CN209781120U - 一种管道余压水流能发电实验装置 - Google Patents

一种管道余压水流能发电实验装置 Download PDF

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马晨倍
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董超
刘安东
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Abstract

本实用新型涉及一种管道余压水流能发电实验装置，包括注水管道系统、水流发电机和采集控制装置。所述注水管道系统包括通过管道依次连接的储水罐、增压泵、驱动泵、流量流速计和回水泵。流量流速计与回水泵之间的管道上连接压力调节装置，所述水流发电机安装在流量流速计与回水泵之间的管道上，水流发电机的机壳上设有进水口和出水口，所述出水口的内径大于进水口，水流发电机与负载相连接。本实用新型的实验装置便于分析研究余压水流能回收和利用，能够应用于油田注水管道余压的有效利用，并为油田注水管道余压的利用提供了可靠的理论依据。

Description

一种管道余压水流能发电实验装置
技术领域
本实用新型涉及一种管道余压水流能发电实验装置，用于研究油田注水管道余压水流的回收与利用，属于管道余压水流能回收利用技术领域。
背景技术
自然界中有很多种能源，目前已被利用的能源主要有热能、水能、风能和核能。水能是一种经济的能源，也是一种相对取之不尽的能源。在现有技术中，利用水能的核心机械主要是水轮机，把水流的能量转换为旋转机械能。
我国水资源丰富，水流余压能开发潜力巨大，目前从事余压能开发研究的人员较少，使得余压能尤其是水压能的开发利用仍旧存在许多空白。比如，对于油田注水管道系统余压利用的研究，通过查阅大量文献及应用实例，总结出以下几条：
(1)对于油田注水管道系统余压利用的研究及应用几乎没有；
(2)与传统水流发电不同，油田注水管道余压发电出口需要带压，并非自由流，对于带压出口的水流发电研究与应用几乎没有；
(3)油田注水管道为中高压，大部分单井的进出口压差在3MPa以上，对于如此大的压差下的水流发电的研究与应用几乎没有。
总之，利用带有背压的油田注水管道余压发电尚未有相关研究，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种管道余压水流能发电实验装置，能够将注水压差能进行回收利用转换为电能，同时满足管道工作的压力要求。
为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下：
一种管道余压水流能发电实验装置，包括注水管道系统、水流发电机和采集控制装置，
所述注水管道系统包括通过管道依次连接的储水罐、增压泵、驱动泵、流量流速计、回水泵，所述储水罐的出水端与增压泵连接，所述储水罐的回水端与回水泵连接，流量流速计与回水泵之间的管道上连接压力调节装置，
所述驱动泵与第一变压器电性连接，所述回水泵与第二变压器电性连接，
所述水流发电机安装在流量流速计与回水泵之间的管道上，水流发电机包括安装在机壳内的叶轮、转轴和发电机构，所述叶轮安装在转轴的一端，所述发电机构包括定子和安装在转轴另一端的转子，所述机壳上设有进水口和出水口，所述出水口的内径大于进水口，水流发电机与负载相连接，
所述增压泵、第一变压器、第二变压器及负载分别与采集控制装置电性连接。
进一步，所述驱动泵的出水端与储水罐的回水端之间还连接有旁路管道，所述旁路管道上安装有常闭的旁通阀。
进一步，还包括补水箱，所述补水箱与储水罐之间通过补水管道连接。
进一步，所述压力调节装置包括压力传感器、机械泄压阀和电动泄压阀，所述压力传感器、机械泄压阀和电动泄压阀安装在支路上。
进一步，所述出水口与进水口的口径比值为1.5～2。
进一步，所述出水口与进水口均沿水平方向开设。
进一步，所述叶轮的叶片形状为内凹的弧面。
