Устройство и способ регулирования энергетического потенциала столба текучей среды в трубопроводе

Номер патента: 13223

Опубликовано: 30.04.2010

Авторы: Мелхус Тронн, Вассхус Ян Кристиан

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Устройство (1) для регулирования дифференциального давления столба текучей среды выше по потоку и ниже по потоку относительно устройства (1), включающее в себя по меньшей мере два лопастных колеса (2), каждое из которых содержит вал (6), выполненный с возможностью вращения и снабженный множеством лопастей или пластинчатых лопаток (8), причем лопастные колеса (2) установлены в корпусе (4), который образует часть трубопровода (13), а указанные валы (6) связаны с регулируемой нагрузкой (19, 21) и/или источником энергии, отличающееся тем, что выполнено с возможностью приема столба текучей среды между валами (6) лопастных колес (2), при этом центральные оси указанных валов (6) находятся, по существу, в одной плоскости со стенками корпуса (4), расположенными выше по потоку и ниже по потоку относительно лопастных колес (2), а скорость движения столба текучей среды через устройство (1), по существу, соответствует скорости движения столба текучей среды непосредственно выше по потоку и/или ниже по потоку относительно лопастных колес (2) в устройстве (1), причем лопастные колеса (2) в устройстве (1) выполнены с возможностью образования вращающегося барьера для столба текучей среды посредством того, что по меньшей мере одна из лопаток (8) каждого из лопастных колес (2) находится, по существу, в плотном контакте с первым участком поверхности внутреннего кожуха корпуса (4), а участок по меньшей мере одной из остальных лопаток (8) каждого из лопастных колес (2) плотно накладывается на участок по меньшей мере одной соответствующей лопатки (8) смежного лопастного колеса (2) и плотно упирается в указанный участок, причем указанная регулируемая нагрузка (19, 21) и/или источник энергии влияют на указанный барьер, так чтобы обеспечить получение любого заранее определенного дифференциального давления столба текучей среды выше по потоку и ниже по потоку относительно устройства (1).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна из лопаток (8) каждого из лопастных колес (2) постоянно находится, по существу, в плотном контакте с вытянутым разделительным элементом (30), расположенным в части устройства (1), причем указанный разделительный элемент (30) обеспечивает разделение лопастных колес (2).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что продольная ось разделительного элемента (30), по существу, параллельна оси, проходящей между входной частью и выходной частью устройства (1).

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что по меньшей мере часть разделительного элемента (30) имеет двояковогнутую форму.

5. Устройство по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что разделительный элемент (30) дополнительно снабжен по меньшей мере одним элементом (32) регулирования столба текучей среды, установленным на части разделительного элемента (30) с возможностью поворота с целью регулирования распределения столба текучей среды между двумя лопастными колесами (2).

6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что регулируемая нагрузка (19, 21) представляет собой генератор для производства электроэнергии.

7. Способ регулирования дифференциального давления в столбе текучей среды, находящемся внутри трубопровода (13), отличающийся тем, что включает шаги, на которых устанавливают в трубопроводе (13) устройство (1), включающее в себя по меньшей мере два лопастных колеса (2), каждое из которых содержит вал (6), выполненный с возможностью вращения и снабженный множеством лопастей или пластинчатых лопаток (8), причем лопастные колеса (2) установлены в корпусе (4), который образует часть трубопровода (13), а указанные валы (6) связаны с регулируемой нагрузкой (19, 21) и/или источником энергии, при этом центральные оси указанных валов (6) находятся, по существу, в одной плоскости со стенками корпуса (4), расположенными выше по потоку и ниже по потоку относительно лопастных колес (2), при этом скорость движения столба текучей среды через устройство (1), по существу, соответствует скорости движения столба текучей среды непосредственно выше по потоку и/или ниже по потоку относительно лопастных колес (2) в устройстве (1), причем лопастные колеса (2) в устройстве (1) выполнены с возможностью образования вращающегося барьера для столба текучей среды посредством того, что по меньшей мере одна из лопаток (8) каждого из лопастных колес (2) находится, по существу, в плотном контакте с первым участком поверхности внутреннего кожуха корпуса (4), а участок по меньшей мере одной из остальных лопаток (8) каждого из лопастных колес (2) плотно накладывается на участок по меньшей мере одной соответствующей лопатки (8) смежного лопастного колеса (2) и плотно упирается в указанный участок, причем указанная регулируемая нагрузка (19, 21) и/или источник энергии влияют на указанный барьер так, чтобы обеспечить получение любого заранее определенного дифференциального давления столба текучей среды выше по потоку и ниже по потоку относительно устройства (1); и регулируют вращение указанных лопастных колес (2) при помощи регулируемой нагрузки (19, 21) и/или источника энергии, связанными с валами (6) лопастных колес (2), так чтобы обеспечить получение любого заранее определенного дифференциального давления столба текучей среды выше по потоку и ниже по потоку относительно устройства (1).

