RU2781027C1 - Rotor module, autonomous power generator containing rotor module, and pipe deposition control system including autonomous electric generator - Google Patents

Rotor module, autonomous power generator containing rotor module, and pipe deposition control system including autonomous electric generator Download PDF

Info

Publication number
RU2781027C1
RU2781027C1 RU2022112346A RU2022112346A RU2781027C1 RU 2781027 C1 RU2781027 C1 RU 2781027C1 RU 2022112346 A RU2022112346 A RU 2022112346A RU 2022112346 A RU2022112346 A RU 2022112346A RU 2781027 C1 RU2781027 C1 RU 2781027C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
module
electric generator
autonomous
housing
Prior art date
Application number
RU2022112346A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Александрович Башмур
Эльвин Шакир оглы Мусазаде
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2781027C1 publication Critical patent/RU2781027C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: rotary modules.
SUBSTANCE: inventions group relates to a rotary module, an autonomous electric generator with the indicated rotary module, as well as to a system for combating pipe deposits using the indicated autonomous electric generator. The module contains a prefabricated housing (8), consisting of the upper and lower parts (9, 10), made in the form of cups with a through axial cylindrical cutout in the bases (11, 12). In the housing (8) on the bearings (4, 5) there is a rotor (2), which is a hollow cylindrical body with a relief on the inner surface, in the cavity of which the fluid flow passes. At the upper and lower ends, the rotor (2) has annular support ledges (6, 7) facing the housing (8) intended for mounting the bearings (4, 5) into the seats formed in the housing (8). In this case, the bearings (4, 5) rest on the one side on the protrusions (6, 7), and on the other side in the bases (11, 12) and the walls of the cups.
EFFECT: invention is aimed at improving the efficiency, reliability and expanding the functionality of the rotor module, the electric generator, as well as the pipe deposit control system.
10 cl, 3 dwg

Description

Группа изобретений относится к области энергетического машиностроения и нефтегазовой промышленности. Изобретения предназначены для использования в автономных турбинах для выработки электроэнергии путем преобразования энергии потока среды в механическую энергию вращения, в частности, для питания внутрискважинных устройств, приборов и оборудования различного типа, а также для использования в составе мини- и микро-ГЭС. Также представляется актуальным использование роторного модуля турбин в составе гидроприводов, автономных когенерационных установок и электрогенераторов для электропитания: в магистральных и промысловых трубопроводах приводов запорной, регулирующей и предохранительной арматуры, устройств электрохимической защиты от коррозии, измерительных и диагностических приборов.The group of inventions relates to the field of power engineering and the oil and gas industry. The inventions are intended for use in autonomous turbines for generating electricity by converting the energy of the medium flow into mechanical energy of rotation, in particular, for powering downhole devices, instruments and equipment of various types, as well as for use as part of mini- and micro-hydroelectric power plants. It also seems relevant to use the rotor module of turbines as part of hydraulic drives, autonomous cogeneration plants and electric generators for power supply: in main and field pipelines, drives of shut-off, control and safety valves, electrochemical corrosion protection devices, measuring and diagnostic instruments.

Известен ротор генератора питания скважинной аппаратуры, содержащий защитный корпус и, по меньшей мере, один узел крепления, электрический разъем, установленный на валу ротор с турбинным лопастным колесом [патент РФ №2334099 С1, МПК Е21В 47/00, дата приоритета 09.01.2007, дата публикации 20.09.2008, автор Болотин Н.Б., RU].Known rotor power generator downhole equipment containing a protective housing and at least one mount, electrical connector mounted on the shaft of the rotor with a turbine impeller [RF patent No. 2334099 C1, IPC E21V 47/00, priority date 09.01.2007 publication date 20.09.2008, author Bolotin N.B., RU].

К недостаткам изобретения относятся низкая надежность и функциональное ограничение ввиду того, что устройство устанавливается внутри трубы и существенно сужает живое сечение потока, при этом установка ротора с турбинным лопастным колесом приводит к разрушению целостности потока, например нефтегазового ядра, вследствие чего газ может схлопываться на лопастях, вызывая повышенный износ, также ротор с турбинным лопастным колесом существенно зависит от свойств протекающей среды, например, ее плотности и вязкости.The disadvantages of the invention include low reliability and functional limitation due to the fact that the device is installed inside the pipe and significantly narrows the free flow area, while the installation of a rotor with a turbine blade wheel leads to the destruction of the integrity of the flow, for example, an oil and gas core, as a result of which the gas can collapse on the blades, causing increased wear, also the rotor with a turbine impeller is significantly dependent on the properties of the flowing medium, for example, its density and viscosity.