本实用新型的工作原理是，储水罐的水经管道流入增压泵，然后经过增压泵加压，接着流入驱动泵，通过第一变压器控制驱动泵中水压大小。水流从驱动泵中出来后，经过管道上安装的流量计速计，从进水口流入水流发电机，水流冲击叶轮叶片，叶片转动带动发电机构进行发电，产生的电进行储存并给负载供电，水流流经水流发电机后从出水口流出，压力变小，流经回水泵抽水，通过管道回流到储水罐中。流量流速计用来测水流速度和流量，并将信号传输到采集控制装置，采集控制装置相应作出反应，控制整个装置的流速、压力等。水流发电机的原理与现有的发电机原理相同，左边是输水管道，大流速的水带动叶轮转动，水叶轮带动转轴旋转，从而带动发电机的转子转动，进而产生电能，水流从出水口出来后，仍带有高压能够满足管道内水压的要求。该发电机构可以通过导线将产生的电能储存在电池中。驱动泵的出水端与储水罐的回水端之间还连接有旁路管道，所述旁路管道上安装有常闭的旁通阀，需要时打开，将多余的水经旁路管道回水到储水罐。所述补水箱用于给储水罐之间补水。叶轮的叶片形状采用内凹的弧面，这种设计可以更好的吸收高压水流所散射的流体能量。
综上，与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1、本实用新型是一种带有背压的余压发电实验装置，装置的出口仍带有高压，能够将注水压差能进行回收利用转换为电能，给出水口附近的设备供电，能够节约大量供电电缆，降低生产成本。
2、本实用新型的实验装置便于分析研究余压水流能回收和利用，能够应用于油田注水管道余压的有效利用，并为油田注水管道余压的利用提供了可靠的理论依据。
3、本实用新型的实验装置既高效又节能，节省开支，也不会对环境造成任何形式的污染。
附图说明
图1为本实用新型一优选实施例的结构示意图。图中，20为补水口；21为排气口。
图2为本实用新型一优选实施例中水流发电机的示意图。
图3为本实用新型一优选实施例中水流发电机的进水口、出水口的示意图。
图4为水流发电机中叶轮的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。根据下面的说明，本实用新型的目的、技术方案和优点将更加清楚。需要说明的是，所描述的实施例是本实用新型的优选实施例，而不是全部的实施例。
结合图1所示，一种管道余压水流能发电实验装置，包括注水管道系统、水流发电机7和采集控制装置10。所述注水管道系统包括通过管道A依次连接的储水罐2、增压泵3、驱动泵4、流量流速计5、回水泵8，所述储水罐2的出水端与增压泵3连接，所述储水罐的回水端与回水泵8连接。流量流速计5与回水泵8之间的管道上连接压力调节装置6。所述压力调节装置6包括压力传感器61、机械泄压阀62和电动泄压阀63，压力传感器61、机械泄压阀62和电动泄压阀63安装在支路D上。所述驱动泵4与第一变压器11电性连接，所述回水泵8与第二变压器12电性连接。为了给储水箱方便补水，本实验装置还优选包括补水箱1，所述补水箱1与储水罐2之间通过补水管道C连接。
所述水流发电机7安装在流量流速计5与回水泵8之间的管道上，水流发电机7包括安装在机壳70内的叶轮71、转轴72和发电机构，所述叶轮71安装在转轴73的一端，所述发电机构包括定子73和安装在转轴72另一端的转子74，所述机壳70上设有沿水平方向开设的进水口701和出水口702，所述出水口702的内径大于进水口701，所述出水口702与进水口701的口径比值优选为1.5～2。水流发电机7与负载13相连接。所述回水泵的出水端安装第二压力传感器9。
所述增压泵3、第一变压器11、第二变压器12及负载13分别与采集控制装置10电性连接。
作为优选，所述驱动泵4的出水端与储水罐的回水端之间还连接有旁路管道B，所述旁路管道B上安装有常闭的旁通阀14，需要时打开，将多余的水经旁路管道回水到储水罐。
为了更好的吸收高压水流所散射的流体能量，所述叶轮71的叶片形状为内凹的弧面。
