RU120525U1

RU120525U1 - DEVICE FOR OBTAINING AND TRANSFORMING MECHANICAL ENERGY OF A FLUID FLOW TO ELECTRICITY

Info

Publication number: RU120525U1
Application number: RU2012113352/07U
Authority: RU
Inventors: Павел Григорьевич Колпахчьян; Людмила Ивановна Лавронова; Роман Борисович Лобов; Ирина Николаевна Сысоева
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии"
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2012-09-20

Abstract

Устройство для получения и преобразования механической энергии потока текучей среды в электроэнергию содержит водоотводящие (сбросные трубы изогнутой формы) и водоподводящие части, соединенные с цилиндрической камерой, жестко скрепленной с двумя кольцевыми поясами статора, отличающееся тем, что объединенные между собой водоподводящая часть, цилиндрическая камера и водоотводящая часть формируют отводной канал, внутри которого расположен турбоэлектрогенератор, состоящий из стотора и ротора, в свою очередь ротор состоит из вала, концы которого закреплены в круглых рамах с крестовинами внутри, приваренных к цилиндрической камере, на валу с помощью упорных подшипников установлены лопасти, в пазухах концов которых закреплены постоянные магниты, статор выполнен в виде кольца из ферромагнитного материала размером не более максимального внешнего диаметра трубопровода, на внутренней части которого в каналах вложены обмотки из изолированного токопроводящего материала, в местах соединения водоподводящей и водоотводящей частей с основным трубопроводом, между фланцами, расположены сетки. A device for receiving and converting mechanical energy of a fluid flow into electricity contains drainage (bent waste pipes) and water supply parts connected to a cylindrical chamber rigidly fastened to two annular stator belts, characterized in that the water supply part, a cylindrical chamber and the drainage part forms a drainage channel, inside which a turboelectric generator is located, consisting of a stator and a rotor, in turn, the rotor consists of a shaft, the ends of which are fixed in round frames with crosses inside, welded to the cylindrical chamber, blades are installed on the shaft using thrust bearings, in in the sinuses of the ends of which permanent magnets are fixed, the stator is made in the form of a ring of ferromagnetic material with a size not exceeding the maximum outer diameter of the pipeline, on the inside of which windings made of insulated conductive material are embedded in the channels, at the junctions of the water supply The drainage and drainage parts with the main pipeline, between the flanges, are grids.

Description

Изобретение относиться к автономному электроснабжению, а именно к устройствам, основанным на использовании потока текучей среды в трубопроводах для генерирования электрической энергии.The invention relates to autonomous power supply, and in particular to devices based on the use of a fluid flow in pipelines to generate electrical energy.

Рассмотрим аналогичное устройство для отбора энергии текучей среды, которое содержит водяное колесо, соединенное механической передачей посредством редуктора с электрогенератором, подшипниковые узлы, опоры, водоподводящую и водоотводящую системы, которое снабжено водоудерживающим элементом, причем водяное колесо посредством ступицы и подшипниковых узлов установлено на оси, закрепленной на опорах, а в качестве электрогенератора использован асинхронный двигатель, связанный с системой автоматического управления, включающей блок коммутационной и измерительной аппаратуры, к которому подключены блоки конденсаторов возбуждения, тиристорных преобразователей, полезной нагрузки, и блок регулирования, защиты и управления, соединенного с блоком тиристорных преобразователей, к которому присоединены блоки балластной нагрузки и конденсаторов возбуждения. (RU 2306453 С2, РФ, МПК F03B 7/00).Consider a similar device for the selection of energy of a fluid, which contains a water wheel connected by a mechanical transmission through a gearbox with an electric generator, bearing units, bearings, water supply and water drainage systems, which is equipped with a water-retaining element, and the water wheel is mounted on an axis fixed by a hub and bearing units on supports, and as an electric generator used an induction motor associated with an automatic control system including a com utatsionnoy and measuring apparatus, to which are connected blocks excitation capacitors, thyristor inverters, payload, and the control unit, protection and control unit connected to thyristor converters, which are attached to the blocks and ballasting capacitors excitation. (RU 2306453 C2, RF, IPC F03B 7/00).

