PL223602B1 - System dystrybucji cieczy lub gazu - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy systemu dystrybucji cieczy lub gazu dla wielu odbiorców. W celu takiej dystrybucji tworzona jest sieć rurociągów, które doprowadzają do odbiorców niezbędny dla nich czynnik w postaci cieczy lub gazu.

System dystrybucji musi zapewnić wszystkim odbiorcom stateczność hydrauliczną. Polega to w szczególności na zapewnieniu każdemu odbiorcy otrzymywania cieczy lub gazu nie tylko w potrzebnej mu ilości lecz także w takim ciśnieniu, jakie jest odpowiednie dla jego potrzeb.

W każdym systemie dystrybucji jeden z odbiorców jest położony w sieci w najbardziej niekorzystnym miejscu. Jeżeli odbiorca ten otrzymuje ciecz lub gaz w potrzebnej mu ilości i o wystarczającym mu ciśnieniu, wówczas oznacza to, że we wszystkich pozostałych węzłach sieci występują na dwyżki ciśnienia płynu.

Ciecz lub gaz należy w szczególności podawać ze źródła pod ciśnieniem zależnym od łącznego zapotrzebowania odbiorców. W celu utrzymywania stałego ciśnienia w rurociągu tłocznym sieci wod ociągowej - w rozwiązaniu według polskiego opisu patentowego nr PL 166671 zastosowano pompy zasilające o zmiennej wydajności i/lub takie zespoły pomp zasilających, które są włączane i wyłączane w zależności od łącznych potrzeb odbiorców.

W szczególności, według tego opisu patentowego, w rurociągu tłocznym sieci wodociągowej mierzy się ciśnienie wody za pomocą czujnika ciśnienia, którego sygnał wyjściowy kształtuje się bezpośrednio pod wpływem ciśnienia panującego w tym rurociągu. Sygnał ten przekazuję się następnie do sterownika, gdzie za jego pośrednictwem określa się ciśnienie w rurociągu zasilającym, a także porównuje się go z sygnałem reprezentującym wartość ciśnienia zadaną dla rurociągi tłocznego. Na podstawie tego porównania określa się w sterowniku sygnał nastawy prędkości silnika i sygnałem tym steruje się poprzez regulator prędkości obroty silnika asynchronicznego napędzającego pompę podstawową. Ponadto w sterowniku generuje się też osobne sygnały, którymi steruje się układy załączenia silników napędzających pompy zapasowe pracujące w systemie „włączona - wyłączona” na określonych dla nich stałych parametrach. Jako układy załączenia stosuje się układy zapewniające płynny rozruch i płynne zatrzymanie silników.

Potrzeby poszczególnych odbiorców są jednak znacznie zróżnicowane i zmienne w czasie. Poza tym poszczególni odbiorcy znajdują się w sieci rurociągów w bardzo różnych odległościach od pomp zasilających. Stwarza to niepożądaną możliwość, że odbiorca położony najdalej od pomp zasilających przy dużym zapotrzebowaniu innych odbiorców może otrzymywać ciecz lub gaz w zbyt małej dla niego ilości lub nawet nie otrzymywać zupełnie.

W celu zapobieżenia takiej możliwości w rozwiązaniu według europejskiego opisu patentowego nr EP1126089 zastosowano dodatkową pompę, znajdującą się pomiędzy pompą zasilającą a punktem odbioru wody. Tę dodatkową pompę umieszczono bezpośrednio przed wejściem rurociągu dostarczającego wodę odbiorcy lub grupie odbiorców. Włączanie, wyłączanie i sposób pracy takiej dodatkowej pompy steruje się sygnałem z czujnika ciśnienia wody znajdującego się u odbiorcy lub przed wejściem rurociągu zasilającego grupę odbiorców.

Innym sposobem zagwarantowania odbiorcy położonemu najdalej od pomp zasilających, że będzie otrzymywał ciecz lub gaz i to w odpowiedniej dla niego ilości, jest dławienie przepływu i ciśnienia cieczy lub gazu w rurociągach zasilających innych odbiorców. Takie dławienie jest prowadzone różnymi sposobami.