Известно турбинное устройство с винтовой лопастью, содержащее, по меньшей мере, один спиральный ротор, вращаемый вокруг своей оси [номер публикации международной заявки WO №2004/067957 А1, дата приоритета 30.01.2003, дата публикации 28.01.2004, автор: Eielsen J.I.; также опубликовано, как патент РФ на изобретение №2487262 С2, дата публикации 10.07.2013, автор Эйелсен Й.И., NO].A turbine device with a helical blade is known, containing at least one helical rotor rotating around its axis [publication number of the international application WO No. 2004/067957 A1, priority date 30.01.2003, publication date 01.28.2004, author: Eielsen J.I.; also published as a patent of the Russian Federation for the invention No. 2487262 C2, publication date 07/10/2013, author Eyelsen Y.I., NO].

Недостаток изобретения выражен в его функциональном ограничении ввиду того, что устройство необходимо устанавливать под углом к направлению движения потока, вследствие чего нет возможности установить устройство в ограниченном пространстве, например, в трубопроводе, поскольку конструкция трубы не позволяет установить ротор под большим углом к направлению потока, а при отклонении на небольшие углы ротора турбина будет иметь малую мощность, при этом вспомогательный узел наклона турбины уменьшает ее надежность.The disadvantage of the invention is expressed in its functional limitation due to the fact that the device must be installed at an angle to the flow direction, as a result of which it is not possible to install the device in a limited space, for example, in a pipeline, since the pipe design does not allow the rotor to be installed at a large angle to the flow direction, and with a deviation at small angles of the rotor, the turbine will have low power, while the auxiliary turbine tilt assembly reduces its reliability.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа роторного модуля, является ротор электрогенератора, выполненный в виде полого цилиндрического тела с рельефом на внутренней поверхности, установленного в подшипниках с возможностью вращения вокруг оси полого цилиндрического тела, при этом внутренняя поверхность полого цилиндрического тела выполнена или с шероховатостью, или с микрорельефом, или с макрорельефом [патент РФ №2695735 С1, МПК F15D 1/12, Е21В 41/00, дата приоритета 05.12.2018, дата публикации 25.07.2019, авторы: Башмур К.А., Петровский Э.А., RU, прототип].The closest technical solution chosen as a prototype of the rotor module is the electric generator rotor, made in the form of a hollow cylindrical body with a relief on the inner surface, installed in bearings with the possibility of rotation around the axis of the hollow cylindrical body, while the inner surface of the hollow cylindrical body is made either with roughness, or with microrelief, or with macrorelief [RF patent No. 2695735 C1, IPC F15D 1/12, E21B 41/00, priority date 12/05/2018, publication date 07/25/2019, authors: Bashmur K.A., Petrovsky E. A., RU, prototype].

К недостаткам прототипа роторного модуля относятся низкая эффективность, надежность и функциональные ограничения конструкции ввиду того, что устройство неустойчиво вследствие установки подшипниковых узлов в стенку ротора и возможного их взаимодействия с потоком среды, что может привести к повышенному коррозионному и эрозионному износам, при этом возможности проведения капитального ремонта скважин при действии избыточного давления в заколонном пространстве ограничены, а на конструкциях из металла возможно более интенсивное образование отложений из-за повышенной сцепляемости с углеводородами, при этом мощности потока может быть недостаточно для раскрутки роторного модуля.The disadvantages of the rotor module prototype include low efficiency, reliability and functional limitations of the design due to the fact that the device is unstable due to the installation of bearing assemblies in the rotor wall and their possible interaction with the medium flow, which can lead to increased corrosion and erosion wear, while the possibility of overhaul repair of wells under the action of excessive pressure in the annulus are limited, and on metal structures, more intensive formation of deposits is possible due to increased adhesion to hydrocarbons, while the flow power may not be enough to spin the rotor module.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа электрогенератора, является скважинный электрогенератор, содержащий генератор с обмоткой возбуждения, вращатель в виде безлопастной турбины с системой магнитов, блок пьезогенератора, преобразователь переменного тока [патент РФ №2695735 С1, МПК F15D 1/12, Е21В 41/00, дата приоритета 05.12.2018, дата публикации 25.07.2019, авторы: Башмур К.А., Петровский Э.А., RU, прототип].The closest technical solution chosen as a prototype of the electric generator is a downhole electric generator containing a generator with an excitation winding, a rotator in the form of a bladeless turbine with a system of magnets, a piezoelectric generator unit, an AC converter [RF patent No. 2695735 C1, IPC F15D 1/12, E21B 41/00, priority date 12/05/2018, publication date 07/25/2019, authors: Bashmur K.A., Petrovsky E.A., RU, prototype].

