АВТОНОМНАЯ ЭНЕРГОГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА

Предлагаемая полезная модель относится к автономному электроснабжению, касается автономной энергогененриующей установки, которая может быть использована для обеспечения электроэнергией удаленных от линий центрального электроснабжения пользователей трубопроводных систем водо-, газо- и нефте- снабжения.
Известна каскадная гидроэлектростанция, включающая канал, связанный с инициирующим динамичный поток водоемом, ортогональные турбины, расположенные внутри канала, в которой канал представляет собранную из соединительных звеньев трубу с разнесенными по длине трубы турбинами, а турбины выполнены в виде трубных модулей с выходом ведущего вала и возможностью установки модулей между соединительными звеньями трубы, при этом в модулях дополнительно закреплены кольцевые элементы аэродинамического профиля. Кольцевые элементы закреплены на входе в каждый трубный модуль, а турбина - на выходе из модуля, расстояние между поперечными осями кольцевых элементов и ортогональных турбин соответствует 0,6-1,2 диаметра трубы, соединительные звенья трубы и трубные модули снабжены соединительными фланцами и подъемными зацепами (RU 2483159 C1. кл. E02B 9/00, опубл. 27.05.2013 г.)
Известна ГЭС на спиральном потоке воды, которая содержит водозабор от реки, быстроток или трубопровод, закрученную по спирали разгонную емкость, направляющую поток на турбину, и генератор, связанный с турбиной, при этом разгонная емкость выполнена в виде спирального лотка, выходная часть которого проходит под дном входной части лотка со смещением, а на внешнем и внутреннем бортах лотка установлены по замкнутому кругу монорельсы для перемещения на роликах турбины, представляющей собой пространственную сегментную конструкцию, под нижней частью которой прикреплены лопатки, контактирующие с водным потоком в лотке, при этом перед выходом потока из лотка установлен подвижный в вертикальной плоскости порог (RU 2395001 C2, кл. E03B 13/00, F03B 3/00, опубл. 20.07.2010 г.).
Недостатком приведенных выше конструкций является узкая область их применения из-за зависимости их работы от энергии воды при определенном давлении и от времени года (предположительно в летнее время).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является устройство для получения и преобразования механической энергии потока текучей среды в электроэнергию, защищенное патентом RU 120525 U1, кл. H02K 7/18, F03B 13/10, опубл. 20.09.2012 г., принятое за ближайший аналог (прототип).
Устройство по прототипу содержит водоотводящие (сбросные трубы изогнутой формы) и водоподводящие части, соединенные с цилиндрической камерой, жестко скрепленной с двумя кольцевыми поясами статора, в котором объединенные между собой водоподводящая часть, цилиндрическая камера и водоотводящая часть формируют отводной канал, внутри которого расположен турбоэлектрогенератор, состоящий из статора и ротора, в свою очередь ротор состоит из вала, концы которого закреплены в круглых рамах с крестовинами внутри, приваренных к цилиндрической камере, на валу с помощью упорных подшипников установлены лопасти, в пазухах концов которых закреплены постоянные магниты, статор выполнен в виде кольца из ферромагнитного материала размером не более максимального внешнего диаметра трубопровода, на внутренней части которого в каналах вложены обмотки из изолированного токопроводящего материала, в местах соединения водоподводящей и водоотводящей частей с основным трубопроводом, между фланцами расположены сетки. Устройство позволяет снизить затраты на получение электроэнергии для автономных потребителей трубопроводных систем, повысить ее надежность и упростить конструкцию, за счет исключения узла уплотнения вала, так как турбина и электрогенератор объединены в одно устройство, снизить затраты на обслуживание оборудования системы и его ремонт, за счет размещения конструкции вне основного потока текучей среды; расширить область применения устройства за счет возможности его работы в широком диапазоне давлений и расхода текучей среды в трубопроводе, например, водоснабжения, газоснабжения, нефтепроводе.
Преимуществами и общими признаками с предлагаемой полезной моделью является размещение турбины в цилиндрической камере в трубопроводе, что обеспечивает возможность преобразования энергии потока текучей среды в электроэнергию.
Недостатком устройства по прототипу является размещение конструкции вне основного потока текучей среды, вследствие чего уменьшается давление потока текучей среды и КПД установки. Кроме этого, размещение конструкции в специально сформированном отводном канале, не оборудованном задвижками, предполагает остановку потока текучей среды и прекращение электроснабжения в случае ремонта установки.