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что регулируемая нагрузка (19, 21) представляет собой генератор для производства электроэнергии.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно обеспечивают в устройстве (1) разделительный элемент (30) для разделения лопастных колес (2).

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что дополнительно распределяют текучую среду между лопастными колесами (2) при помощи разделительного элемента (30) и элемента (32) регулирования столба текучей среды.

Рисунок 1


Текст

Смотреть все

013223 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к устройству и способу регулирования энергетического потенциала столба текучей среды в трубопроводе. Более конкретно, изобретение касается установки устройства, содержащего приводные средства, в часть трубопровода, причем приводные средства выполнены с возможностью влияния на движение столба текучей среды внутри трубопровода. Таким образом, устройство выполнено с возможностью создания дифференциального давления между частями столба текучей среды, расположенными выше по потоку и ниже по потоку относительно устройства. Создаваемое дифференциальное давление может быть как положительным, так и отрицательным. В случаях, когда дифференциальное давление положительно, т.е. когда давление текучей среды ниже по потоку относительно устройства выше, чем давление текучей среды выше по потоку относительно устройства, текучая среда получает энергию от устройства. Это может быть реализовано при помощи любых уже известных насосов. В случаях, когда указанное дифференциальное давление отрицательно, т.е. давление текучей среды ниже по потоку относительно устройства меньше, чем давление текучей среды выше по потоку относительно устройства, устройство получает энергию от текучей среды. В последнем случае устройство может быть подключено к нагрузке, такой как, например, но не исключительно, генератор, вырабатывающий электрический ток. Таким образом, настоящее изобретение относится к устройству, выполненному с возможностью, в том числе, как передачи энергии столбу текучей среды, движущемуся внутри трубопровода, так и забора энергии из столба текучей среды, движущегося внутри трубопровода. В рамках данного документа термин столб текучей среды обозначает текучую среду, заполняющую внутреннее поперечное сечение трубы. Текучая среда предпочтительно несжимаема и может представлять собой, например, но не исключительно, воду или другую жидкость. Текучая среда также может представлять собой газ. В нижеследующем описании, среди прочего, обсуждается снижение давления, т.е. создание отрицательного дифференциального давления в потоке жидкости и, в частности, в потоке воды. Однако следует понимать, что устройство по настоящему изобретению может быть использовано для снижения давления весьма большого числа других текучих сред, протекающих по трубопроводу. Например, такая текучая среда может представлять собой текучую среду, получаемую в нефтяной промышленности, такую как текучая среда, текущая из подземного месторождения вверх к установке, расположенной, например, на поверхности моря. Предшествующий уровень техники Известный способ снижения давления в трубопроводных системах, в которых наблюдается нежелательно высокое давление текучей среды, до требуемого уровня заключается в установке одного или большего количества редукционных клапанов. Вместо указанных редукционных клапанов или в дополнение к ним для получения требуемого снижения давления также часто устанавливаются один или большее количество так называемых резервуаров для выравнивания давления. Системы водоснабжения, которые обеспечивают подачу потребляемой воды, представляют собой пример отрасли, в которой часто бывает обязательным применение средств снижения давления в виде одного или большего количества редукционных клапанов и/или одного или большего количества резервуаров для выравнивания давления, которые предупреждают увеличение давления воды в трубопроводной сети сверх заранее определенного уровня. Из патента US 4390331 известен так называемый лопастный насос, выполненный с возможностью применения в качестве насосного устройства или генератора с приводом от текучей среды. Вышеуказанные известные решения обладают рядом недостатков. Резервуары для выравнивания давления могут представлять собой открытые резервуары, емкости или контейнеры, обычно имеющие относительно большие размеры. Таким образом, обеспечение таких резервуаров для выравнивания давления требует, по меньшей мере, значительного