УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к устройствам для получения электроэнергии, основанным на использовании в качестве рабочего тела газообразных и/или жидких сред, находящихся под высоким давлением на больших глубинах, и может быть использована при проектировании установок для преобразования кинетической энергии этих сред в электроэнергию с обеспечением возможности использования этих сред по своему прямому назначению в качестве полезных ископаемых.
Известна газотурбодетандерная установка (патент РФ №2091592, МПК F01К, 27/00, 1997 г.), содержащая турбодетандер и авиационный газотурбинный двигатель. В такой установке совмещена работа турбодетандера природного газа при снижении давления газа в нем на газораспределительных станциях и газорегуляторных пунктах и работы авиационного газотурбинного двигателя с поддержанием постоянного давления на выходе из турбодетандера, при этом работу авиационного двигателя осуществляют при его изменяемой мощности вплоть до ее нулевого значения с поддержанием температуры природного газа на выходе из турбодетандера не ниже 273 К.
В известной установке используется энергия сгорания природного газа, а следовательно, обладает недостатком, заключающимся в безвозвратном сгорании полезного компонента (газа) без использования его потенциальной энергии.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является установка для получения электроэнергии (патент РФ №45780, МПК F01К, 25/14, 2005 г.), содержащая турбину, в корпусе которой на общем валу расположены аэрогидродинамические элементы, выполненные, например, в виде наклонных лопаток, при этом вал турбины жестко связан с ротором электрогенератора, электрическими выходами которого являются выходы его статорной обмотки, элементы турбины размещены в проходной камере, расположенной на выходе газовой и/или газоконденсатной скважины, а выход проходной камеры связан с магистралью передачи жидких и/или газообразных полезных ископаемых к потребителю.
Недостатком такой установки являются низкая надежность закрепления узлов устройства внутри и на выходе скважины, что повышает вероятность возникновения аварийной ситуации а также ограниченные возможности при эксплуатации устройства.
Технический результат, заключающийся в устранении отмеченных недостатков, достигается в устройстве для получения электроэнергии, содержащем турбину, в корпусе которой на общем валу расположены аэрогидродинамические элементы, выполненные, например, в виде наклонных лопаток, при этом вал турбины жестко связан с ротором электрогенератора, электрическими выходами которого являются выходы его статорной обмотки, причем элементы турбины размещены в проходной камере, расположенной на выходе скважины, а выход проходной камеры связан с магистралью передачи рабочих сред к потребителю, тем, что оно содержит электромеханический механизм перемещения, вентиль, установленный на выходе скважины, блок управления и подвижную направляющую, штангу, выполненную в виде трубопровода, на котором расположены опорные элементы, стопорные узлы и запорные узлы, при этом опорные элементы выполнены в виде кольцевых хомутиков, охватывающих подвижную направляющую штангу с возможностью фиксации положения, стопорные узлы содержат расположенную на направляющей штанге подпружиненные втулки с кинематически связанными с ними рычагами, на концах которых закреплены экцентрики, выполненные в виде роликов, а запорный узел выполнен в виде подвижных створок, кинематически связанных с соответствующими втулками с обеспечением в рабочем положении перекрытия внутреннего сечения скважины, при этом нижняя часть подвижной направляющей штанги выполнена в виде штыря, жестко закрепленного на оси трубопровода, на верхнем конце которого установлен вентиль, а в боковой поверхности нижней части трубопровода выполнено отверстие, причем запорный узел закреплен над указанным отверстием, электромеханический механизм перемещения связан с подвижной направляющей штангой, входы блока управления соединены со статорными обмотками электрогенератора, одни из выходов блока управления подключены к внешним устройствам потребления электроэнергии, а другие выходы соединены с управляющими входами вентиля и электромеханического механизма перемещения.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена конструкция устройства.
Устройство содержит турбину 1. в корпусе которой на общем валу расположены аэрогидродинамические элементы 2, выполненные, например, в виде наклонных лопаток, при этом вал 3 турбины 1 жестко связан с ротором 4 электрогенератора 5, электрическими выходами которого являются выходы его статорных обмоток 6. Элементы турбины 1 размещены в проходной камере 7, расположенной на выходе газовой и/или газоконденсатной скважины 8, а выход 9 проходной камеры 7 связан с магистралью передачи жидких и/или газообразных полезных ископаемых к потребителю (на чертеже не показана).
Устройство содержит также электромеханический механизм 10 перемещения, вентиль 11, установленный на выходе скважины, блок 12 управления и подвижную направляющую штангу 13 (выполненную в виде трубопровода), на которой расположены опорные элементы 14, стопорные узлы 15 и запорные узлы 16.
Опорные элементы 14 выполнены в виде кольцевых хомутиков, охватывающих подвижную направляющую штангу 13 с возможностью фиксации положения. Стопорные узлы 15 содержат расположенную на подвижной направляющей штанге 13 подпружиненные с помощью пружин 17 втулки 18 с кинематически связанными с ними рычагами 19.