Недостатком прототипа электрогенератора является низкая надежность, эффективность и функциональные ограничения, выраженные тем, что обмотка возбуждения и система магнитов расположены в затрубном пространстве, вследствие чего невозможно его применение и использование оборудования при проведении технологических операций в скважине, связанных с затрубным пространством между насосно-компрессорной колонной труб и обсадной колонной, например: при операциях капитального ремонта скважин, в частности изоляции пластов; добычи углеводородов с помощью струйных насосов; использовании скважинных газосепараторов или дегазаторов с переливом флюида в обсадную колонну, а использование металлического роторного модуля может вызвать недостаток мощности потока для его раскрутки.The disadvantage of the prototype electric generator is low reliability, efficiency and functional limitations, expressed by the fact that the excitation winding and the system of magnets are located in the annulus, as a result of which it is impossible to use it and use the equipment during technological operations in the well associated with the annulus between the tubing string pipes and casing, for example: during well workover operations, in particular formation isolation; extraction of hydrocarbons using jet pumps; the use of downhole gas separators or degasifiers with fluid overflow into the casing, and the use of a metal rotor module can cause a lack of flow power to spin it up.

В качестве прототипа системы борьбы с трубными отложениями принят известный автономный гибридный комплекс для борьбы с асфальто-смоло-парафиновыми отложениями в нефтяной скважине, содержащий нагревательный модуль в виде греющего кабеля, подключенного к источникам питания в виде ветроэлектрической и фотоэлектрической установок [патент РФ №2703040 С1, МПК Е21В 36/04, Е21В 37/00, дата приоритета 19.06.2018, дата публикации 15.10.2019, авторы: Вельский А.А., Добуш B.C., Михайлов М.Э., RU, прототип].As a prototype system for combating pipe deposits, a well-known autonomous hybrid complex for combating asphalt-resin-paraffin deposits in an oil well was adopted, containing a heating module in the form of a heating cable connected to power sources in the form of wind and photovoltaic installations [RF patent No. 2703040 C1 , IPC E21B 36/04, E21B 37/00, priority date 06/19/2018, publication date 10/15/2019, authors: Velsky A.A., Dobush B.C., Mikhailov M.E., RU, prototype].

Недостатками прототипа системы борьбы с трубными отложениями являются низкая эффективность, надежность и функциональные ограничения ввиду того, что источник электроэнергии находится на поверхности, при этом он зависим от внешних факторов и воздействий, например, погодных условий, временных и географических рамок действия солнечного излучения, а также то, что кабель питания протягивается на протяжении всей колонны труб, что увеличивает потери энергии пропорционально ее длине, затрудняет проведение спускоподъемных операций с колонной и увеличивает затраты на комплекс, при этом не используются другие устройства, обеспечивающие дополнительные методы воздействия на отложения для борьбы с ними.The disadvantages of the prototype system for dealing with pipe deposits are low efficiency, reliability and functional limitations due to the fact that the source of electricity is on the surface, while it is dependent on external factors and influences, for example, weather conditions, time and geographical scope of solar radiation, as well as the fact that the power cable is pulled throughout the entire pipe string, which increases energy losses in proportion to its length, makes it difficult to trip the string and increases the cost of the complex, while other devices are not used that provide additional methods of influence on deposits to combat them.

Технической проблемой, решаемой изобретениями, объединенными единым изобретательским замыслом, является увеличение эффективности, надежности и расширение функциональных возможностей роторного модуля, электрогенератора, новые конструктивные решения которых существенно повысят эффективность системы борьбы с трубными отложениями.The technical problem solved by the inventions, united by a single inventive concept, is to increase the efficiency, reliability and expand the functionality of the rotor module, the electric generator, the new design solutions of which will significantly increase the efficiency of the pipe deposit control system.

Для решения технической проблемы предложен роторный модуль, содержащий установленный в подшипниках с возможностью вращения вокруг продольной оси ротор, представляющий собой полое цилиндрическое тело с рельефом на внутренней поверхности, в полости которого проходит поток текучей среды, при этом внутренняя поверхность полого цилиндрического тела выполнена или с шероховатостью, или с микрорельефом, или с макрорельефом. Новым является то, что роторный модуль содержит сборный корпус, состоящий из верхней и нижней частей, соединенных разъемным соединением и выполненных в форме стаканов со сквозным осевым цилиндрическим вырезом в их основаниях, а ротор на верхнем и нижнем торцах имеет кольцевые опорные выступы, обращенные в сторону корпуса, и установлен в корпус с образованием посадочных мест, представляющих собой внутренние полости, в которых установлены подшипники, опирающиеся с одной стороны на кольцевые опорные выступы ротора, а с другой стороны в основания и стенки стаканов.To solve the technical problem, a rotor module is proposed, containing a rotor installed in bearings with the possibility of rotation around the longitudinal axis, which is a hollow cylindrical body with a relief on the inner surface, in the cavity of which a fluid flow passes, while the inner surface of the hollow cylindrical body is made or with a roughness , or with a microrelief, or with a macrorelief. What is new is that the rotor module contains a prefabricated body, consisting of the upper and lower parts, connected by a detachable connection and made in the form of cups with a through axial cylindrical cutout in their bases, and the rotor at the upper and lower ends has annular support ledges facing to the side. housing, and installed in the housing with the formation of seats, which are internal cavities in which bearings are installed, based on one side on the annular support ledges of the rotor, and on the other side in the bases and walls of the cups.