Najczęstszym sposobem dławienia przepływu i ciśnienia cieczy lub gazu jest kryzowanie, polegające na punktowym zmniejszeniu wymiarów otworu przelotowego w rurociągu. Wadą tego sposobu jest brak możliwości regulacji dławienia w zależności od potrzeb. W celu uzyskania innego stopnia dławienia jedyną możliwością jest bowiem demontaż kryzy i jej wymiana na inną, posiadającą odpowiednie wymiary otworu przelotowego.

W celu umożliwienia regulacji stopnia dławienia przepływu i ciśnienia cieczy lub gazu bez t akiego demontażu stosuje się zamiast kryz różnego rodzaju elementy regulacyjne, takie jak klapy, kurki czy zawory. Te elementy regulacyjne mogą być regulowane ręcznie, przez siłowniki bezpośredniego działania lub elektrycznie - impulsami elektrycznymi wysyłanymi ze sterowni. Przykładowo - taką regulację stopnia dławienia przepływu i ciśnienia cieczy lub gazu zastosowano w rozwiązaniach według opisów patentowych: polskiego nr PL 159301, szwajcarskiego nr CH315823 czy europejskiego nr EP0693970.

PL 223 602 B1

Całkowicie odmienny sposób dławienia przepływu i ciśnienia cieczy lub gazu stosuje się w rozwiązaniu według opisu patentowego polskiego nr PL 201431. Został tu zastosowany wpięty w rurociąg układ szeregowo wygiętych rurowych elementów, połączonych z sobą tak, aby tworzyły co najmniej jedną sinusoidalną falę.

Podobnego sposobu dławienia dotyczy rozwiązanie według opisu patentowego polskiego nr PL 201432. W tym rozwiązaniu dławienie przepływu i ciśnienia cieczy lub gazu następuje przez wpięcie w rurociąg elementu rurowego wygiętego w postaci pętli lub układu wielu takich rurowych elementów połączonych z sobą szeregowo tak, że wylot poprzedniej pętli stanowi wlot następnej pętli.

Wadą wszystkich opisanych wyżej rozwiązań jest dyssypacja energii kinetycznej, jaka zachodzi podczas dławienia przepływu i ciśnienia cieczy lub gazu przepływającego przez rurociąg. W szczególności polega ona na tym, że podczas dławienia przepływu wszystkimi wyżej opisanymi znanymi sposobami następuje przekształcenie energii uporządkowanego ruchu strumienia cieczy lub gazu w energię chaotycznie rozłożoną i rozproszoną: w energię ruchów termicznych cząsteczek (ciepło) i w energię fali akustycznej. Ta chaotycznie rozłożona i rozproszona energia jest zgodnie z drugą zasadą termodynamiki bezpowrotnie tracona.

Celem wynalazku jest częściowe odzyskiwanie energii uporządkowanego ruchu strumienia cieczy lub gazu traconej podczas dławienia przepływu tego strumienia w znanych sieciach dystr ybucyjnych.

System dystrybucji cieczy lub gazu według wynalazku polega na tym, że w rurociągu doprow adzającym ciecz lub gaz z jego źródła do odbiorcy lub/i grupy odbiorców ma napędzany tą cieczą lub tym gazem dynamiczny element obrotowy, który za pośrednictwem osi wprowadza w ruch generator prądu elektrycznego.

Jeżeli w systemie dystrybucji ciecz lub gaz po wykorzystaniu zawraca się, wówczas w rurociągu powrotnym odprowadzającym ciecz lub gaz do jego źródła od odbiorcy lub/i grupy odbiorców może mieć analogiczny, napędzany tą cieczą lub tym gazem, dynamiczny element obrotowy, który za pośrednictwem osi wprowadza w ruch generator prądu elektrycznego.

Istnieją sytuacje, kiedy jest niemożliwy lub utrudniony dostęp do energii elektrycznej na przykład w celach sterowania czy łączności. Jeżeli w systemie dystrybucji cieczy lub gazu ta ciecz lub ten gaz po wykorzystaniu zawraca się, wówczas ta odmiana wynalazku umożliwia łatwe uzyskanie energii elektrycznej w tym celu. Polega to na tym, że rurociąg doprowadzający płyn do odbiorcy lub/i grupy odbiorców jest połączony z rurociągiem powrotnym za pomocą rurociągu pośredniego. Rurociąg pośredni ma wówczas napędzany tą cieczą lub tym płynem dynamiczny element obrotowy, który za p ośrednictwem osi wprowadza w ruch generator prądu elektrycznego.