В задачу предлагаемой полезной модели положено усовершенствование автономной энергогенерирующей установки.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении КПД, надежности, удобства использования, упрощении монтажа и обслуживания.
Поставленная задача достигается тем, что в автономной энергогенерирующей установке, содержащей напорный трубопровод с подводящей и отводящей частями, турбину, размещенную в цилиндрической камере в трубопроводе, напорный трубопровод дополнительно содержит узел энергообеспечения, включающий рабочий и ремонтный отсеки, сопряженные с подводящей и отводящей частями напорного трубопровода, каждый из которых содержит вентиляторную камеру с крышкой и с конусом-форсункой, отсеки с задвижками, установленные до и после вентиляторной камеры, при этом турбина выполнена в виде лопастного вентилятора и установлена в вентиляторной камере на валу через подшипники, вал лопастного вентилятора соединен с валом генератора, конус-форсунка установлен на входе вентиляторной камеры перед вентилятором; рабочий и ремонтный отсеки установлены в зеркальном отражении по отношению друг к другу и соединены с подводящей и отводящей частями напорного трубопровода сваркой; вентиляторная камера соединена с крышкой и с отсеками с задвижками с помощью болтов; диаметр выходного отверстия конуса-форсунки выполнен меньше, чем диаметр его входного отверстия, а его ось смещена относительно оси напорного трубопровода вниз; конус-форсунка установлен на расстоянии 10-12 см от вентилятора; вал вентилятора соединен с валом генератора через резинометаллические втулки; подшипники установлены между пыльниками в постелях, выполненных в вентиляторной камере и крышке.
На фиг. 1 приведен чертеж вида сбоку автономной энергогенерирующей установки.
На фиг. 2 приведен чертеж вида сверху автономной энергогенерирующей установки.
На фиг. 3 приведен чертеж крышки вентиляторного отсека автономной энергогенерирующей установки.
На фиг. 4 приведен чертеж конуса-форсунки автономной энергогенерирующей установки.
На фиг. 5 приведен чертеж соединения вала лопастного вентилятора с валом генератора автономной энергогенерирующей установки.
Конструктивно предлагаемая автономная энергогенерирующая установка на фиг. 1-5 содержит:
1 - напорный трубопровод;
2 - узел энергообеспечения;
3 - вентиляторную камеру;
4 - крышку вентиляторной камеры;
5 - конус-форсунку;
6 - отсеки с задвижками;
7 - лопастной вентилятор;
8 - вал вентилятора;
9 - подшипники;
10 - постели подшипников;
11 - вал генератора;
12 - резинометаллические втулки.
Напорный трубопровод 1 содержит подводящую часть и отводящую часть, турбину, размещенную в цилиндрической камере в трубопроводе.
Дополнительно напорный трубопровод 1 содержит узел энергообеспечения 2, включающий рабочий и ремонтный отсеки, сопряженные с подводящей и отводящей частями напорного трубопровода 1, каждый из которых содержит вентиляторную камеру 3 с крышкой 4 и с конусом-форсункой 5, отсеки с задвижками 6, установленные до и после вентиляторной камеры 3.
При этом турбина выполнена в виде лопастного вентилятора 7 и установлена в вентиляторной камере 3 на валу 8 через подшипники 9, конус-форсунка 5 установлен на входе вентиляторной камеры 3 перед вентилятором 7.
Рабочий и ремонтный отсеки установлены в зеркальном отражении по отношению друг к другу и соединены с подводящей и отводящей частями напорного трубопровода 1 сваркой.
Вентиляторная камера 3 соединена с крышкой 4 и с отсеками с задвижками 6 с помощью болтов.
Диаметр выходного отверстия конуса-форсунки 5 выполнен меньше, чем диаметр его входного отверстия, а его ось смещена относительно оси напорного трубопровода 1 вниз.
Конус-форсунка 5 установлен на расстоянии 10 -12 см от вентилятора 7.
Вал 8 лопастного вентилятора 7 соединен с валом генератора 11 через резинометаллические втулки 12.
Подшипники 9 установлены между пыльниками в постелях 10, выполненных в вентиляторной камере 3 и крышке 4.
Сборку полезной модели осуществляют следующим образом.