На концах рычагов 19 закреплены экцентрики 20, выполненные в виде роликов, а запорный узел 16 выполнен в виде подвижных створок 21, кинематически связанных со втулками 22 с обеспечением в рабочем положении перекрытия внутреннего сечения скважины 8. При этом нижняя часть направляющей штанги 13 выполнена в виде штыря 23, жестко закрепленного на одной оси со штангой 13, на верхнем конце которой установлен вентиль 11.
В боковой поверхности нижней части трубчатой штанги 13 выполнено отверстие 24, причем запорный узел 16 закреплен над упомянутым отверстием. Входы блока 12 управления соединены со статорными обмотками 6 электрогенератора 5. Одни из выходов блока 12 управления подключены к внешним устройствам потребления электроэнергии (на чертеже не показано), а другие выходы соединены с управляющими входами вентиля 11 и электромеханического механизма 10 перемещения, связанного с подвижными тягами 25.
Работа устройства основана на преобразовании кинетической энергии жидкой или газообразной среды во вращательное движение турбины 1, связанной с ротором 4 электрогенератора 5, при этом в качестве рабочего тела используют жидкостной и/или газовый поток природных ископаемых, извлекаемых из скважины.
Направляющая штанга 13 устройства наводится на устье скважины 8 при помощи грузоподъемного механизма (на чертежах не показан). При попадании нижней части 23 направляющей штанги 13 в скважину 8 она опускается вниз. При этом рычаги 19 стопорных узлов 15 и подвижные створки 21 запорных узлов 16 находятся в крайнем нижнем положении и не препятствуют движению жидкой и/или газовой среды из скважины 8.
После полного погружения устройства в скважину электромеханический блок 10 посредством подвижных тяг 25 перемещает рычаги 19 стопорных узлов 15 и подвижные створки 21 запорных узлов 16 в верхнее положение. При этом на рычаги 19 и створки 21 снизу воздействует давление потока жидкой и/или газовой среды из скважины и они полностью отклоняются в крайнее верхнее положение.
Ролики 20, поверхность которых выполнена с насечкой, входят в соприкосновение с внутренней поверхностью трубы 8.
Ролики 20 являются, по существу, экцентриками (ось вращения роликов смещена относительно их геометрического центра на величину δ).
При отклонении рычагов 19 вверх, ролики 20 вращаются, вокруг своей смещенной оси и надежно «заклинивают» рычагами 19 устройство внутри скважины 8. Пружины 17 выполняют компенсирующую роль для рычагов 19.
При этом створки 21 запорных узлов 16 поворачиваясь на шарнирах, перемещаются вверх и закрывают канал скважины 8 путем взаимного перекрытия, а следовательно, перекрывают путь потоку рабочей среды.
Наличие двух последовательно установленных по вертикали запорных узлов 16 повышает надежность перекрытия канала скважины 8.
Наличие отверстия 24 в трубчатой штанге 13 позволяет потоку жидкой и/или газовой среды устремиться в нее и подняться до вентиля 11. Если вентиль 11 закрыт, то поток рабочей среды будет полностью остановлен.
Вентиль 11 позволяет осуществлять контролируемый и регулируемый отбор жидкой и/или газовой среды из скважины 8. При этом управление отбором осуществляется от блока 12 управления.
Детали и узлы устройства изготавливаются из высокопрочной стали.
При этом указанный поток поступает на вращательные элементы 2 турбины 1 и после ее прохождения на выход 9 подают в магистраль потребления рабочей среды. Под воздействием потока рабочей среды (газоконденсата) турбины 1 приводятся во вращение.
Поскольку вал 3 турбины 1 жестко связаны через соединительную муфту 25 с ротором 4 электрогенераторов 5, то он также вращается с той же угловой скоростью. В статорных обмотках 6 наводится трехфазное переменное напряжение, подаваемое через блок 12 управления на выход устройства к потребителю электроэнергии.
Блок 12 управления служит для формирования управляющих сигналов, поступающих на электроуправляемый вентиль 11 и на электромеханический механизм 10 перемещения.
Расположение турбины 1 и электрогенератора 5 на выходе скважины (на поверхности земли) способствует легкому доступу обслуживающего персонала к элементам устройства для диагностики и технического обслуживания.
Таким образом, предложенное устройство для получения электроэнергии позволяет использовать кинетическую рабочей среды, находящейся под высоким давлением, без потери массового количества сырья и с сохранением физико-химических характеристик углеводородных полезных ископаемых, используемых после соответствующей переработки как углеводородное топливо или сырье для химической промышленности.
Изготовленный опытный образец устройства и проведенные испытания подтвердили возможность его использования в промышленных масштабах.
Для реализация предлагаемого технического решения используются типовые конструктивные элементы и узлы, применяемые в газовой, нефтяной или электротехнической промышленности
Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствуют условиям патентоспособности полезной модели - «новизне» и «промышленной применимости».