Generator prądu elektrycznego oraz dynamiczny element obrotowy mają wspólną oś. Jeśli jednak wskazane jest, aby generator prądu elektrycznego i dynamiczny element obrotowy miały niejednakowe obroty, wówczas obydwa te urządzenia mają oddzielne osie połączone z sobą za pomocą przekładni zębatej lub ciernej.

Oś dynamicznego elementu obrotowego może być napędzana cieczą lub tym gazem i wprowadzana nim w ruch obrotowy w dowolny sposób, w urządzeniach analogicznych do pomp.

Przykładowo może to następować za pomocą umieszczonych w jego korpusie łopatek śmigłowych osadzonych na ułożyskowanej w nim osi.

Inną możliwością jest dynamiczny element obrotowy, który ma na osi śrubowy ślimak, przylegający do wewnętrznej powierzchni korpusu. Pomiędzy sąsiednimi dwoma zwojami tego ślimaka element obrotowy ma jeden z zębów koła ślimakowego obracającego się wokół swojej własnej osi.

Jeszcze inną możliwością jest dynamiczny element obrotowy, w którym oś jest osadzona w jego korpusie mimośrodowo, przy czym ta oś jest umocowana w walcu posiadającym promieniste otwory. W otworach tych są osadzone suwliwie zastawki, dociskane czołowo do wewnętrznej powierzchni korpusu za pomocą elementów sprężystych.

Jako napędzany przez dynamiczny element obrotowy generator prądu elektrycznego może służyć prądnica prądu przemiennego, alternator lub prądnica prądu stałego.

Niezbędne jest, aby do odbiornika był doprowadzany prąd elektryczny wymaganego dla tego odbiornika rodzaju (przemienny lub stały) oraz o odpowiednim napięciu i częstotliwości. Jeżeli prąd elektryczny podawany z generatora jest innego rodzaju, ma inne napięcie czy inna częstotliwość prąd elektryczny z generatora wówczas jest on przesyłany przewodami do odbiornika poprzez przetwornik prądu elektrycznego. Przetwornik ten zmienia parametry prądu elektrycznego wychodzącego z gene4

PL 223 602 B1 ratora na parametry odpowiednie dla odbiornika prądu elektrycznego. Jako taki przetwornik może przykładowo służyć przetwornica, prostownik, transformator, falownik czy zasilacz.

Dławienie przepływu i ciśnienia cieczy lub gazu w rurociągach zasilających polega w systemie dystrybucji według wynalazku na tym, że płyn ten napotyka w dynamicznym elemencie obrotowym na opór wynikający z oporów elektrodynamicznych generatora prądu elektrycznego. Zwiększając obciążenie tego generatora produkuje się więcej prądu. Następuje wówczas zwiększenie oporów hydraulicznych i tym samym zmniejszenie ciśnienia płynu w rurociągu za urządzeniem dławiącym.

Dzięki możliwości dowolnego stopnia obciążania generatora prądu elektrycznego możliwa jest płynna regulacja hydrauliczna sieci. Wytworzony prąd elektryczny można wykorzystywać w dowolny sposób lub sprzedawać go do sieci energetycznej.

Przykłady systemu dystrybucji cieczy lub gazu dla wielu odbiorców objaśniono na rysunku, w którym:

- fig. 1 pokazuje schemat sieci dystrybucyjnej cieczy lub gazu obejmujący tylko rurociągi zasilające,

- fig. 2 pokazuje schemat sieci dystrybucyjnej cieczy lub gazu obejmujący rurociągi zarówno zasilające jak i powrotne,

- fig. 3 i 4 pokazują schematy blokowe ilustrujące powiązania mechaniczne i elektryczne pomiędzy dynamicznym elementem obrotowym a odbiornikiem prądu elektrycznego,

- fig. 5, 6, 7 i 8 pokazują przykładowe rozwiązania dynamicznego elementu obrotowego w systemie według wynalazku.

