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基于旋转激励的钻柱激振减阻工具的研制

石油机械 2015年第5期43卷 9-12页

作者：张会增管志川刘永旺窦玉玲中国石油大学(华东)石油工程学院中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院

为解决大位移钻井过程中钻柱与井壁间摩阻和扭矩大的问题,研制了JZJZ-1型钻柱激振减阻工具。该工具以螺杆马达为动力来源,利用螺杆马达带动激振机构旋转产生激振力,周期性减小钻柱作用于井壁上的正压力,达到减小钻柱与井壁摩阻的目的。... 详细信息

为解决大位移钻井过程中钻柱与井壁间摩阻和扭矩大的问题,研制了JZJZ-1型钻柱激振减阻工具。该工具以螺杆马达为动力来源,利用螺杆马达带动激振机构旋转产生激振力,周期性减小钻柱作用于井壁上的正压力,达到减小钻柱与井壁摩阻的目的。试验结果表明,测试过程中激振减阻工具振动强烈,在排量15 L/s时,工具激振频率为10.4 Hz,激振力达到1 300 N,工具压耗在可以接受的范围内,设计的激振减阻工具满足要求,为大位移井提速提供了技术支撑。

关键词：大位移井摩阻旋转激励减阻工具激振力

基于旋转运动的磁力耦合压电能量俘获的机理研究

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基于旋转运动的磁力耦合压电能量俘获的机理研究

作者：王哲长春工业大学

学位级别：硕士

近年来,无线传感器设备已广泛用于市政,军事,医疗和工业生产中,如何为传感器供电的研究得到人们广泛的关注。目前,无线传感设备使用电池供电,但电池存在使用寿命短,更换费用高以及难以微型化等问题。机械振动能作为一种潜在的替代能源,... 详细信息

近年来,无线传感器设备已广泛用于市政,军事,医疗和工业生产中,如何为传感器供电的研究得到人们广泛的关注。目前,无线传感设备使用电池供电,但电池存在使用寿命短,更换费用高以及难以微型化等问题。机械振动能作为一种潜在的替代能源,广泛地存在于人们的日常生活中。将环境中振动能量转化为电能为传感器供电是最具潜力的技术。本文针对旋转运动中压电能量俘获的关键技术进行了研究,设计了压电能量俘获装置,实现了旋转运动系统中机械能到电能的转换,提高其能量转换效率。具体研究内容如下:归纳总结了压电能量俘获装置的分类、特点及国内外发展历史与现状,分析了压电能量俘获装置存在的不足,获取了基于旋转运动的磁力耦合压电能量俘获装置的设计思路。介绍了压电效应与压电方程的基础理论知识;介绍了压电陶瓷晶片、压电聚合物薄膜和压电复合材料三种压电材料的特性及其制造工艺;介绍了压电元件的基本结构,机械夹持方式和振动模式;为压电元件的选取提供了指导。设计了基于旋转运动的磁力耦合压电能量俘获装置;分析了压电能量俘获装置的工作原理、压电梁受力情况和压电能量俘获系统的理论;为设计基于旋转运动的磁力耦合压电能量俘获装置提供了理论指导。仿真分析了两磁铁间距对压电能量俘获系统中磁力影响的规律,分析了外力对压电振子变形性能的影响规律。为基于旋转运动的磁力耦合压电能量俘获装置样机的设计制作提供了指导。制作了压电能量俘获装置试验样机,搭建实验平台并进行实验测试,实验分析了压电能量俘获装置结构参数对输出电压的影响规律,测试了压电能量俘获装置的负载功率特性,获得负载电阻对压电能量俘获装置输出性能的影响关系。验证了所设计的基于旋转运动的磁力耦合压电能量俘获装置性能的优越性。

关键词：压电效应能量收集旋转激励磁力耦合旋转运动

面向旋转环境的压电-电磁复合式能量俘获器的机理与实验研究

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面向旋转环境的压电-电磁复合式能量俘获器的机理与实验研究

作者：周建文长春工业大学

学位级别：硕士

随着工业化进程的加快,能源需求的日益剧增,而能源供应主要来自于化石燃料,同时也带来了严重的空气污染问题。可再生能源的开发就显得尤为重要,如机械能,太阳能,风能等。除此以外,可便携设备以及无线传感网络在近几年也发展得十分迅速... 详细信息

