УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ПОТОКА СРЕДЫ

Полезная модель относится к устройствам преобразования энергии потока среды в электрическую энергию. Подобные устройства являются альтернативными источниками электроэнергии и размещаются в основном в перекачивающих трубопроводах, расположенных в труднодоступных местах. Полезная модель может быть применима для целей электрохимической защиты трубопроводов.
Известна дозировочная насосная установка по патенту РФ на полезную модель №119019, E21B 37/06, 2012. На выкидной линии нефтяной или газовой скважины установлен электрогенератор с приводом от крыльчатки и коррозиметр. Крыльчатка работает от потока перекачиваемых жидкости или газа. Установка может быть выполнена либо в виде моноблока, либо состоящей из секций, невскрываемых в эксплуатационных условиях. Секции с внешней стороны оснащены разъемами для подключения электрокабелей и гидролиний. Недостатком является сложность извлечения из трубопровода крыльчатки для проведения технологических работ по очистке трубы. Кроме того, возможно повреждение или смещение крыльчатки под действием потока среды из-за ее консольного закрепления в трубопроводе, что значительно снижает надежность работы устройства в целом.
Известна установка преобразования энергии потока среды по патенту РФ на изобретение №2381379, F03B 1/02, 2010. Установка содержит трубу с коаксиально расположенными в ней двумя турбинами и электрогенераторами. Один кольцевой ротор турбины установлен внутри кольцевого ротора другой турбины. Имеются средства центрирования кольцевых роторов друг относительно друга. Внешние части лопаток первой турбины закреплены в кольцевом первом роторе, а внешние части лопаток второй турбины закреплены на кольцевом втором роторе. Таким образом, элементы устройства перекрывают внутреннее сечение проводящей поток трубы, что делает невозможным проведение внутритрубных технологических операций.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран евразийский патент на изобретение №014944, F03B 13/10, 2011. Турбина для преобразования энергии потока текучей среды в электроэнергию содержит направляющую трубу с установленным в ней генератором. Генератор включает два вала с рабочими колесами. Высота лопаток рабочих колес генератора соответствует размерам проходного сечения направляющей трубы. Для проведения чистки трубопровода протяжными снарядами необходимо заглушать трубопровод и отсоединять от него направляющую трубу с установленной в ней турбиной, что технологически очень сложно и приводит к большим энергопотерям.
Технической задачей заявляемой полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик устройства.
Технический результат заключается в обеспечении возможности проведения внутритрубных технологических операций, в повышении надежности устройства.
Технический результат достигается тем, что в устройстве преобразования энергии потока среды, содержащем связанные между собой электрический генератор и рабочее колесо, установленное на валу, согласно полезной модели, вал рабочего колеса соединен с входным валом устройства угловой передачи вращения, выходной вал устройства угловой передачи вращения соединен с валом электрического генератора, установленным в кожухе, кожух соединен с элементами подъемного устройства, электрический генератор и подъемное устройство размещены в камере.
На корпусе устройства угловой передачи вращения может быть установлен опорный элемент, взаимодействующий с центрирующей опорой. Опорный элемент может быть выполнен в виде стержня, конец которого упирается в выемку центрирующей опоры. Так же опорный элемент может быть выполнен в виде треноги.
Технический результат обеспечивается за счет того, что вал рабочего колеса соединен с входным валом устройства угловой передачи вращения, например, углового редуктора, а выходной вал углового редуктора связан с валом электрического генератора. Рабочее колесо, помещаемое в трубопровод, вращается под действием потока перемещаемой среды. Вал, на котором установлено рабочее колесо, расположен под углом к валу генератора. Несоосное расположение валов позволяет вынести электрический генератор из зоны прохождения потока и расположить его за пределами трубопровода. Расположение вала электрического генератора в кожухе позволяет соединить его с элементами подъемного устройства. Размещение подъемного устройства и электрического генератора в камере дает возможность расположить устройство на верхней или боковой наружной поверхности трубопровода и организовать внутри камеры пространство для введения в нее кожуха с валом генератора, рабочего колеса и углового редуктора. Подъемное устройство с приводом позволяет перемещать элементы устройства, находящиеся в потоке среды, в поперечном направлении трубопровода и выводить их полностью или частично из зоны движения потока газа. Использование опорного элемента и центрирующей опоры позволяет при последующем обратном введении кожуха, рабочего колеса и редуктора в трубу установить их без перекоса в необходимом положении и зафиксировать данное положение. Кроме того, наличие центрирующей опоры предотвращает действие изгибающего момента на внутритрубные элементы и их повреждение, за счет чего повышается надежность работы устройства.
