Автономное устройство для электропитания элементов управления и автоматики трубопроводов
Данное устройство используется для электропитания элементов управления и автоматики трубопроводов. Основной задачей изобретения является создание устройства, которое снизит затраты на получение электроэнергии для автономных потребителей трубопроводных систем (электропривод задвижки, датчики), за счет энергии отводимой части потока текучей среды в трубопроводе с использованием накопителя энергии, которую можно использовать для электропитания элементов управления и автоматики трубопроводов систем водоснабжения, газоснабжения, нефтепроводов, в тех случаях, когда нет возможности реализовать питание от электросети.
Разработанное устройство предназначено для реализации процесса электропитания оборудования трубопроводной системы, при использовании энергии потока текучей среды в трубопроводе. Полученная при отделении части потока с помощью отводного канала, за счет расположенной в ней гидротурбины и электрогенератора, энергия накапливается в НЭЭ, после чего с помощью СПЭ2 может быть использована для питания постоянно работающих устройств с мощностью сопоставимой с мощностью турбины и электрогенератора и устройств со значительно большей мощностью работающих кратковременно.
Изобретение относиться к автономному электроснабжению, а именно к устройствам, основанным на использовании потока текучей среды в трубопроводах для генерирования электрической энергии и для последующего электропитания элементов управления и автоматики трубопроводов.
Известна конструкция устройства для выработки электрической энергии из энергии воды (RU 95560 U1, РФ, МПК F03B 7/00), состоящая из корпуса, вне которого установлен редуктор. Устройство снабжено электрогенератором, установленным на выходной оси дополнительного редуктора, и соединенным с балластной нагрузкой посредством блока автоматического управления, связанного с электрическими задвижкой и расходомером, установленными на водоподводящей системе. При этом корпус, редуктор и дополнительный редуктор расположены в наружном корпусе, на входном и выходном патрубках которого жестко закреплены фланцы для присоединения водоподводящей и водоотводящей систем. На фланце, закрепленном на выходном патрубке, смонтирована опорная плита для установки электрогенератора. Преимуществом устройства является обеспечение расширенной сферы использования и повышение экономичности.
Недостатком описанного устройства является то, что питание всего устройства осуществляется с помощью внешнего источника.
Рассмотрено устройство для выработки электрической энергии из потока текущей среды, которое содержит генератор, на валу которого жестко закреплен диск с шарнирно прикрепленными к нему крыльчатками, который размещен внутри шлюза, где движется поток текучей среды и приводит во вращение диск с крыльчатками, вращение диска передается генератору, который вырабатывает электроэнергию (RU 93018794 А, РФ, МПК Е02В 9/00).
Недостатком этого устройства является расположение в основном трубопроводе, необходимость уплотнения места выхода вала из камеры шлюза, значительные размеры и габариты.
За прототип возьмем устройство (RU 93459 U1, РФ, МПК E21B 47/00) для контроля и управления запорно-регулирующей арматурой газопроводов, или нефтепроводов, и/или конденсатопроводов, характеризующееся тем, что оно содержит внешний источник электроэнергии, подключенный к блоку питания с накопителем энергии на аккумуляторной батарее, к которому подключены контроллер, взаимосвязанный с приемопередающим узлом для обмена информацией с диспетчерским центром, и электрогидропривод для управления запорной трубопроводной арматурой, причем блок питания с накопителем энергии на аккумуляторной батарее, контроллер и приемопередающий узел помещены в герметичный корпус, который погружен в грунт полностью или частично, а установленный на трубопроводе датчик параметров потока подключен к контроллеру, при этом электрогидропривод снабжен накопителем энергии на пневмоаккумуляторе.
Недостатками такого устройства являются использование внешнего источника питания и то, что аккумулятор используется для резервирования, а не для накопления с последующей отдачей.