随着工业化进程的加快,能源需求的日益剧增,而能源供应主要来自于化石燃料,同时也带来了严重的空气污染问题。可再生能源的开发就显得尤为重要,如机械能,太阳能,风能等。除此以外,可便携设备以及无线传感网络在近几年也发展得十分迅速。目前,多数的传感器和可便携设备仍然是以干电池的方式供电。干电池供电则会带来环境污染和自身放电的问题。所以很多研究学者都致力于开发能够代替干电池的可再生能源技术,如压电发电技术、电磁感应技术、摩擦电技术等。利用可再生能源技术将环境中的清洁能源进行俘获并且转换为电能是近些年来研究的热点。本文利用压电-电磁复合的方式对环境中的旋转能量进行了有效的收集,通过两种俘获机制复合的方式,很大程度上解决了单一俘获机制输出功率受限的问题,可以更好地为传感器等低功耗的电子设备供电。本文首先归纳总结了压电、电磁以及压电-电磁复合的国内外研究现状,了解目前方向的研究动态,为面向旋转环境的压电-电磁复合式能量俘获器的结构设计提供了思路。针对面向旋转环境进行俘获的思路,设计了两种面向旋转环境的压电-电磁能量俘获器,分别提出了凸轮增频式混合压电-电磁俘获器和磁耦合吸-斥结构的混合压电-电磁俘获器。根据各个结构之间的配合以及运动方式,确定了各个部件之间的尺寸参数。通过理论和仿真分析对其进行了初步验证,为后续的试验开展打下了基础。根据设计的两种面向旋转环境的压电-电磁能量俘获器,搭建了实验平台,对不同的参数变量下产生的输出电压以及功率进行了研究,并分别对凸轮增频式混合压电-电磁俘获器以及磁耦合吸-斥结构的混合压电-电磁俘获器进行了应用性能演示。对凸轮增频式混合压电电磁俘获器而言,当凸轮的凸起数为3以及安装在压电悬臂梁末端的磁铁长度为10 mm,转速为500 r/min时,压电和电磁发电单元产生的电压分别为53.74 V和3.16 V。在外部阻抗为10 kΩ时,混合压电-电磁发电单元的情况下可以产生1.49 m W的输出功率,可以成功地为科学计算机以及发光二极管供电;对磁耦合吸-斥结构的混合压电-电磁俘获器而言,当压电悬臂梁自由端的磁铁质量为3.2g以及压电悬臂梁的安装角度为60°时,转速为300 r/min时,压电和电磁发电单元产生的电压分别为42.87 V和2.94 V。最大的输出功率为13.32 m W,可以成功的为发光二极管等低功耗电子设备供电,为旋转能量收集提供了实际的应用价值和有意义的解决方案。

关键词：压电-电磁复合旋转运动磁力耦合能量俘获旋转激励

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用于RWMS的旋磁式压电悬臂梁发电机

振动．测试与诊断 2015年第3期35卷 481-485,591页

作者：阚君武李胜杰王淑云李洋严梦加曾平浙江师范大学精密机械研究所金华321004

为了满足列车轮对监测系统（railway wheelset monitoring system,简称RWMS）自供电需求,提出一种通过旋转磁铁非接触轴向激励悬臂梁压电振子构成的压电发电机（即旋磁式压电悬臂梁发电机）,介绍了其结构原理,研究了磁力（磁铁数量与配... 详细信息

为了满足列车轮对监测系统（railway wheelset monitoring system,简称RWMS）自供电需求,提出一种通过旋转磁铁非接触轴向激励悬臂梁压电振子构成的压电发电机（即旋磁式压电悬臂梁发电机）,介绍了其结构原理,研究了磁力（磁铁数量与配置方式）及其转速对发电机性能的影响。结果表明,在0~1 360r/min转速范围内存在多阶最佳转速,使发电机输出电压出现峰值。当压电悬臂梁端磁铁数固定,增加旋转磁铁数量时,各阶最佳转速值不变,但其所对应的电压增加。当转速为1 042.5r/min时,转盘同一位置安装2,4,8,12个磁铁所对应的最大电压分别为13.2,16.6,23.8,27.8V。当旋转磁铁数量固定、压电悬臂梁端部磁铁数量增加时,各阶最佳转速值降低,而其所对应的峰值电压增加。当转盘上安装2个磁铁,悬臂梁端安装1,3,5,7个磁铁时,第9阶最佳转速及电压分别为1 056.4,861.8,750.6,611.6r/min和13.2,34.4,48,64V。此外,其他参数确定时,1次激励所生成的电能（电压及其波形数量）还与转速有关,低转速（264.1r/min）时仅生成1个电压波形,而高转速（1 024.5r/min）时生成4个电压波形。

关键词：压电发电旋转激励磁力耦合

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旋磁激励式圆形压电振子发电机

振动与冲击 2015年第2期34卷 114-118页

作者：阚君武于丽王淑云杨振宇李洋金贤芳浙江师范大学精密机械研究所浙江金华321004

为满足旋转机构监测系统自供电需求，设计旋磁激励式圆形压电振子发电机，并着重研究磁铁尺寸、磁铁间距、压电振子厚度等对压电振子一次受激产生的最大输出电压及总能量的影响规律。结果表明，其它条件确定时，增加磁铁尺度或减小磁铁... 详细信息

