流固耦合式管道检测机器人自主发电系统
本文选题:发电 + 流体动力学 ; 参考:《清华大学学报(自然科学版)》2014年09期
【摘要】:为了给管道检测机器人的电气工作装置提供充足的电能,该文提出一种利用管道内天然气流体动能的管道检测机器人自主发电系统,推导出了各个环节的工作原理方程。利用管道内天然气的流体速度动力冲击机器人尾部叶轮,以及泄流前后的流体速度差,将流体动能转换为发电机的电能。通过对管道检测机器人速度控制装置的泄流状态的分析,建立了受控速度方程;在控制速度条件下,得出了叶轮机叶片的受力方程,并给出了单位时间内管道内流体扫过叶轮机的动能与泄流前后流体速度差的关系方程,并进一步导出了流体动能转化为电能的方程。针对管道内天然气流体速度随时间不规则变化的影响因素,采用了叶轮机最大功率捕获控制策略使自主发电系统的能量转换效率达到最大。对提出的管道检测机器人自主发电系统进行了流体的流固耦合仿真和电气的Matlab仿真。仿真结果表明:该流固耦合式管道检测机器人自主发电系统的工作原理可行,叶轮机额定输出功率在80W左右,而管道检测机器人的用电功率在30W左右,该自主发电系统可满足管道检测机器人系统的供电要求。
[Abstract]:In order to provide enough electric energy for the electrical working device of the pipeline detection robot, this paper presents an autonomous power generation system for the pipeline detection robot using the kinetic energy of the natural gas fluid in the pipeline, and derives the working principle equations of each link. The kinetic energy of the fluid is converted to the electric energy of the generator by using the fluid velocity of the natural gas in the pipeline to impinge on the tail impeller of the robot and the difference of the fluid velocity before and after the discharge. By analyzing the leakage state of the speed control device of the pipeline detection robot, the controlled velocity equation is established, and the force equation of the blade of the impeller is obtained under the condition of the controlled speed. The relation equation between the kinetic energy of the fluid sweeping through the impeller and the velocity difference before and after the discharge is given, and the equation of transforming the kinetic energy of the fluid into electric energy is derived. In view of the influence factors of natural gas fluid velocity in pipeline with time, the maximum power capture control strategy of impeller is adopted to maximize the energy conversion efficiency of autonomous power generation system. Fluid fluid-solid coupling simulation and electrical Matlab simulation are carried out for the autonomous generation system of pipeline detection robot. The simulation results show that the working principle of the autonomous generation system of the fluid-solid coupled pipeline detection robot is feasible, the rated output power of the impeller is about 80W, and the electric power of the pipeline detection robot is about 30W. The autonomous power generation system can meet the power supply requirements of the pipeline detection robot system.
【作者单位】: 清华大学电力系流及发电设备控制和仿真国家重点实验室;中国机械科学研究总院;
【基金】:清华大学自主研究项目(2012THZ07122) 国家科技支撑计划项目(2012BAH32F05)
【分类号】:TP242;TM619
【参考文献】
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【共引文献】
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本文编号:1908881
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