Согласно изобретению, в основании верхней части корпуса выполнен кольцевой паз с образованием цилиндрического продольного выступа, направленного в сторону подшипника, при этом верхний торец кольцевого опорного выступа ротора выполнен ступенчатым под установку верхнего подшипника.According to the invention, an annular groove is made at the base of the upper part of the housing with the formation of a cylindrical longitudinal protrusion directed towards the bearing, while the upper end of the annular support protrusion of the rotor is stepped for the installation of the upper bearing.

Согласно изобретению, нижний торец кольцевого опорного выступа ротора выполнен ступенчатым под установку нижнего подшипника в основании нижней части корпуса.According to the invention, the lower end of the annular support ledge of the rotor is stepped for the installation of the lower bearing at the base of the lower part of the housing.

Согласно изобретению, между основаниями стаканов и ротором установлены уплотнения, граничащие с потоком среды.According to the invention, seals are installed between the bases of the cups and the rotor, adjoining the medium flow.

Согласно изобретению, ротор выполнен из полимерного материала.According to the invention, the rotor is made of a polymeric material.

Для решения технической проблемы предложен автономный электрогенератор, содержащий статор с обмоткой возбуждения, вращатель в виде безлопастной турбины с системой магнитов, блок пьезогенератора, преобразователь переменного тока. Новым является то, что в качестве вращателя автономный электрогенератор содержит, по меньшей мере, один вышеупомянутый роторный модуль.To solve the technical problem, an autonomous electric generator is proposed, containing a stator with an excitation winding, a rotator in the form of a bladeless turbine with a system of magnets, a piezoelectric generator unit, and an AC converter. What is new is that, as a rotator, an autonomous electric generator contains at least one of the aforementioned rotary modules.

Согласно изобретению, блок пьезогенератора вынесен в отдельный модуль.According to the invention, the piezoelectric generator block is placed in a separate module.

Для решения технической проблемы предложена система борьбы с трубными отложениями, содержащая нагревательный модуль, подключенный к источнику питания. Новым является то, что система содержит, по меньшей мере, один источник питания, выполненный в виде вышеупомянутого автономного электрогенератора, причем автономный электрогенератор содержит гидродинамический модуль, выполненный в виде вышеупомянутого роторного модуля.To solve the technical problem, a system for combating pipe deposits is proposed, containing a heating module connected to a power source. What is new is that the system contains at least one power source, made in the form of the aforementioned autonomous electric generator, and the autonomous electric generator contains a hydrodynamic module, made in the form of the aforementioned rotary module.

Согласно изобретению, система дополнительно содержит модуль накопления и управления энергией.According to the invention, the system further comprises an energy storage and management module.

Согласно изобретению, система дополнительно содержит модуль ультразвуковой генерации колебаний.According to the invention, the system further comprises an ultrasonic vibration generation module.

На фиг.1 представлен продольный разрез роторного модуля; на фиг.2 -продольный разрез автономного электрогенератора; на фиг.3 - схема системы борьбы с трубными отложениями.Figure 1 shows a longitudinal section of the rotary module; figure 2 is a longitudinal section of an autonomous power generator; figure 3 is a diagram of a system for dealing with pipe deposits.

Роторный модуль 1 (фиг.1) содержит ротор 2, выполненный в виде полого цилиндрического тела с регулярным рельефом 3 на его внутренней поверхности, причем рельеф 3 может являться гладкой поверхностью с некоторой шероховатостью или микрорельефом, или макрорельефом. Ротор 2 установлен в подшипниках 4 и 5. Цилиндрическое тело ротора 2 на верхнем и нижнем торцах имеет кольцевые опорные выступы 6 и 7 соответственно и установлено в сборном корпусе 8, состоящем из верхней 9 и нижней 10 частей, соединенных разъемным, в частности, резьбовым соединением, и выполненных в форме стакана со сквозным осевым цилиндрическим вырезом в его основаниях 11 и 12.The rotor module 1 (figure 1) contains a rotor 2 made in the form of a hollow cylindrical body with a regular relief 3 on its inner surface, and the relief 3 may be a smooth surface with some roughness or microrelief or macrorelief. The rotor 2 is mounted in bearings 4 and 5. The cylindrical body of the rotor 2 at the upper and lower ends has annular support projections 6 and 7, respectively, and is installed in a prefabricated housing 8, consisting of the upper 9 and lower 10 parts connected by a detachable, in particular, threaded connection , and made in the form of a glass with a through axial cylindrical cut in its bases 11 and 12.