В системах транспортировки текучей среды необходимо осуществлять электроснабжение оборудования, которое требуется либо питать постоянно, но общая потребляемая мощность таких устройств минимальна (первый тип); либо кратковременно питать устройства с большим энергопотреблением (второй тип). Устройства могут находиться как на территории города, так и вне зон доступа постоянного электроснабжения, что требует создание автономной системы. Решением проблемы электропитания оборудования вне зон доступа постоянного электроснабжения может быть создание комплекса, который позволит вырабатывать электрическую энергию.
Такое устройство имеет следующие отличия: использует энергию части отводимого потока текучей среды; мощность такой системы незначительно превышает общую потребляемую мощность оборудования питаемого постоянно и существенно меньше мощности потребляемой устройствами с большим энергопотреблением, включаемых кратковременно; в системе используется накопитель энергии, который используется не только при пропадании электропитания, но является неотъемлемой частью конструкции, постоянно накапливая энергию произведенную турбоэлектрогенератором с возможностью отдавать ее кратковременно с большей мощностью. При отсутствии накопителя мощность гидротурбины, требуемая для питания отдельного оборудования, может превышать мощность потока текучей среды, что делает невозможным обеспечение питания этого оборудования. В случае отсутствия потока текучей среды, например при перекрытии его задвижкой, накопитель за счет сохраненной в нем энергии позволит в течение некоторого времени обеспечить питание оборудования.
Основной задачей изобретения - снижение затрат на получение электроэнергии для автономных потребителей трубопроводных систем (электропривод задвижки, датчики), за счет использования энергии отводимой части потока текучей среды в трубопроводе с использованием накопителя энергии, которую можно использовать для электропитания элементов управления и автоматики трубопроводов систем водоснабжения, газоснабжения, нефтепроводов, в тех случаях, когда нет возможности реализовать питание от электросети.
Результат достигается с помощью разработанного автономного устройства, которое состоит из отводного канала, который включает в свой состав водоподводящую и водоотводящую части, между которыми, посредством фланцевых соединений, закреплена в середине цилиндрической части отводного канала основного трубопровода гидротурбина, которая совмещена с электрогенератором, то есть ротор гидротурбины одновременно является индуктором электрогенератора, выход которой подключен к статическим преобразователям электроэнергии при помощи кабель-канала с проводами, которые так же подключены к накопителю электроэнергии.
На фиг.1. представлена структурная схема устройства (обведена пунктиром), а в качестве примера питаемого устройства показан электропривод задвижки (ЭП) 11.
Предлагаемое автономное устройство состоит из водоподводящей и водоотводящей частей 1 и 2, между которыми, посредством фланцевых соединений, закреплена в середине цилиндрической части 3 отводного канала 4 основного трубопровода 5 гидротурбина 6, которая совмещена с электрогенератором 7, то есть ротор гидротурбины 6 одновременно является индуктором электрогенератора 7, выход которой подключен к статическим преобразователям электроэнергии СПЭ1, СПЭ2 8, 10, при помощи кабель-канала с проводами, которые так же подключены к накопителю электроэнергии НЭЭ 9.
Для преобразования энергии потока текучей среды в механическую энергию в отводном канале установлена гидротурбина и совмещенный с ней на одном валу электрогенератор. Выработанная электрогенератором энергия передается на статический преобразователь электроэнергии СПЭ1, далее в накопитель электроэнергии НЭЭ, где СПЭ2 преобразует накопленную электроэнергию к виду, удобному для использования потребителями. Далее полученная энергия поступает к требующему питания устройству (например электроприводу задвижки (ЭП)).
Устройство для электропитания элементов управления и автоматики трубопроводов содержит источник электроэнергии, подключенный к блоку питания, и накопитель электроэнергии, отличающееся тем, что источником электроэнергии является гидротурбина, расположенная в середине цилиндрической части отводного канала и закрепленная посредством фланцевых соединений с водоподводящей и водоотводящей частями, причем выход электрогенератора подключен к статическим преобразователям электроэнергии.