Известна гидроэнергетическая установка для преобразования энергии потока текучей среды в механическую энергию вращения вала, в электрическую, тепловую и акустическую энергии, которая содержит ортогональную турбину с прямолинейными лопастями крыловидного профиля, к выходному валу турбины присоединяют через сцепную муфту, через мультипликатор с валом отбора мощности, рабочую машину типа электрогенераторной, водонасосной, теплонасосной установки, акустической сирены раздельно или в их сочетании, мощность турбины и приводимых рабочих машин регулируют грубо положением предтурбинного и послетурбинного затвора раздельно или в их сочетании, и тонко, параметры качества электроэнергии регулируют при помощи инвертора с применением фазовой автоподстройки частоты по образцовому колебанию кварцевого генератора с делителем частоты при автономной работе и напряжения сети при параллельной работе, гидроэнергетическую установку выполняют наплавной, погружной или на сливных трубах, стационарной или мобильной, выполняют пусковое устройство для турбины с ручным или электромашинным приводом, электрогенераторную установку выполняют по схеме генератор переменного тока - выпрямитель - накопитель электрической энергии - инвертор, при этом накопитель электрической энергии выполняют в виде аккумуляторной батареи или батареи суперконденсаторов, в гидроэнергетическую установку вводят устройства автоматического или ручного управления пуском-остановом турбины и рабочих машин, защиты от аномальных режимов, измерений параметров и учета электроэнергии, автоматики параллельной работы с сетью (RU 2011100529 А, РФ, МПК F03B 3/00).Known hydropower installation for converting the energy of the fluid flow into mechanical energy of rotation of the shaft, into electrical, thermal and acoustic energy, which contains an orthogonal turbine with rectilinear wing-shaped blades, is connected to the output shaft of the turbine through a coupler through a multiplier with a power take-off shaft, working a machine such as an electric generator, water pump, heat pump installation, acoustic siren separately or in combination, power of the turbine and driven workers machines are controlled roughly by the position of the pre-turbine and post-turbine shutter separately or in combination, and finely, the quality parameters of electricity are controlled using an inverter using phase-locked loop according to the model oscillation of a crystal oscillator with a frequency divider during autonomous operation and mains voltage in parallel operation, the hydropower installation is performed floating, immersed or on drain pipes, stationary or mobile, perform a starting device for a turbine with a manual or electric machine With this drive, the generator set is made according to the scheme an alternator - rectifier - electric energy storage device - inverter, while the electric energy storage device is in the form of a rechargeable battery or supercapacitor bank, automatic or manual control devices for starting and stopping the turbine and working machines are introduced into the hydropower installation , protection against abnormal modes, parameter measurements and electricity metering, automation of parallel operation with the network (RU 2011100529 A, RF, IPC F03B 3/00).

За прототип взята гидротурбина (RU 2306452 С2, РФ, МПК F03B 3/00), установленная в основном трубопроводе и содержащая водоподводящую и водоотводящую части (сбросные трубы изогнутой формы), соединенные со спиральной камерой, жестко скрепленной с двум кольцевыми поясами статора, между которыми установлены лопатки направляющего аппарата, в качестве рабочего колеса использовано рабочее колесо центробежного насоса, оно размещено в камере и жестко соединено с валом, расположенном в подшипниковых узлах опоры, вал соединен посредством редуктора с асинхронным двигателем, связанным с системой автоматического управления.The prototype is a hydraulic turbine (RU 2306452 C2, RF, IPC F03B 3/00) installed in the main pipeline and containing water supply and water drainage parts (curved discharge pipes) connected to a spiral chamber rigidly attached to two stator annular belts between which vanes of the guide apparatus are installed, the impeller of the centrifugal pump is used, it is placed in the chamber and rigidly connected to the shaft located in the bearing assemblies of the support, the shaft is connected via a gearbox with async engine connected to the automatic control system.

Недостатками приведенных выше конструкций являются высокие массогабаритные показатели и низкая надежность. В разработанной все необходимые для работы детали расположены в одном корпусе и не требуют дополнительных помещений и особых условий эксплуатации.The disadvantages of the above structures are high overall dimensions and low reliability. In the developed one, all the parts necessary for work are located in one building and do not require additional rooms and special operating conditions.

Основная задача изобретения - создание устройства, которое позволит снизить затраты на получение электроэнергии для автономных потребителей трубопроводных систем; повысить ее надежность и упростить конструкцию, за счет исключения узла уплотнения вала, так как турбина и электрогенератор объединены в одно устройство; снизить затраты на обслуживание оборудования системы и его ремонт, за счет размещения конструкции вне основного потока текучей среды; расширить область применения устройства за счет возможности его работы в широком диапазоне давлений и расхода текучей среды в трубопроводе.The main objective of the invention is the creation of a device that will reduce the cost of generating electricity for autonomous consumers of pipeline systems; increase its reliability and simplify the design, by eliminating the shaft seal assembly, since the turbine and electric generator are combined in one device; reduce maintenance costs of system equipment and its repair, due to the placement of the structure outside the main fluid flow; expand the scope of the device due to the possibility of its operation in a wide range of pressures and flow rates of the fluid in the pipeline.

