基于压电效应的随钻式能量回收装置设计

针对钻探领域中井下仪器的连续供电问题和钻杆纵向振动能量的回收问题,设计了一种基于正压电效应的新型随钻式能量回收装置。通过现场经验及地质调查报告,设计了装置的径向尺寸参数及压电片材料。基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立压电耦合模型,通过强迫振动分析得出压电片的长度范围及最佳安装位置;通过模态分析与频率响应研究,得到压电悬臂梁固有频率在到达拐点厚度之前随压电片厚度单调递增,峰值电压随压电片厚度增加呈区域性变化等规律,压电片厚度为1.2~1.4 mm时发电性能最佳,装置峰值电压为15~40 V。该设计为压电式能量回收装置应用于钻探领域的探索提供了理论支撑和设计参考。