本实用新型的工作原理是，储水罐的水经管道流入增压泵，然后经过增压泵加压，接着流入驱动泵，通过第一变压器控制驱动泵中水压大小。水流从驱动泵中出来后，经过管道上安装的流量计速计，从进水口流入水流发电机，水流冲击叶轮叶片，叶片转动带动发电机构进行发电，产生的电进行储存并给负载供电，水流流经水流发电机后从出水口流出，压力变小，流经回水泵抽水，通过管道回流到储水罐中。流量流速计用来测水流速度和流量，并将信号传输到采集控制装置，采集控制装置相应作出反应，控制整个装置的流速、压力等。水流发电机的原理与现有的发电机原理相同，左边是输水管道，大流速的水带动叶轮转动，水叶轮带动转轴旋转，从而带动发电机的转子转动，进而产生电能，水流从出水口出来后，仍带有高压能够满足管道内水压的要求。该发电机构可以通过导线将产生的电能储存在电池中。驱动泵的出水端与储水罐的回水端之间还连接有旁路管道，所述旁路管道上安装有常闭的旁通阀，需要时打开，将多余的水经旁路管道回水到储水罐。所述补水箱用于给储水罐之间补水。
以上所述，仅是本实用新型优选实施例的描述说明，并非对本实用新型保护范围的限定，显然，任何熟悉本领域的技术人员基于上述实施例，可轻易想到替换或变化以获得其他实施例，这些均应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种管道余压水流能发电实验装置，其特征在于：包括注水管道系统、水流发电机(7)和采集控制装置(10)，
所述注水管道系统包括通过管道(A)依次连接的储水罐(2)、增压泵(3)、驱动泵(4)、流量流速计(5)、回水泵(8)，所述储水罐(2)的出水端与增压泵(3)连接，所述储水罐的回水端与回水泵(8)连接，流量流速计(5)与回水泵(8)之间的管道上连接压力调节装置(6)，
所述驱动泵(4)与第一变压器(11)电性连接，所述回水泵(8)与第二变压器(12)电性连接，
所述水流发电机(7)安装在流量流速计(5)与回水泵(8)之间的管道上，水流发电机(7)包括安装在机壳(70)内的叶轮(71)、转轴(72)和发电机构，所述叶轮(71)安装在转轴(72)的一端，所述发电机构包括定子(73)和安装在转轴(72)另一端的转子(74)，所述机壳(70)上设有进水口(701)和出水口(702)，所述出水口(702)的内径大于进水口(701)，水流发电机(7)与负载(13)相连接，
所述增压泵(3)、第一变压器(11)、第二变压器(12)及负载(13)分别与采集控制装置(10)电性连接。
2.根据权利要求1所述的管道余压水流能发电实验装置，其特征在于：
所述驱动泵(4)的出水端与储水罐的回水端之间还连接有旁路管道(B)，所述旁路管道(B)上安装有常闭的旁通阀(14)。
3.根据权利要求1所述的管道余压水流能发电实验装置，其特征在于：
还包括补水箱(1)，所述补水箱(1)与储水罐(2)之间通过补水管道(C)连接。
4.根据权利要求1所述的管道余压水流能发电实验装置，其特征在于：
所述压力调节装置(6)包括压力传感器(61)、机械泄压阀(62)和电动泄压阀(63)，压力传感器(61)、机械泄压阀(62)和电动泄压阀(63)安装在支路D上。
5.根据权利要求1所述的管道余压水流能发电实验装置，其特征在于：
所述出水口(702)与进水口(701)的口径比值为1.5～2。
6.根据权利要求5所述的管道余压水流能发电实验装置，其特征在于：
所述出水口(702)与进水口(701)均沿水平方向开设。
7.根据权利要求1所述的管道余压水流能发电实验装置，其特征在于：
所述叶轮(71)的叶片形状为内凹的弧面。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109882340A (zh) * 2019-04-10 2019-06-14 上海海洋大学 一种管道余压水流能发电实验装置

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