进一步地，还包括电源控制模块，金属电极与电源控制模块相连，用于实现对外接设备的供电或者进行电能储存。

进一步地，电源控制模块压制在绝缘内层表面，包括稳压整流器、储能设备、变压装置以及用于连接用电设备的电路输出端口。

进一步地，该装置套设在距离海洋立管底端0.6倍管长处。

本发明的有益效果是：本发明通过将内设有接触式摩擦发电单元阵列的薄膜装置包覆在海洋立管表面，将环境动荷载引起的海洋立管振动变形的机械能转化为电能，通过薄膜装置自带的电源控制系统，将产生的电能供给海洋立管附属设施如管道监测设备等使用，替代海底管道监测设备的供电电池，降低监测设施运营成本，或者在电能富余的时候及时进行储存，保证系统的持续供电。本装置具有绿色环保、易加工、能量转换效率高的优点。

附图说明

图1是接触式摩擦发电装置的结构图。

图2是接触式摩擦发电装置的等距分布图。

图3是接触式摩擦发电装置的整体集成图。

图4是接触式摩擦发电装置用于海洋立管的安装示意图。

图5是接触式摩擦发电装置用于海洋立管的安装示意图。

图6是接触式摩擦发电装置用于海洋立管的安装示意图。