为满足旋转机构监测系统自供电需求，设计旋磁激励式圆形压电振子发电机，并着重研究磁铁尺寸、磁铁间距、压电振子厚度等对压电振子一次受激产生的最大输出电压及总能量的影响规律。结果表明，其它条件确定时，增加磁铁尺度或减小磁铁间距均可有效提高发电机输出电压及有效速带宽度。试验获得输出电压大于12 V 的转速范围为100~2850 r／min。压电振子厚度对输出电压及总发电量均有较大影响，低转速时采用薄压电振子、高转速时采用厚压电振子有助于提高发、供电能力。0．2mm、0．4mm、0．6mm 厚压电振子最佳转速分别为707．5 r／min、1301．8 r／min、2490．4 r／min，0．2mm 厚压电振子一次受激产生的电能／功率分别为0．4mm、0．6mm 压电振子的3．1／1．7倍、6．4／2．0倍。以输出5 V 供电电压为例，912 r／min 时0．4mm 厚压电振子输出电能为0．6mm 厚压电振子的5倍，1710 r／min 时0．6mm 厚压电振子的输出电能为0．4mm 压电振子的1．7倍。

关键词：压电发电旋转激励磁力耦合

弯曲套筒式介电弹性体俘能装置及其旋转能量俘获研究

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弯曲套筒式介电弹性体俘能装置及其旋转能量俘获研究

基于传感器对风力机塔架轴向及横向振动特征分析

第十八届全国非线性振动暨第十五届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议（NVND2021）

作者：赖志慧章建伟王帅博徐俊琛深圳大学机电与控制工程学院浙江大学海洋学院

本文提出一种可用于实现旋转能量俘获的弯曲套筒式介电弹性体俘能装置(curved-cylinder typt dielectric elastomer generator, CC-DEG)。该装置由一个中空弯曲套筒,一个刚性小球,四个相同的圆柱框架和两个预拉伸介电弹性体薄膜组成,通... 详细信息

本文提出一种可用于实现旋转能量俘获的弯曲套筒式介电弹性体俘能装置(curved-cylinder typt dielectric elastomer generator, CC-DEG)。该装置由一个中空弯曲套筒,一个刚性小球,四个相同的圆柱框架和两个预拉伸介电弹性体薄膜组成,通过薄膜与小球之间的碰撞可将旋转能量转换为电能。分析了CC-DEG装置在简谐旋转激励下的振动能量俘获过程,为该装置在扭转振动和钟摆运动等复杂旋转环境中的应用奠定基础。首先,对旋转激励下装置的动力学行为和能量俘获过程进行了理论分析;其次,通过测量单边碰撞模型在不同碰撞速度下的输出电压,验证了单次碰撞的能量转换过程;进一步,通过数值仿真充分研究了不同旋转激励条件下系统的动力学和电学输出相应,详细讨论了旋转激励频率、幅值和系统尺寸等重要参数对系统能量俘获性能的影响。研究结果表明,所提出的CC-DEG装置在旋转激励下具有丰富的非线性动力学行为,通过合理调节旋转激励的频率、幅值和系统尺寸参数能够有效提升系统的能量俘获性能。研究成果为定尺寸CC-DEG装置的能量俘获性能研究及给定旋转激励下系统的尺寸参数优化研究提供可行思路。

关键词：介电弹性体俘能装置旋转激励碰撞动力学和电学行为能量采集性能

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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仪表技术与传感器 2018年第8期 76-80页

作者：陈涛高志鹰蒋祥增侯熠汪建文内蒙古工业大学能源与动力工程学院内蒙古呼和浩特010051 风能太阳能利用技术教育部重点实验室内蒙古呼和浩特010051

采用振动测试分析系统对小型水平轴风力机塔架不同高度测点位置的轴向及横向振动信号进行测试与分析。实验结果表明,塔架非共振(以塔架一阶弯振频率作为共振的对照频率)时,塔架横向振动幅度大于轴向振动;风轮旋转基频与塔架一阶弯振固... 详细信息

采用振动测试分析系统对小型水平轴风力机塔架不同高度测点位置的轴向及横向振动信号进行测试与分析。实验结果表明,塔架非共振(以塔架一阶弯振频率作为共振的对照频率)时,塔架横向振动幅度大于轴向振动;风轮旋转基频与塔架一阶弯振固有频率接近时,塔架发生共振,塔架轴向振动幅度大于横向振动。工程应用中利用该规律,可以对小型水平轴风力机进行监控预警避免塔架共振,也可在设计阶段加强塔架横向结构,增加塔架寿命。