расхода материалов. Редукционные клапаны значительно менее ресурсоемки, нежели чем резервуары для выравнивания давления. Однако их использование невыгодно с точки зрения экологии, поскольку энергия, которую текучая среда теряет в редукционном клапане, не может быть использована. Из уровня техники известно размещение в некоторых системах водоснабжения одной или большего количества гидротурбин известного типа в потоке воды, что делает возможным использование энергии,содержащейся, например, в потоке воды. Таким образом, некоторая часть энергии воды может быть использована, например, для производства электроэнергии. Однако для оптимальной работы такой гидротурбины необходимо исключить наличие какого бы то ни было обратного давления ниже по потоку относительно гидротурбины. Таким образом, для работы такой гидротурбины необходимо, чтобы вода вытекала, например, в открытый резервуар. Лопастные насосы типа, описанного, например, в патенте US 4390331, обладают недостатками, связанными с тем, что поток текучей среды претерпевает в устройстве значительное изменение направления течения, т.к. текучей среде приходится протекать снаружи лопастных колес (между лопастями и кожу-1 013223 хом насосной камеры), а не между лопастными колесами. Такое изменение направления также приводит к тому, что насосная камера испытывает эрозионное воздействие любых частиц, которые могут переноситься столбом текучей среды. Кроме того, лопасти или крылья лопастных колес занимают значительную часть (41%) внутреннего объема насосной камеры. В целом, вышеуказанные существенные недостатки приводят к тому, что лопастный насос типа,описанного, например, в документе US 4390331, который используется в качестве двигателя, обладает сравнительно низким коэффициентом полезного действия и в то же время подвержен эрозии. Сущность изобретения Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в устранении или уменьшении по меньшей мере одного из недостатков известных решений. Для решения поставленной задачи в соответствии с изобретением предлагаются признаки, указанные в нижеприведенном описании и в прилагающейся формуле изобретения. В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения предлагается устройство для регулирования дифференциального давления столба текучей среды выше по потоку и ниже по потоку относительно устройства, включающее в себя по меньшей мере два лопастных колеса, каждое из которых содержит вал, выполненный с возможностью вращения и снабженный множеством лопастей или пластинчатых лопаток, причем лопастные колеса установлены в корпусе, который образует часть трубопровода,а указанные валы связаны с регулируемой нагрузкой и/или источником энергии, отличающееся тем, что выполнено с возможностью приема столба текучей среды между валами лопастных колес; центральные оси указанных валов находятся, по существу, в одной плоскости со стенками корпуса, расположенными выше по потоку и ниже по потоку относительно лопастных колес, при этом скорость движения столба текучей среды через устройство, по существу, соответствует скорости движения столба текучей среды непосредственно выше по потоку и/или ниже по потоку относительно лопастных колес в устройстве; лопастные колеса в устройстве выполнены с возможностью образования вращающегося барьера для столба текучей среды посредством того, что по меньшей мере одна из лопаток каждого из лопастных колес находится, по существу, в плотном контакте с первым участком поверхности внутреннего кожуха корпуса, а участок по меньшей мере одной из остальных лопаток каждого из лопастных колес плотно накладывается на участок по меньшей мере одной соответствующей лопатки смежного лопастного колеса и плотно упирается в указанный участок, причем указанная регулируемая нагрузка и/или источник энергии влияют на указанный барьер так, чтобы обеспечить получение любого заранее определенного дифференциального давления столба текучей среды выше по потоку и ниже по потоку относительно устройства. В предпочтительном варианте осуществления приводные средства выполнены с возможностью управляемого переключения между следующими режимами: передача кинетической энергии от столба текучей среды на нагрузку, передача энергии от источника энергии столбу текучей среды и предотвращение движения по меньшей мере части столба текучей среды в трубопроводе. Нагрузка может представлять собой, например, но не исключительно, известный в уровне техники генератор для производства электрической энергии. Предпочтительно нагрузку можно регулировать в соответствии с требуемым уменьшением давления в столбе текучей среды и/или требуемой передачей энергии от столба текучей среды на нагрузку. Нагрузку также можно регулировать в соответствии с другими параметрами регулирования, например уровнем жидкости в водном резервуаре или скоростью потока в столбе текучей среды. