СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2014 года по МПК H02K7/18 F03B13/08 

Изобретение относится к автономному электроснабжению, а именно к способам использования текучей среды в трубопроводах для генерирования электрической энергии.

Данный способ предназначен для осуществления электропитания устройств автоматики трубопроводов (задвижки, датчики) систем водоснабжения, газоснабжения, нефтепроводов.

Известен способ позволяющий осуществить электропитание таких устройств, где преобразование энергии осуществляется за счет пульсаций давлений в потоке. Способ заключается в том, что пульсации давления в трубопроводе компенсируют путем преобразования энергии потока жидкости так, что преобразование энергии потока жидкости при гидравлическом ударе осуществляют частично в электрическую энергию, используя свойство пьезоэлементов продуцировать электрический заряд при их деформации, а оставшуюся часть энергии компенсируют за счет деформации последовательно соединенных упругих или вязкоупругих элементов (RU 2422715 С1, РФ, МПК F16L 55/045).

Недостатком описанного устройства является невозможность автономного работы и отсутствие автоматического регулирования расхода жидкости.

Известен способ преобразования энергии потока (RU 2424444 С1, РФ, МПК F03B 3/00, F03B 13/00):

- способ преобразования энергии гидропотока, заключающийся в том, что преобразование осуществляется путем изменения поступательного движения потока во вращательное движение жидкости и ротора гидротурбины, причем данное изменение движения осуществляется образованием двух вихрей противоположного направления вращения, где преобразование осуществляется путем изменения поступательного движения потока во вращательное движение жидкости и ротора гидротурбины в ограниченном от основного потока объеме, на первом этапе - за счет отсечения потока воды к турбине и постепенного сужения водовода с целью увеличения скорости поступательного движения, на втором этапе - за счет организации вращения воды одновременно вокруг двух осей, лежащих в перпендикулярных плоскостях, вращения вокруг оси ротора гидротурбины и вихревого процесса горообразной формы в основании ограниченного объема, на третьем этапе - за счет формирования ускоренного восходящего вращательно-поступательного потока, направленного на раскручивание ротора и выполняющего рекуперативную функцию.

- способ преобразования энергии гидропотока по п.1, где преобразование осуществляется с возможностью формирования вращения в виде множества дополнительных радиальных вихревых потоков, приводящих к эффективному перераспределению энергии гидропотока.

- вихревая гидротурбина, содержащая каркас с вертикально расположенной полой емкостью, в которой размещены валы отбора мощности с установленными друг над другом двумя лопастными турбинами, соосными оси вращения, и внутренняя стенка, выполненная в виде трубы переменного сечения с образованием сужающегося кверху канала, где вертикальная полая емкость установлена неподвижно и выполнена в виде стакана с формой дна в виде полуторовой поверхности, образующей в дне осевое сквозное отверстие, в верхней части стакана на его периферии установлен сопловый ввод с входным раструбом, параллельный направлению движения основного гидропотока, первая лопастная турбина, расположенная на одном уровне с сопловым вводом, выполнена радиальной, вторая лопастная турбина выполнена осевой.

- вихревая гидротурбина по п.3, где лопасти первой турбины оснащены вихреобразующими поверхностями, а противолежащая поверхность стакана -отражающим кольцевым поясом.

- вихревая гидротурбина по п.3 или 4, где стенка вертикального стакана выполнена с переменным сечением с образованием конфузорной, узкой цилиндрической и диффузорной частей.

Для осуществления этого способа предусмотрено несколько различных конструктивных исполнения, однако он не предусматривает накопление энергии для питания самого устройства или иных элементов трубопроводной арматуры.

За прототип взят патент РФ 2431758 С1, МПК F03B 13/00, F03B 17/06. Данный способ получения электроэнергии, включает приведение в движение магнитов относительно обмоток изолированного токопроводящего провода под действием энергии потока воды, подаваемого по водоводу, и съем напряжения с обмоток, что в пульсирующем режиме изменяют давление воды в водоводе, вызывают пульсацию стенок водовода и приводят магниты, установленные на или в стенках водовода, в радиальное возвратно-поступательное движение, воздействуя полем магнитов на обмотки.

Недостатками такого способа является то, что для получения электроэнергии необходимо вызывать пульсации давления воды в водоводе и его стенок, что отрицательно сказывается на качестве водоснабжения и вызывает повышенный износ трубопроводной системы.

Предполагается, что потребители электроэнергии делятся на две группы: с малым энергопотреблением, работающие длительно (первый тип) и с большим энергопотреблением, работающие кратковременно (второй тип). Исходя из этого, требуется система, которая позволит осуществить преобразование механической энергии потока в электрическую, которую в дальнейшем можно будет накапливать и использовать для электропитания элементов систем автоматики трубопроводов.

Задача изобретения состоит в создании способа преобразования механической энергии, получаемой от отводимой части потока текучей среды, в электрическую, которую можно использовать для питания элементов устройств автоматики и электроприводов арматуры трубопроводов.

Поставленная задача решается при помощи способа получения энергии для электропитания устройств автоматики трубопроводов, который заключается в приведении в движение постоянных магнитов относительно обмоток изолированного токопроводящего провода под действием энергии текучей среды в трубопроводе, и съем напряжения с обмоток, где магниты приводят во вращательное движение под действием части потока текучей среды направленной в турбину, где производят преобразование энергии потока в механическую энергию, вращают вал электрогенератора и превращают механическую энергию в электрическую, затем электрическую энергию преобразуют, накапливают и осуществляют электропитание.

На фиг.1 представлена структурная схема системы.

Предлагаемый способ осуществляется с помощью системы, которая состоит из турбины 1, электрогенератора 2, силовых преобразователей 3, 5 и накопителя электроэнергии 4. Для получения электроэнергии используется выделенная из основного потока часть текучей среды, сформированная в виде отдельного потока. Для этой цели турбина 1 устанавливается в отводном канале 6. Сформированный поток в отводном канале приводит во вращательное движение ротор турбины 1, в результате чего энергия потока текучей среды преобразуется в механическую энергию, которая затем преобразуется в электрическую при помощи электрогенератора 2. Последняя попадает в статический преобразователь СПЭ1 3, которые служит для реализации процесса заряда накопителя электроэнергии НЭЭ 4, далее в СПЭ2 5, где происходит преобразование этой электроэнергии к виду, удобному для использования потребителями.

Способ используется для получения энергии для электропитания устройств автоматики трубопроводов, обеспечения электропитания оборудования вне зон доступа постоянного электроснабжения. Технический результат заявленного изобретения заключается в снижении износа трубопроводной системы. Созданный способ предназначен для реализации процесса электропитания оборудования систем водоснабжения и водоотведения, газоснабжения, нефтепроводов за счет использования энергии потока текучей среды в трубопроводе. Полученная при отделении части потока с помощью отводного канала энергия накапливается в накопителе электроэнергии. После этого она с помощью статического преобразователя может быть использована для питания постоянно работающих устройств с мощностью, сопоставимой с мощностью турбины и генератора, и устройств со значительно большей мощностью, работающих кратковременно. 1 ил.

Способ получения энергии для электропитания устройств автоматики трубопроводов, заключающийся в приведении в движение постоянных магнитов относительно обмоток изолированного токопроводящего провода под действием энергии текучей среды в трубопроводе, и съем напряжения с обмоток, отличающийся тем, что магниты приводят во вращательное движение под действием части потока текучей среды, направленной в турбину, где производят преобразование энергии потока в механическую энергию, вращают вал электрогенератора и превращают механическую энергию в электрическую, затем электрическую энергию преобразуют, накапливают и осуществляют электропитание.