基于管道流能的内检测器自发电装置设计及其蓄能控制方法研究

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随着我国油田和天然气等能源的大量开发和使用,油气管道的运输在我国的经济发展中起到至关重要的作用。但是随着使用年限的增加和油气管道周围环境的变化,油气管道会受到不同程度的腐蚀,时间过长容易发生漏油事故,甚至造成大面积的经济损失和环境污染。管道内检测器是为了检测管壁缺陷、预测管道使用寿命而设计的重要设备。它的出现为及时了解管道状况并采取措施提供了可能。为了保证管道漏磁检测器安全可靠地工作,最重要的一点是保持供电系统的稳定性。由于该管道内检测器系统处于密闭环境下工作,外部电源无法为其提供电能,故内检测器需要自带电源系统为其提供电能。该电源系统由两部分组成:检测器自带供电电池和自发电系统。鉴于内检测器现有的发电装置可靠性差、电压不稳定等缺点,本文设计了一套新型的发电装置,包括内检测器支撑轮发电和压电振子发电。本文的主要工作内容如下:第一,根据内检测的结构设计了支撑轮和压电振子的详细结构。对支撑轮和压电振子的材料选型、尺寸和机械结构进行详细的研究,确保内检测器在管道内部正常运行的同时,支撑轮和压电振子与管壁之间紧密接触。第二,提出了采用遗传算法进行蓄能控制策略。由于多个支撑轮分布在内检测器的周围,当检测器正常运行时,每个支撑轮所受到的摩擦力不同进而导致发电电压亦不同,所以无法确定支撑轮的连接方式以达到电池组所需电压。因此本文设计了采用遗传算法进行蓄能控制策略,使优化组合后的电压达到所需电压。第三,设计了采用自抗扰控制器的DC/DC稳压系统。当检测器运行速度过快或过慢时,使蓄能控制策略无法达到最优组合电压。针对此种情况,本文设计了一种基于自抗扰控制算法的DC/DC稳压系统,并对其稳压特性进行仿真和分析。本论文在考虑了内检测器长期在管道中运行的实际工作特点后,设计出了一套内检测器自发电装置极其控制方法。它有效地保证了内检测器安全、高效、稳定的工作。
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