Технический результат достигается созданием устройства, которое состоит из водоподводящей и водоотводящей частей, цилиндрической камеры, внутри которой расположен турбоэлектрогенератор, состоящий из статора и ротора. Ротор установлен на валу, концы которого закреплены в круглых рамах с крестовинами внутри, приваренных к цилиндрической камере, на валу с помощью упорных подшипников установлены лопасти, в пазах концов которых закреплены постоянные магниты (например, приклеены). Статор выполнен в виде кольца из ферромагнитного материала размером не более максимального внешнего диаметра трубопровода, на внутренней части которого в каналах вложены (возможно приклеены) обмотки из изолированного токопроводящего материала. В местах соединения водоподводящей и водоотводящей частей с основным трубопроводом, между фланцами, расположены сетки для защиты потока текучей среды от попадания инородных тел в случае поломки устройства.The technical result is achieved by creating a device that consists of a water supply and water drainage parts, a cylindrical chamber, inside which a turboelectric generator is located, consisting of a stator and a rotor. The rotor is mounted on a shaft, the ends of which are fixed in round frames with crosses welded to the cylindrical chamber inside, blades are installed on the shaft with thrust bearings, permanent magnets are fixed in the grooves of the ends of them (for example, glued). The stator is made in the form of a ring of ferromagnetic material with a size not exceeding the maximum external diameter of the pipeline, on the inside of which windings of insulated conductive material are embedded (possibly glued) in the channels. At the junction of the water supply and water removal parts with the main pipeline, between the flanges, nets are located to protect the fluid flow from foreign bodies in the event of a device breakdown.

На фиг.1. представлена конструкция устройства.In figure 1. The design of the device is presented.

Предлагаемое изобретение состоит из водоподводящей и водоотводящей частей 1 и 2, цилиндрической камеры 3, внутри которой расположен турбоэлектрогенератор 4, состоящий из статора 5 и ротора 6. Ротор 6 установлен на валу 7, концы которого закреплены в круглых рамах с крестовинами внутри 8, приваренных к цилиндрической камере 3, на валу 7 с помощью упорных подшипников 9 установлены лопасти 10, в пазах концов которых закреплены постоянные магниты 11 (например, приклеены). Статор 5 выполнен в виде кольца из ферромагнитного материала размером не более максимального внешнего диаметра трубопровода, на внутренней части которого в каналах вложены (возможно приклеены) обмотки 12 из изолированного токопроводящего материала. В местах соединения водоподводящей и водоотводящей частей с основным трубопроводом 13, между фланцами 14, расположены сетки 15.The present invention consists of a water supply and water drainage parts 1 and 2, a cylindrical chamber 3, inside which a turboelectric generator 4 is located, consisting of a stator 5 and a rotor 6. The rotor 6 is mounted on a shaft 7, the ends of which are fixed in round frames with crosses inside 8, welded to the cylindrical chamber 3, on the shaft 7 using the thrust bearings 9 mounted blades 10, in the grooves of the ends of which are fixed permanent magnets 11 (for example, glued). The stator 5 is made in the form of a ring of ferromagnetic material with a size not exceeding the maximum external diameter of the pipeline, on the inside of which windings 12 of insulated conductive material are embedded (possibly glued). At the junction of the water supply and water removal parts with the main pipeline 13, between the flanges 14, nets 15 are located.

При протекании текучей среды по трубопроводу часть потока попадает в специально сформированный отводной канал. Полученный поток приводит во вращение ротор турбоэлектрогенератора, установленного внутри цилиндрической камеры. Постоянные магниты, размещенные на лопастях, перемещаются относительно обмоток статора и индуцируют в них электродвижущую силу. Полученная электроэнергия, снимается с обмоток статора и может быть использована для питания элементов систем автоматики и электроприводов арматуры трубопроводов.When a fluid flows through a pipeline, part of the flow enters a specially formed outlet channel. The resulting stream drives the rotor of a turboelectric generator mounted inside a cylindrical chamber. Permanent magnets placed on the blades move relative to the stator windings and induce an electromotive force in them. The resulting electricity is removed from the stator windings and can be used to power the elements of automation systems and electric valves of pipelines.

Claims

A device for producing and converting mechanical energy of a fluid flow into electricity contains drainage (discharge pipes of a curved shape) and water supply parts connected to a cylindrical chamber rigidly fastened to two annular stator belts, characterized in that the water supply part, a cylindrical chamber and interconnected the drainage part forms a drainage channel, inside of which there is a turboelectric generator consisting of a stator and a rotor, in turn, the rotor consists of a shaft, the ends which are fixed in round frames with crosses inside welded to a cylindrical chamber, blades are mounted on the shaft with thrust bearings, permanent magnets are fixed in the axils of the ends of which, the stator is made in the form of a ring of ferromagnetic material no larger than the maximum external diameter of the pipeline, on the inside which windings of insulated conductive material are embedded in the channels, at the junction of the water supply and water removal parts with the main pipeline, between the flanges, laid meshes.