В основании 11 верхней части корпуса 8 может быть выполнен кольцевой паз 13 с образованием продольного цилиндрического выступа 14, при этом верхний торец 15 кольцевого опорного выступа 6 ротора 2 выполнен ступенчатым под установку верхнего подшипника 4.In the base 11 of the upper part of the housing 8, an annular groove 13 can be made to form a longitudinal cylindrical protrusion 14, while the upper end 15 of the annular support protrusion 6 of the rotor 2 is made stepped for the installation of the upper bearing 4.

Нижний торец 16 кольцевого опорного выступа 7 ротора 2 выполнен ступенчатым под установку нижнего подшипника 5 в основании 12 нижней части корпуса.The lower end 16 of the annular support ledge 7 of the rotor 2 is made stepped for the installation of the lower bearing 5 in the base 12 of the lower part of the housing.

Ротор 2 модуля 1 может быть выполнен из полимерного материала.Rotor 2 of module 1 can be made of polymeric material.

Между основаниями стаканов 11 и 12 и ротором 2 могут быть установлены уплотнения 17 и 18, граничащие с потоком среды.Between the bases of the glasses 11 and 12 and the rotor 2, seals 17 and 18 can be installed, adjoining the medium flow.

Автономный электрогенератор 19 (фиг.2) содержит вращатель в виде безлопастной турбины, в качестве которого использован роторный модуль 1, а также обмотку возбуждения 20, закрепленную на внутренней поверхности корпуса 8, выполняющего функцию статора, и систему постоянных магнитов 21, закрепленных на внешней поверхности ротора 2, коаксиально расположенного статору. Автономный электрогенератор 19 может содержать преобразователь переменного тока (не показан).Autonomous electric generator 19 (figure 2) contains a rotator in the form of a bladeless turbine, which is used as a rotor module 1, as well as an excitation winding 20 fixed on the inner surface of the housing 8, which acts as a stator, and a system of permanent magnets 21 fixed on the outer surface rotor 2 coaxially located to the stator. Autonomous generator 19 may contain an AC converter (not shown).

Автономный электрогенератор 19 может содержать блок пьезогенератора, который может быть вынесен в отдельный модуль 22, который в общем случае может содержать: пакеты пьезоэлементов 23, электроды (не показаны), защитную пленку (не показана), перфорированные отверстия 24 под вывод электродов.Autonomous electric generator 19 may contain a piezoelectric generator block, which can be placed in a separate module 22, which in general may contain: packages of piezoelectric elements 23, electrodes (not shown), a protective film (not shown), perforated holes 24 for the output of electrodes.

Система борьбы с трубными отложениями (фиг.3) состоит из источника питания, представляющего собой автономный электрогенератор 19, нагревательного модуля 25 и гидродинамического модуля, выполненного в виде роторного модуля 1.The pipe deposit control system (figure 3) consists of a power source, which is an autonomous electric generator 19, a heating module 25 and a hydrodynamic module made in the form of a rotary module 1.

Система борьбы с трубными отложениями (фиг.3) может содержать модуль накопления и управления энергией 26 и модуль ультразвуковой генерации колебаний 27.The pipe deposit control system (FIG. 3) may include an energy storage and control module 26 and an ultrasonic vibration generation module 27.

Возможны различные варианты расположения модулей 25 и 27 по отношению друг к другу, например, модули 25 и 27 могут следовать друг за другом и/или быть по обе стороны электрогенератора 19. Модули 25 и 27 могут использоваться в необходимом количестве с точки зрения условий образования отложений.Various arrangements of modules 25 and 27 with respect to each other are possible, for example, modules 25 and 27 can follow each other and/or be on both sides of the power generator 19. Modules 25 and 27 can be used in the required number from the point of view of the formation of deposits .

Роторный модуль работает под действием движущегося потока среды следующим образом.The rotary module operates under the action of a moving medium flow as follows.

Поток текучей среды Q под давлением подается в полость цилиндрического тела ротора 2, где, попадая на тангенциально расположенный к потоку рельеф 3, закручивается сам и раскручивает ротор 2 в подшипниках 4 и 5.The fluid flow Q under pressure is fed into the cavity of the cylindrical body of the rotor 2, where, falling on the relief 3 tangentially located to the flow, it spins itself and spins the rotor 2 in the bearings 4 and 5.

Для варьирования степенью воздействия на поток может быть использован рельеф 3 различного профиля, в частности, макрорельеф или микрорельеф.To vary the degree of influence on the flow, relief 3 of different profiles can be used, in particular, a macrorelief or a microrelief.

