УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

Изобретение относиться к автономному электроснабжению, а именно к устройствам, основанным на использовании потока текучей среды в трубопроводах для генерирования электрической энергии.
Рассмотрим аналогичное устройство для отбора энергии текучей среды, которое содержит водяное колесо, соединенное механической передачей посредством редуктора с электрогенератором, подшипниковые узлы, опоры, водоподводящую и водоотводящую системы, которое снабжено водоудерживающим элементом, причем водяное колесо посредством ступицы и подшипниковых узлов установлено на оси, закрепленной на опорах, а в качестве электрогенератора использован асинхронный двигатель, связанный с системой автоматического управления, включающей блок коммутационной и измерительной аппаратуры, к которому подключены блоки конденсаторов возбуждения, тиристорных преобразователей, полезной нагрузки, и блок регулирования, защиты и управления, соединенного с блоком тиристорных преобразователей, к которому присоединены блоки балластной нагрузки и конденсаторов возбуждения. (RU 2306453 С2, РФ, МПК F03B 7/00).
Известна гидроэнергетическая установка для преобразования энергии потока текучей среды в механическую энергию вращения вала, в электрическую, тепловую и акустическую энергии, которая содержит ортогональную турбину с прямолинейными лопастями крыловидного профиля, к выходному валу турбины присоединяют через сцепную муфту, через мультипликатор с валом отбора мощности, рабочую машину типа электрогенераторной, водонасосной, теплонасосной установки, акустической сирены раздельно или в их сочетании, мощность турбины и приводимых рабочих машин регулируют грубо положением предтурбинного и послетурбинного затвора раздельно или в их сочетании, и тонко, параметры качества электроэнергии регулируют при помощи инвертора с применением фазовой автоподстройки частоты по образцовому колебанию кварцевого генератора с делителем частоты при автономной работе и напряжения сети при параллельной работе, гидроэнергетическую установку выполняют наплавной, погружной или на сливных трубах, стационарной или мобильной, выполняют пусковое устройство для турбины с ручным или электромашинным приводом, электрогенераторную установку выполняют по схеме генератор переменного тока - выпрямитель - накопитель электрической энергии - инвертор, при этом накопитель электрической энергии выполняют в виде аккумуляторной батареи или батареи суперконденсаторов, в гидроэнергетическую установку вводят устройства автоматического или ручного управления пуском-остановом турбины и рабочих машин, защиты от аномальных режимов, измерений параметров и учета электроэнергии, автоматики параллельной работы с сетью (RU 2011100529 А, РФ, МПК F03B 3/00).
За прототип взята гидротурбина (RU 2306452 С2, РФ, МПК F03B 3/00), установленная в основном трубопроводе и содержащая водоподводящую и водоотводящую части (сбросные трубы изогнутой формы), соединенные со спиральной камерой, жестко скрепленной с двум кольцевыми поясами статора, между которыми установлены лопатки направляющего аппарата, в качестве рабочего колеса использовано рабочее колесо центробежного насоса, оно размещено в камере и жестко соединено с валом, расположенном в подшипниковых узлах опоры, вал соединен посредством редуктора с асинхронным двигателем, связанным с системой автоматического управления.
Недостатками приведенных выше конструкций являются высокие массогабаритные показатели и низкая надежность. В разработанной все необходимые для работы детали расположены в одном корпусе и не требуют дополнительных помещений и особых условий эксплуатации.
Основная задача изобретения - создание устройства, которое позволит 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.
Технический результат достигается созданием устройства, которое состоит из водоподводящей и водоотводящей частей, цилиндрической камеры, внутри которой расположен турбоэлектрогенератор, состоящий из статора и ротора. Ротор установлен на валу, концы которого закреплены в круглых рамах с крестовинами внутри, приваренных к цилиндрической камере, на валу с помощью упорных подшипников установлены лопасти, в пазах концов которых закреплены постоянные магниты (например, приклеены). Статор выполнен в виде кольца из ферромагнитного материала размером не более максимального внешнего диаметра трубопровода, на внутренней части которого в каналах вложены (возможно приклеены) обмотки из изолированного токопроводящего материала. В местах соединения водоподводящей и водоотводящей частей с основным трубопроводом, между фланцами, расположены сетки для защиты потока текучей среды от попадания инородных тел в случае поломки устройства.
На фиг.1. представлена конструкция устройства.
Предлагаемое изобретение состоит из водоподводящей и водоотводящей частей 1 и 2, цилиндрической камеры 3, внутри которой расположен турбоэлектрогенератор 4, состоящий из статора 5 и ротора 6. Ротор 6 установлен на валу 7, концы которого закреплены в круглых рамах с крестовинами внутри 8, приваренных к цилиндрической камере 3, на валу 7 с помощью упорных подшипников 9 установлены лопасти 10, в пазах концов которых закреплены постоянные магниты 11 (например, приклеены). Статор 5 выполнен в виде кольца из ферромагнитного материала размером не более максимального внешнего диаметра трубопровода, на внутренней части которого в каналах вложены (возможно приклеены) обмотки 12 из изолированного токопроводящего материала. В местах соединения водоподводящей и водоотводящей частей с основным трубопроводом 13, между фланцами 14, расположены сетки 15.
При протекании текучей среды по трубопроводу часть потока попадает в специально сформированный отводной канал. Полученный поток приводит во вращение ротор турбоэлектрогенератора, установленного внутри цилиндрической камеры. Постоянные магниты, размещенные на лопастях, перемещаются относительно обмоток статора и индуцируют в них электродвижущую силу. Полученная электроэнергия, снимается с обмоток статора и может быть использована для питания элементов систем автоматики и электроприводов арматуры трубопроводов.