АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ С ТЕКУЩЕЙ СРЕДОЙ

Полезная модель относится к области электротехники, конкретно к автономным системам электропитания и управления запорно-регулирующей арматуры на магистральных трубопроводах с текущей средой.
Области применения - гидротехника, топливно-энергетический комплекс, жилищно-коммунальное хозяйство.
Отечественной и зарубежной промышленностью производятся различные электроприводы запорной арматуры для магистральных трубопроводов с текущей средой, питание которых происходит от силовой электросети. Это, например, электроприводы Пермского предприятия «Промарм», ЗАО ТК «Нефтьгазкомплект» (Москва), Московского насосного завода №1 (производятся в комплекте с задвижками), фирмы БИФФИ (Италия).
Однако многие магистральные трубопроводы проходят в труднодоступных отдаленных районах при полном отсутствии источников питания или ограничении в электроснабжении. В таких условиях при аварийных ситуациях теряется много времени на закрытие/открытие запорной арматуры вручную, что вызывает большие потери текущей среды, нанося значительный ущерб окружающей природе, строениям и населению.
Известен резервированный привод для запорно-регулирующей арматуры трубопроводов, содержащий, в частности, электродвигатель, подключенный к сети силового электропитания и резервный пневматический двигатель (Проспект фирмы БИФФИ «Техническое описание и руководство по установке многооборотных электрических сервоприводов моделей SGR/PN», Италия, 1984, с 1-17) [1].
Известна также система аварийного перекрытия нефтепродуктопроводов, содержащая электропривод с электродвигателем и пневматический двигатель (Патент РФ на полезную модель №7466) [2].
Техническими недостатками систем питания и управления запорной арматуры в обоих решениях являются питание от силовой сети, а также невысокая надежность и сложность применяемых в приводе пневматических двигателей.
Наиболее близкое к предлагаемому решение содержится в (Патент РФ №2173799, класс F15B 9/03) [3]. В [3] описана система аварийного перекрытия нефтепродуктопроводов, содержащая запорно-регулирующий орган - задвижку или шаровой кран, электродвигатель с электроприводом от силовой сети, резервный пневматический двигатель со струйным ротором (создает «масляный туман» в сжатом воздухе) и баллонами сжатого воздуха или инертного газа, автономный источник электропитания - электро аккумулятор, используемый для запуска пневмодвигателя, и блок управления. Сигнал на перекрытие/открытие трубопровода подается по радиоканалу с помощью передающей и приемной радиостанций на блок управления.
Недостатком этой сложной системы является наличие многих ненадежных узлов пневматической системы (струйный ротор, пневматический двигатель, автономный источник сжатого воздуха, включающий в себя батарею баллонов, электропневмоклапан, регулятор и датчик давления), что значительно снижает надежность системы и удорожает ее. Кроме того, необходим внешний источник энергии для зарядки аккумулятора.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание высоконадежной, недорогой системы экстренного перекрытия магистральных трубопроводов с текущей средой без использования пневмодвигателей, с помощью полностью автономной системы питания и управления электропривода запорной арматуры.
Технический результат достигается тем, что в автономной системе электропитания и управления электропривода запорной арматуры на магистральных трубопроводах с текущей средой, содержащей накопитель электроэнергии - аккумулятор, блок управления и устройство дистанционной связи, по сигналу которого блок управления подключает аккумулятор к электроприводу запорной аппаратуры, для зарядки аккумулятора создан автономный источник энергии - микро ГЭС, использующая гидроэнергетический потенциал небольшой части текущей среды, ответвляемой через отводной патрубок на турбину, находящуюся на валу электрогенератора.
Турбина микро ГЭС может быть расположена внутри отводного патрубка, оба конца которого присоединены к стенке трубопровода. Это позволяет исключить потери текущей среды (воды, нефти, сжиженного газа) и не наносить ущерба окружающей среде.
На входе патрубка может быть расположен регулируемый клапан, а блок управления, подключающий аккумулятор к электроприводу запорной аппаратуры по сигналу дистанционной связи, может дополнительно регулировать поступление текущей среды в патрубок, открывая и закрывая регулируемый клапан на входе патрубка по мере заряда и разряда аккумулятора.
Новым в предлагаемой полезной мадели является автономный источник энергии для зарядки аккумулятора - микро ГЭС, использующая гидроэнергетический потенциал небольшой части самой текущей среды, ответвляемой через отводной патрубок на турбину, находящуюся на валу электрогенератора, которая может быть расположена внутри отводного патрубка, оба конца которого присоединены к стенке трубопровода, причем на входе патрубка может быть расположен регулируемый клапан. Новой также является дополнительная функция блока управления, который регулирует поступление текущей среды в патрубок, открывая и закрывая регулируемый клапан по мере заряда и разряда аккумулятора.
Известных технических решений с такими признаками не обнаружено.
Гидроэнергетический потенциал текущей среды в трубопроводах создается давлением (может создаваться разницей высот).
На фигуре приведена схема автономной системы электропитания и управления электропривода запорной арматуры трубопровода по предлагаемому решению. Обозначены: 1 - трубопровод; 2 - регулируемый клапан; 3 - отводной патрубок; 4 - турбина микро ГЭС; 5 - электрогенератор микро ГЭС; 6 - накопитель (аккумулятор); 7 - блок управления; 8 - электропривод; 9 - запорная арматура, 10 - устройство дистанционной связи, 11 - внешний пульт управления.
На фигуре турбина 4 расположена внутри отводного патрубка 3, имеющего регулируемый клапан 2.
В качестве турбины 4 может быть использована, например, пропеллерная турбина, которая при открытии регулируемого клапана 2 под действием текущей среды передает вращающий момент на вал электрогенератора 5.
Автономная система электропитания и управления электропривода запорной арматуры на магистральных трубопроводах с текущей средой работает следующим образом.
При открытии регулируемого клапана 2 часть текущей среды из магистрального. трубопровода 1 попадает в отводной патрубок 3 и движется по нему, приводя во вращение турбину 4, соединенную с валом электрогенератора 5. Вырабатываемая электроэнергия идет на зарядку аккумулятора 6, заряд которого регулируется блоком управления 7 посредством команды на закрытие или открытие регулируемого клапана 2. При возникновении аварийной необходимости в перекрытии магистрального трубопровода 1, по команде с внешнего пульта управления 11, передаваемой через устройство дистанционной связи 10, блок управления 7 подает на электропривод 8 напряжение от аккумулятора 6, электропривод 8 приводит в действие запорную арматуру 9, тем самым закрывая доступ текущей среды в магистральный трубопровод 1. После устранения аварии по команде с пульта управления 11 и сигналу блока управления 7 электропривод открывает запорную арматуру, и блок управления отсоединяет аккумулятор от электропривода.
В аккумуляторе должна накапливаться мощность, достаточная для выполнения 2-3 циклов закрытия - открытия запорной арматуры без подзарядки.