Направление потока текучей среды не ограничено тем, что указано на чертежах. Оно может быть таковым, например, при добыче воды и углеводородов, а при бурении скважин быть либо таковым, либо обратным (сверху вниз). При транспортировке сред направление потока может быть в горизонтальной плоскости.The direction of fluid flow is not limited to what is indicated in the drawings. It can be such, for example, in the production of water and hydrocarbons, and when drilling wells, it can be either such or reverse (from top to bottom). When transporting media, the direction of flow can be in a horizontal plane.

Возможно использование предлагаемого устройства для генерации механической энергии вращения. Механическая (движущая) сила может осуществляться устройствами вращения, например, поворотными механизмами, или текучей средой, приводимыми в движение предлагаемым устройством при воздействии потока среды, как указанно выше.It is possible to use the proposed device for generating mechanical energy of rotation. The mechanical (driving) force can be provided by rotating devices, such as rotary mechanisms, or by a fluid driven by the proposed device when exposed to the flow of the medium, as described above.

Автономный электрогенератор работает под действием движущегося потока среды следующим образом.Autonomous electric generator operates under the action of a moving medium flow as follows.

При воздействии потока на рабочую поверхность с рельефом 3 ротор 2 приходит в движение и начинает автономное вращение. При этом посредством передаточных механизмов (не показаны) или без них ротор 2 с магнитной системой 21 раскручивается и взаимодействует с обмоткой статора 20, и, таким образом, кинетическая энергия его вращения преобразуется в электрическую.When the flow acts on the working surface with relief 3, the rotor 2 sets in motion and starts autonomous rotation. In this case, by means of transmission mechanisms (not shown) or without them, the rotor 2 with the magnetic system 21 is untwisted and interacts with the stator winding 20, and, thus, the kinetic energy of its rotation is converted into electrical energy.

Кинетическая энергия потока текучей среды через колебания, возбуждаемые потоком, частично преобразуется в энергию упругой деформации пакетов пьезоэлементов 23, что ведет к выработке электроэнергии за счет прямого пьезоэффекта.The kinetic energy of the fluid flow through the fluctuations excited by the flow is partially converted into the energy of elastic deformation of the packages of piezoelectric elements 23, which leads to the generation of electricity due to the direct piezoelectric effect.

Система борьбы с трубными отложениями работает следующим образом.The pipe deposit control system works as follows.

При прохождении потока текучей среды Q через гидродинамический модуль, выполненный в виде роторного модуля 1, происходит его преобразование в пульсирующий турбулентный поток, при этом на него осуществляется дополнительное воздействие по перераспределению скорости потока путем последовательного вовлечения слоев потока, начиная с граничного, при придании потоку дополнительной окружной скорости вращающимся роторным модулем 1. Это способствует повышению температуры потока и ведет к созданию флуктуаций давления в периферийной зоне, предотвращающих образование отложений.When the fluid flow Q passes through the hydrodynamic module, made in the form of a rotary module 1, it is converted into a pulsating turbulent flow, while it is subjected to an additional effect on the redistribution of the flow velocity by sequentially involving the flow layers, starting from the boundary, while giving the flow an additional peripheral speed by the rotating rotor module 1. This contributes to an increase in the temperature of the flow and leads to the creation of pressure fluctuations in the peripheral zone, preventing the formation of deposits.

Автономный электрогенератор 19 с роторным модулем 1 преобразует энергию потока текучей среды Q в электрическую, тем самым, вырабатывая переменный ток. Ток, проходя через преобразователь переменного тока (не показан), подается на нагревательный модуль 25, нагревающий трубу по внешней или внутренней поверхности, которая, в свою очередь, нагревает протекающую жидкость до температуры, близкой или превышающей температуру осаждения отложений. Ток также может быть подан на модуль ультразвуковой генерации колебаний 27, который создает высокочастотные вибрации в месте образования отложений, воздействующие на кристаллы отложения и вызывающие их микроперемещение, что препятствует их осаждению на стенках труб.An autonomous power generator 19 with a rotary module 1 converts the energy of the fluid flow Q into electrical energy, thereby generating alternating current. Current passing through an AC converter (not shown) is applied to heating module 25, which heats the pipe along the outer or inner surface, which in turn heats the flowing liquid to a temperature near or above the temperature of deposition of deposits. Current can also be applied to the ultrasonic oscillation module 27, which creates high frequency vibrations at the site of the formation of deposits, affecting the crystals of the deposit and causing them to micro-move, which prevents them from depositing on the walls of the pipes.

Электроэнергия может быть выдана модулям 25 и 27 напрямую, либо аккумулироваться в модуле накопления 26 и использоваться по необходимости.Electricity can be supplied to modules 25 and 27 directly, or stored in storage module 26 and used as needed.