На фигуре 1 представлено устройство преобразования энергии потока среды с рабочим колесом в виде лопастного винта.
На фигуре 2 представлено устройство преобразования энергии потока среды с осевым лопаточным рабочим колесом.
Устройство преобразования энергии потока содержит электрический генератор 1, вал электрического генератора 2, подъемное устройство 3, привод 4 подъемного устройства 3, кожух 5 вала электрического генератора 2, устройства угловой передачи вращения 6, рабочее колесо 7, опорный элемент 8, центрирующую опору 9, камеру 10, электрические провода 11. Устройство преобразует энергию потока 12, протекающего в трубе 13. В качестве устройства угловой передачи вращения 6 может использоваться любое устройство, обеспечивающее передачу вращения между пересекающимися осями, например, угловой редуктор, коническая зубчатая передача, и т.д.
Устройство преобразования энергии потока работает следующим образом.
Камера 10 с размещенным в ней оборудованием устанавливается на верхней поверхности трубопровода, или сбоку, вплотную к его боковой поверхности. Через отверстие в днище камеры 10 и в трубе 13 вал электрического генератора 2 с кожухом 5, угловым редуктором 6 и рабочим колесом 7 устанавливается в трубе 13. при этом опорный элемент 8 устанавливается в выемку центрирующей опоры 9. При движении по трубе 13 газовый поток 12 воздействует на лопатки или лопасти рабочего колеса 7 и вращает вал. В качестве рабочего колеса 7 может быть использован осевой лопастной винт или рабочее колесо с лопатками. В зависимости от направления скорости набегающего потока может использоваться осевое рабочее колесо 7, радиальное или радиально-осевое. В частности, лопаточное рабочее колесо 7 может иметь ось вращения, совпадающую по направлению с осью вала электрического генератора 2 и быть выполненным осевым или радиально-осевым. Рабочее колесо 7 с осью вращения перпендикулярной оси вала электрического генератора 2 может быть установлено в подшипниковом кольце и иметь сложный профиль лопаток. Рабочее колесо 7 вращается под действием потока перекачиваемой среды 12, перемещаемого в трубе 13. Вал рабочего колеса 7 передает вращение входному валу углового редуктора 6, в результате чего увеличивается крутящий момент на выходном валу редуктора 6. Вращение вала рабочего колеса 7 передается валу электрогенератора 2, соединенному с выходным валом редуктора 6 и расположенному под углом к входному валу редуктора 6. В электрическом генераторе 2 происходит преобразование механической энергии вращения вала в электрическую. Вырабатываемый электрический ток передается по проводам и на нагрузку, например на устройство электрохимической защиты трубопровода. Вал, передающий вращение на электрический генератор 2 помещен в кожух 5. Кожух 5 связан с элементами подъемного устройства 3, например, на кожух 5 может быть установлено кольцо, выполняющее роль зубчатого колеса червячного механизма. Привод подъемного устройства 3 в этом случае связан с винтом червячного механизма. Привод подъемного устройства 3 может быть выполнен ручным. Может использоваться электропривод, питание которого осуществляется от электрогенератора 1. Привод подъемного устройства 3 и элементы управления приводом размещены снаружи камеры 10. С помощью подъемного устройства 3 осуществляют подъем кожуха 5 вместе с размещенным в нем валом. Также поднимают редуктор 6, корпус которого соединен с кожухом 5, рабочее колесо 7, опорный элемент 8, который тоже закреплен на корпусе редуктора 6. При подъеме внутритрубных элементов в камеру 10 полностью или частично открывается поперечное сечение трубы 12, через которое в дальнейшем пропускают чистящий протяжной снаряд. Наличие центрирующей опоры 9 позволяет возвратить все внутритрубные элементы на прежнее место и зафиксировать в нужном положении. Кроме того, центрирующая нижняя опора 9 придает жесткость всей конструкции во время движения потока среды внутри трубы 13.
Таким образом, полезная модель позволяет обеспечить возможность проведения внутритрубных технологических операций и повысить надежность устройства.