Изготавливают вентиляторые камеры 3 с крышками 4. Для этого в верхней части труб, из которых изготавливают вентиляторые камеры 3, вырезают отверстие, к краю которого приваривают фланец с отверстиями под болты и постелями 10 подшипников 9. На входе вентиляторых камер 3 приваривают конус-форсунку 5 таким образом, чтобы диаметр выходного отверстия конуса-форсунки 5 был меньше, чем диаметр его входного отверстия, а ось конуса-форсунки 6 была смещена относительно оси напорного трубопровода 1 вниз. Крышки 4 изготавливают в форме округлого панциря улитки, по краю приваривают фланец с отверстиями под болты и постелями 10 подшипников 9. На вал 8 с закрепленным на нем вентилятором 7 с двух сторон между пыльниками устанавливают подшипники 9. Подшипники 9 с пыльниками устанавливают в постелях 10 подшипников 9, выполненных в фланце отверстия вентиляторной камеры 3. Закрывают вентиляторные камеры 3 крышками 4, совмещая фланцы с отверстиями под болты и постелями 10 подшипников 9 вентиляторной камеры 3 и крышки 4, соединяя их болтами. Соединяют валы 8 лопастных вентиляторов 7 с валами генераторов 11 через резинометаллические втулки 12.
Собирают рабочий и ремонтный отсеки. Для этого до и после вентиляторных камер 3 устанавливают отсеки с задвижками 6 и соединяют их с помощью болтов.
Собирают узел энергообеспечения 2 из рабочего и ремонтного отсеков, устанавливая их в зеркальном отражении по отношению друг к другу, соединяя их сваркой с подводящей и отводящей частями напорного трубопровода 1.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
Поток рабочей среды (воды, газа, или нефти) двигаясь под давлением по напорному трубопроводу 1, подходит к узлу энергообеспечения 2. Узел энергообеспечения 2 содержит два сопряженных отсека - рабочий и ремонтный, установленных в зеркальном отражении по отношению друг к другу. При этом в штатном режиме отсеки с задвижками 6, установленные до и после вентиляторной камеры 3, ремонтного отсека закрыты, а отсеки с задвижками 6, установленные до и после вентиляторной камеры 3, рабочего отсека открыты. Поток текучей среды поступает в вентиляторную камеру 3 рабочего отсека, выполненную с крышкой 4, через конус-форсунку 5, установленный на входе вентиляторной камеры 3 перед вентилятором 7 на расстоянии 10-12 см. За счет того, что диаметр выходного отверстия конуса-форсунки 5 выполнен меньше, чем диаметр его входного отверстия, а его ось смещена относительно оси напорного трубопровода 1 вниз, то проходя через конус-форсунку 5, поток текучей среды разгоняется и увеличивая напор поступает на лопасти вентилятора 7. В результате кинетическая энергия потока текучей среды преобразовывается в механическую энергию лопастного вентилятора 7, установленного в вентиляторном отсеке 3 на валу 8 через подшипники 9, который выполняя роль лопастной турбины, начинает вращаться. Для предотвращения резкого начала вращения вал вентилятора 8 соединен с валом генератора 11 через резинометаллические втулки 12. Вращение от вала 8 лопастного вентилятора 7 передается на вал генератора 11. В результате механическая энергия вентилятора 7 преобразовывается в электрическую энергию, которая может быть использована для обеспечения электроэнергией удаленных от линий центрального электроснабжения пользователей трубопроводных систем водо-, газо- и нефте- снабжения.
В случае необходимости проведения ремонта, или замены, например, подшипников 9, пыльников, отсеки с задвижками 6 рабочего отсека закрывают, а отсеки с задвижками 6 ремонтного отсека открывают. В результате поток рабочей среды поступает в ремонтный отсек.
Наличие узла энергообеспечения, выполненного из двух отсеков - рабочего и ремонтного обеспечивает бесперебойную работу автономной энергогенерирующей установки, способствует повышению ее надежности, удобства использования и упрощению обслуживания.
Удобству использования и упрощению обслуживания предлагаемой полезной модели способствует наличие крышки вентиляторной камеры, при снятии которой можно осуществлять ремонт вентилятора, быструю замену подшипников, пыльников.
Выполнение конструкции предлагаемой полезной модели из отдельных камер и отсеков, соединенных друг с другом, а турбины в виде лопастного вентилятора способствует упрощению монтажа и обслуживания системы.
Размещение предлагаемой полезной модели в основном потоке текучей среды обеспечивает необходимое давление и напор, что способствует повышению КПД системы.
Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает повышение КПД, надежность, удобство использования, упрощение монтажа и обслуживания автономной энергогенерирующей системы.