Таким образом, результатами использования предлагаемых изобретений являются: повышение эффективности, надежности и расширение функциональных возможностей роторного модуля, электрогенератора, а также системы борьбы с трубными отложениями, путем: придания устойчивости ротору его установкой в образованные посадочные места, созданные внутри корпуса, и возможности выполнения ротора из полимерных материалов, что снижает затраты на требуемую гидравлическую мощность; придания герметичности ротору и электрогенератору установкой их рабочих частей в изолированный от среды корпус; интегрирования источника электроэнергии в трубопровод, что может сократить потери электроэнергии, а также снижает зависимости от внешних условий среды, при этом используются дополнительные гидродинамический и ультразвуковой модули, что увеличивает эффективность системы.Thus, the results of using the proposed inventions are: increasing the efficiency, reliability and expanding the functionality of the rotor module, the electric generator, as well as the system for combating pipe deposits, by: imparting stability to the rotor by installing it in the formed seats created inside the housing, and the possibility of making the rotor from polymeric materials, which reduces the cost of the required hydraulic power; giving tightness to the rotor and the electric generator by installing their working parts in a housing isolated from the environment; integration of the power source into the pipeline, which can reduce power losses, and also reduces the dependence on external environmental conditions, while using additional hydrodynamic and ultrasonic modules, which increases the efficiency of the system.

Claims (10)

1. Роторный модуль, содержащий установленный в подшипниках с возможностью вращения вокруг продольной оси ротор, представляющий собой полое цилиндрическое тело с рельефом на внутренней поверхности, в полости которого проходит поток текучей среды, при этом внутренняя поверхность полого цилиндрического тела выполнена или с шероховатостью, или с микрорельефом, или с макрорельефом, отличающийся тем, что модуль содержит сборный корпус, состоящий из верхней и нижней частей, соединенных разъемным соединением и выполненных в форме стаканов со сквозным осевым цилиндрическим вырезом в их основаниях, а ротор на верхнем и нижнем торцах имеет кольцевые опорные выступы, обращенные в сторону корпуса, и установлен в корпус с образованием посадочных мест, представляющих собой внутренние полости, в которых установлены подшипники, опирающиеся с одной стороны на кольцевые опорные выступы ротора, а с другой стороны в основания и стенки стаканов.1. A rotor module containing a rotor mounted in bearings for rotation around a longitudinal axis, which is a hollow cylindrical body with a relief on the inner surface, in the cavity of which a fluid flow passes, while the inner surface of the hollow cylindrical body is made either with a roughness, or with microrelief, or with a macrorelief, characterized in that the module contains a prefabricated body, consisting of an upper and lower parts connected by a detachable connection and made in the form of cups with a through axial cylindrical cutout at their bases, and the rotor has annular support projections at the upper and lower ends , facing towards the body, and installed in the body with the formation of seats, which are internal cavities in which bearings are installed, based on one side on the annular support ledges of the rotor, and on the other side in the bases and walls of the cups. 2. Роторный модуль по п. 1, отличающийся тем, что в основании верхней части корпуса выполнен кольцевой паз с образованием цилиндрического продольного выступа, направленного в сторону подшипника, при этом верхний торец кольцевого опорного выступа ротора выполнен ступенчатым под установку верхнего подшипника.2. The rotor module according to claim 1, characterized in that an annular groove is made in the base of the upper part of the housing with the formation of a cylindrical longitudinal protrusion directed towards the bearing, while the upper end of the annular support protrusion of the rotor is stepped for the installation of the upper bearing. 3. Роторный модуль по п. 1, отличающийся тем, что нижний торец кольцевого опорного выступа ротора выполнен ступенчатым под установку нижнего подшипника в основании нижней части корпуса.3. The rotor module according to claim. 1, characterized in that the lower end of the annular support ledge of the rotor is stepped for the installation of the lower bearing at the base of the lower part of the housing. 4. Роторный модуль по п. 1, отличающийся тем, что между основаниями стаканов и ротором установлены уплотнения, граничащие с потоком среды.4. The rotor module according to claim 1, characterized in that seals are installed between the bases of the cups and the rotor, adjoining the medium flow. 5. Роторный модуль по п. 1, отличающийся тем, что ротор выполнен из полимерного материала.5. The rotor module according to claim 1, characterized in that the rotor is made of a polymeric material. 6. Автономный электрогенератор, содержащий статор с обмоткой возбуждения, вращатель в виде безлопастной турбины с системой магнитов, блок пьезогенератора, преобразователь переменного тока, отличающийся тем, что в качестве вращателя содержит, по меньшей мере, один роторный модуль по любому из пп. 1-5.6. An autonomous electric generator containing a stator with an excitation winding, a rotator in the form of a bladeless turbine with a system of magnets, a piezoelectric generator unit, an AC converter, characterized in that it contains at least one rotary module as a rotator according to any one of paragraphs. 1-5. 7. Автономный электрогенератор по п. 6, отличающийся тем, что блок пьезогенератора вынесен в отдельный модуль.7. An autonomous electric generator according to claim 6, characterized in that the piezoelectric generator unit is placed in a separate module. 8. Система борьбы с трубными отложениями, содержащая нагревательный модуль, подключенный к источнику питания, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, один источник питания, выполненный в виде автономного электрогенератора по любому из пп. 6, 7, причем автономный электрогенератор содержит гидродинамический модуль, выполненный в виде роторного модуля по любому из пп. 1-5.8. The system for dealing with pipe deposits, containing a heating module connected to a power source, characterized in that it contains at least one power source made in the form of an autonomous power generator according to any one of paragraphs. 6, 7, moreover, an autonomous electric generator contains a hydrodynamic module made in the form of a rotary module according to any one of paragraphs. 1-5. 9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что дополнительно содержит модуль накопления и управления энергией.9. The system according to claim 8, characterized in that it additionally contains an energy storage and management module. 10. Система по любому из пп. 8, 9, отличающаяся тем, что дополнительно содержит модуль ультразвуковой генерации колебаний.10. The system according to any one of paragraphs. 8, 9, characterized in that it additionally contains a module for ultrasonic vibration generation.
RU2022112346A 2022-05-04 Rotor module, autonomous power generator containing rotor module, and pipe deposition control system including autonomous electric generator RU2781027C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2781027C1 true RU2781027C1 (en) 2022-10-04