Jak pokazano na fig. 1 rysunku - w systemie dystrybucji ciecz lub gaz o najmniejszym ciśnieniu otrzymuje rurociągiem zasilającym 5 najdalej położony odbiorca 3. Do tego odbiorcy ciecz lub gaz może być doprowadzona ze źródła 1 bezpośrednio, bez jakichkolwiek pośrednich urządzeń dławiących. Natomiast dla innych odbiorców 2 lub/i grup odbiorców 2 instaluje się w rurociągu napędzane tą cieczą lub tym gazem dynamiczne elementy 4 obrotowe.

Na fig. 2 rysunku pokazano system dystrybucji cieczy lub gazu, w którym tę ciecz lub ten gaz po wykorzystaniu zawraca się. Wówczas także w rurociągu (6) powrotnym odprowadzającym ciecz lub gaz do jego źródła (1) od odbiorcy (2) lub/i grupy odbiorców (2) system może mieć napędzane tą cieczą lub tym gazem dynamiczne elementy (4) obrotowe, które za pośrednictwem osi (8) wprowadzają w ruch generatory (7) prądu elektrycznego.

Istnieją sytuacje, kiedy jest niemożliwy lub utrudniony dostęp do energii elektrycznej na przykład w celach sterowania czy łączności. Jak pokazano na fig. 2 rysunku - wówczas rurociąg 5 doprowadzający płyn do odbiorcy lub/i grupy odbiorców jest połączony z rurociągiem 6 powrotnym za pomocą rurociągu pośredniego 20. Rurociąg 20 pośredni ma napędzany tą cieczą lub tym płynem dynamiczny element 4 obrotowy, który jak to pokazano na fig. 3 rysunku, za pośrednictwem osi 8 wprowadza w ruch generator 7 prądu elektrycznego. Prąd ten jest przesyłany przewodem 9 do odbiornika 10 prądu elektrycznego. Generatorem 7 prądu elektrycznego może być prądnica prądu przemiennego, alternator lub prądnica prądu stałego.

Fig. 4 rysunku pokazuje inny przykład sposobu wprowadzania w ruch generatora 7 prądu elektrycznego. Generator 7 ma własną oś 12 napędzaną z osi 8 dynamicznego elementu 4 obrotowego za pomocą przekładni składającej się z dwóch kół 11 zębatych. Tu również generatorem 7 prądu elektrycznego może być prądnica prądu przemiennego, alternator lub prądnica prądu stałego.

Niezbędne jest, aby do odbiornika 10 był doprowadzany prąd elektryczny w wymaganym rodzaju (przemienny lub stały) oraz o odpowiednim napięciu i częstotliwości. Jeżeli prąd elektryczny podawany z generatora 7 jest innego rodzaju, ma inne napięcie czy inna częstotliwość wówczas jest on przesyłany przewodami 9 do odbiornika 10 za pośrednictwem przetwornika 23 prądu elektrycznego. Zostało to pokazane na fig. 3 rysunku. Przetwornik 23 zmienia parametry prądu elektrycznego wychodzącego z generatora 7 na parametry odpowiednie dla odbiornika 10 prądu elektrycznego. Jako przetwornik 23 prądu elektrycznego może przykładowo służyć przetwornica, prostownik, transformator, falownik czy zasilacz.

Przykładowe wykonania dynamicznego elementu 4 obrotowego w wersji śrubowej pokazano na fig. 5 i 6 rysunku. W tej wersji oś 8, ułożyskowana w korpusie 13, jest wprowadzana w ruch obrotowy za pomocą łopatek 14 śmigłowych. Kierunek przepływu cieczy lub gazu oraz kierunek obrotu osi 8 został pokazany za pomocą strzałek.

W wersji śrubowej, zwanej także ślimakową, przykładowe wykonania dynamicznego elementu 4 obrotowego pokazano na fig. 7 rysunku. Dynamiczny element 4 obrotowy w tej wersji ma na osi 8,

PL 223 602 B1 ułożyskowanej w korpusie 13, śrubowy ślimak 15, który przylega do wewnętrznej powierzchni korpusu 13. Pomiędzy jedną z par sąsiednich zwojów ślimaka 8 dynamiczny element 4 obrotowy ma jeden z zębów 17 koła 22 ślimakowego, które obraca się wokół swojej osi 16. Kierunek przepływu cieczy lub gazu oraz kierunek obrotu osi 8 został pokazany za pomocą strzałek.