关键词：水平轴风力机风轮塔架结构振动应变旋转激励

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旋磁激励式圆形压电振子发电机的设计与试验

旋磁激励式圆形压电振子发电机的设计与试验

作者：杨振宇浙江师范大学

学位级别：硕士

随着对压电研究的不断深入,特定环境下的应用研究已成为国内外的研究热点。为满足旋转机械系统的自供电传感检测,提出一种旋磁激励式圆形压电振子发电机,介绍了其结构原理,并从理论和试验进行了研究,得到了影响其发电性能的关键因素,并... 详细信息

随着对压电研究的不断深入,特定环境下的应用研究已成为国内外的研究热点。为满足旋转机械系统的自供电传感检测,提出一种旋磁激励式圆形压电振子发电机,介绍了其结构原理,并从理论和试验进行了研究,得到了影响其发电性能的关键因素,并对其输出特性进行了研究,具体内容如下：1.针对现有旋转式压电发电机的不足,提出一种利用旋转磁铁激励的高强度、宽频带、高发电能力的圆形压电发电机,圆形压电振子是旋转式压电发电机的能量转换部件,其结构、参数、边界条件、动态特性及振动形态对发电能力、频带宽度、输出功率等均有较大影响,建立了圆形压电振子能量转换的理论模型,对固支边界条件下圆形压电振子在集中载荷作用下的发电性能进行建模仿真分析,具体研究了压电振子厚度比、半径比和材料杨氏模量比等对其发电能力的影响规律,为压电振子的选择提供理论依据。2.旋磁激励式圆形压电发电机的激振力来源于永磁铁间的磁力,对永磁铁间磁力进行简化计算,通过COMSOL Multiphysics仿真及不同间隙比下磁力测试,并对其结果进行合理简化,得出了旋磁激励圆形压电振子发电机的磁力简化公式,结合圆形压电振子响应规律与输出电压特性得到影响压电发电机输出电压的主要因素,磁铁间距主要通过改变磁铁间激振力来改变输出特性,转盘转速主要通过改变压电陶瓷响应来影响其输出特性,为发电机的设计制作提供了依据。3.建立了旋磁激励式圆形压电振子发电机模型,介绍了其工作原理,根据以上分析及仿真结果,选择适合的压电振子,搭建了试验平台。测试了磁铁间距及压电振子厚度等对压电振子一次受激所产生的最大输出电压及总能量的影响规律,结果表明,在其它条件确定时,增加磁铁尺度或减小磁铁间距均可有效提高发电机输出电压及频带宽度,此外,压电振子厚度对其输出电压及总发电量均有较大影响,低转速时采用薄压电振子、高转速时采用厚压电振子有助于提高发电与供电能力。测试了旋转磁铁数量(间隙)对激振力及压电振子发电特性的影响规律,结果表明,其它条件确定的情况下,存在使激振力最大的最佳旋转磁铁间隙比,此外,压电振子一次激励所生成电能(波形数量及幅值)还与旋转磁铁数量及转速有关,并通过输出电压的波形对发电机的整体性能进行了比较。4.每一个压电振子都对应一个较好转速,使其发电量及输出功率最大,且随压电振子厚度降低最佳转速降低、而电能及功率增加,选择输出电压较好的磁铁配置,在不同转速下对电容充电,经过一段时间后,电容两端电压均达到稳定,不同的是随着转速增大,充电速率加大且稳定后电容两端电压随着增大,在功率测试的试验中,同一压电振子在不同转速下的最佳负载相同,输出电压均随负载的增加而增加,尽管变化趋势不同,但最终都逐渐趋近于压电振子的开路电压。

关键词：压电能量回收旋转激励磁力耦合

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由转速判断涡轮盘行波谐振

火箭推进 2005年第3期31卷 14-22页

作者：张继桐黄道琼郭景录陕西动力机械设计研究所陕西西安710100

为找出液体火箭发动机涡轮盘疲劳裂纹故障产生的原因,对包含燃气在冲击式涡轮腔内形成的旋转激励与盘行波模态耦合谐振在内的盘的各种可能的耦合谐振进行了分析研究。在其它耦合谐振的可能性被排除后,将前者作为研究重点,并给出发生此... 详细信息

为找出液体火箭发动机涡轮盘疲劳裂纹故障产生的原因,对包含燃气在冲击式涡轮腔内形成的旋转激励与盘行波模态耦合谐振在内的盘的各种可能的耦合谐振进行了分析研究。在其它耦合谐振的可能性被排除后,将前者作为研究重点,并给出发生此种行波谐振的危险耦合转速范围计算公式。对某发动机大量热试转速数据作了分析,给出判断此类耦合谐振的判断依据。

关键词：行波模态旋转激励涡轮盘耦合转速区