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7537051B1 (en) * 2008-01-29 2009-05-26 Hall David R Downhole power generation assembly
RU2370660C1 (en) * 2008-02-26 2009-10-20 Николай Борисович Болотин Hydrogenerator
CN203640691U (en) * 2014-01-01 2014-06-11 尹晓松 Electric heater for applying renewable energy power generation to heavy oil recovery and oil pipelines
RU2695735C1 (en) * 2018-12-05 2019-07-25 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Swirler and fluid flow swirling method, well electric generator comprising fluid flow swirler, and method for generating electric power in well
RU2703040C1 (en) * 2018-06-19 2019-10-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Autonomous hybrid complex for asphalt-resin-paraffin deposits control in oil well

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7537051B1 (en) * 2008-01-29 2009-05-26 Hall David R Downhole power generation assembly
RU2370660C1 (en) * 2008-02-26 2009-10-20 Николай Борисович Болотин Hydrogenerator
CN203640691U (en) * 2014-01-01 2014-06-11 尹晓松 Electric heater for applying renewable energy power generation to heavy oil recovery and oil pipelines
RU2703040C1 (en) * 2018-06-19 2019-10-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Autonomous hybrid complex for asphalt-resin-paraffin deposits control in oil well
RU2695735C1 (en) * 2018-12-05 2019-07-25 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Swirler and fluid flow swirling method, well electric generator comprising fluid flow swirler, and method for generating electric power in well

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7002261B2 (en) Downhole electrical submersible power generator
RU2502890C2 (en) Turbine plant and power plant
US7652388B2 (en) Wave-flow power installation
US20150114632A1 (en) High-Speed, Multi-Power Submersible Pumps and Compressors
EA030369B1 (en) In-pipe turbine and hydro-electric power generation system
US20100181771A1 (en) Integrated Hydroelectric Power-Generating System and Energy Storage Device
US20150204301A1 (en) Systems and methods for hydroelectric systems
KR20100131078A (en) Float type hydraulic power generater
RU2459974C1 (en) Wave electric power station
RU2781027C1 (en) Rotor module, autonomous power generator containing rotor module, and pipe deposition control system including autonomous electric generator
Shahsavarifard et al. Performance gain of a horizontal axis hydrokinetic turbine using shroud
EP3426913B1 (en) An energy generating arrangement powered by tidal water and a method for providing such an arrangement
Gish et al. Experimental and numerical study on performance of shrouded hydrokinetic turbines
US9145865B2 (en) Electric fluid pump
GB2478218A (en) Integrated offshore wind and tidal power system
BR102021020136A2 (en) SUBMARINE ELECTRIC POWER GENERATION SYSTEM
KR101075538B1 (en) Wave power generation system
WO2012008938A1 (en) Integrated hydroelectric power-generating system and energy storage device
KR101027129B1 (en) Water-power generating apparatus using water pressure
Barbarelli et al. Engineering Design Study on an Innovative Hydrokinetic Turbine with on Shore Foundation
Rutter et al. Numerical Simulation and Design Optimization of an Electrical Submersible Power Recovery Turbine
KR101686799B1 (en) Small hydro-power plant which is united rotor and driving turbine shaft
Carpenter Study Explores Design, Potential of Electric Submersible Generators
Kinoue et al. A pump system with wave powered impulse turbine
Ichikawa et al. Development of Downhole Pump for Binary Cycle Power Generation Using Geothermal Water