W innej wersji, pokazanej na fig. 8 rysunku, oś 8 jest osadzona w korpusie 13 dynamicznego elementu obrotowego mimośrodowo. Na tej osi 8 jest umocowany walec 21, który ma promieniste otwory z osadzonymi w nich suwliwie zastawkami 18, dociskanymi czołowo do wewnętrznej powierzchni korpusu 13 za pomocą elementów 19 sprężystych. Kierunek przepływu cieczy lub gazu oraz kierunek obrotu osi 8 został pokazany za pomocą strzałek.

Claims (13)

1. System dystrybucji cieczy lub gazu, znamienny tym, że w rurociągu (5) doprowadzającym ciecz lub gaz z jego źródła (1) do odbiorcy (2) lub/i grupy odbiorców (2) ma napędzany tą cieczą lub tym gazem dynamiczny element (4) obrotowy, który za pośrednictwem osi (8) wprowadza w ruch generator (7) prądu elektrycznego.

2. System dystrybucji cieczy lub gazu, w którym ta ciecz lub ten gaz po wykorzystaniu zawraca się, znamienny tym, że w rurociągu (6) powrotnym odprowadzającym ciecz lub gaz do jego źródła (1) od odbiorcy (2) lub/i grupy odbiorców (2) ma napędzany tą cieczą lub tym gazem dynamiczny element (4) obrotowy, który za pośrednictwem osi (8) wprowadza w ruch generator (7) prądu elektrycznego.

3. System dystrybucji cieczy lub gazu, w którym ta ciecz lub ten gaz po wykorzystaniu zawraca się rurociągiem powrotnym, znamienny tym, że rurociąg (5) doprowadzający płyn do odbiorcy (2) lub/i grupy odbiorców (2) jest połączony z rurociągiem (6) powrotnym za pomocą rurociągu (20) pośredniego, przy czym rurociąg (20) pośredni ma napędzany tą cieczą lub tym płynem dynamiczny element (4) obrotowy, który za pośrednictwem osi (8) wprowadza w ruch generator (7) prądu elektrycznego.

4. System według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że generator (7) prądu elektrycznego oraz dynamiczny element (4) obrotowy mają wspólną oś (8).

5. System według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że generator (7) prądu elektrycznego ma oś (12), zaś dynamiczny element (4) obrotowy ma drugą oś (8), przy czym obydwie osie (8, 12) są połączone z sobą za pomocą przekładni (11) zębatej lub ciernej.

6. System według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że prąd elektryczny z generatora (7) prądu elektrycznego jest przesyłany przewodem (9) do odbiornika (10) prądu elektrycznego.

7. System według zastrz. 6, znamienny tym, że prąd elektryczny z generatora (7) prądu elektrycznego jest przesyłany przewodami (9) do odbiornika (10) prądu elektrycznego poprzez przetwornik (23).

8. System według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, znamienny tym, że dynamiczny element (4) obrotowy ma oś (8) wprowadzaną w ruch obrotowy za pomocą umieszczonych w jego korpusie (13) łopatek (14) śmigłowych osadzonych na tej ułożyskowanej w nim osi (8).

9. System według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, znamienny tym, że dynamiczny element (4) obrotowy ma na osi (8) ułożyskowanej w korpusie (13), śrubowy ślimak (15), który przylega do wewnętrznej powierzchni korpusu (13), przy czym pomiędzy jedną z par sąsiednich zwojów ślimaka (8) dynamiczny element (4) obrotowy ma jeden z zębów (17) koła (22) ślimakowego, które obraca się wokół swojej osi (16).

10. System według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, znamienny tym, że ma oś (8) osadzoną w korpusie (13) dynamicznego elementu (4) obrotowego mimośrodowo, przy czym na tej osi (8) jest umocowany walec (21), który ma promieniste otwory z osadzonymi w nich suwliwie zastawkami (18), dociskanymi czołowo do wewnętrznej powierzchni korpusu (13) za pomocą elementów (19) sprężystych.

11. System według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, znamienny tym, że generatorem (7) prądu elektrycznego jest prądnica prądu przemiennego.

PL 223 602 B1

12. System według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, znamienny tym, że generatorem (7) prądu elektrycznego jest alternator.

13. System według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, znamienny tym, że generatorem (7) prądu elektrycznego jest prądnica prądu stałego.