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения по меньшей мере одна из лопаток каждого из лопастных колес находится, по существу, в плотном контакте с первым участком поверхности внутреннего кожуха корпуса, а по меньшей мере одна из остальных лопаток каждого из лопастных колес находится в контакте с соответствующей лопастью смежного лопастного колеса, так что два лопастных колеса могут образовывать барьер, препятствующий движению части столба текучей среды, оказывающей давление на два лопастных колеса. Если вращение приводных средств устройства, например лопастных колес, ограничено или остановлено, это может обеспечить барьер, препятствующий движению по меньшей мере части столба текучей среды. Таким образом, устройство по настоящему изобретению также может быть использовано в качестве запорного клапана или дроссельного клапана. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения в устройстве дополнительно предусмотрен вытянутый разделительный элемент, расположенный по меньшей мере в части устройства. В предпочтительном варианте осуществления продольная ось разделительного элемента, по существу, параллельна оси, проходящей между входной частью и выходной частью устройства. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения разделительный элемент дополнительно снабжен по меньшей мере одним элементом регулирования столба текучей среды или заслонкой, шарнирно прикрепленной к части разделительного элемента с целью регулирования распределения столба текучей среды между двумя лопастными колесами. Когда продольная ось элемента регулирования столба текучей среды расположена соосно с продольной осью разделительного элемента, столб текучей среды может быть распределен между двумя лопастными колесами, по существу, равномерно. Когда продольная ось элемента регулирования столба текучей среды расположена под углом к центральной-2 013223 оси разделительного элемента, столб текучей среды будет распределяться между двумя лопастными колесами неравномерно. В положении, в котором элемент регулирования столба текучей среды проходит от части разделительного элемента до части поверхности кожуха корпуса, основная часть столба текучей среды будет направляться только на одно из двух лопастных колес. Это особенно полезно при относительно медленном движении столба текучей среды через устройство. Ограничение столба текучей среды,так что основная его часть будет проходить только одно лопастное колесо, позволяет увеличить скорость движения столба текучей среды и, следовательно, скорость вращения лопастного колеса. Возможность направления столба текучей среды от одного из двух лопастных колес также может быть выгодно использована при техническом обслуживании устройства. Регулировка положения элемента регулирования столба текучей среды относительно положения разделительного элемента может быть осуществлена вручную или автоматически при помощи известного регулирующего устройства. В соответствии со вторым аспектом изобретения предлагается способ регулирования дифференциального давления в столбе текучей среды, находящемся внутри трубопровода, включающий шаги, на которых устанавливают в трубопроводе устройство, включающее в себя по меньшей мере два лопастных колеса, каждое из которых содержит вал, выполненный с возможностью вращения и снабженный множеством лопастей или пластинчатых лопаток, причем лопастные колеса установлены в корпусе, который образует часть трубопровода, а указанные валы связаны с регулируемой нагрузкой и/или источником энергии, при этом центральные оси указанных валов находятся, по существу, в одной плоскости со стенками корпуса, расположенными выше по потоку и ниже по потоку относительно лопастных колес, при этом скорость движения столба текучей среды через устройство, по существу, соответствует скорости движения столба текучей среды непосредственно выше по потоку и/или ниже по потоку относительно лопастных колес в устройстве, причем лопастные колеса в устройстве выполнены с возможностью образования вращающегося барьера для столба текучей среды посредством того, что по меньшей мере одна из лопаток каждого из лопастных колес находится, по существу, в плотном контакте с первым участком поверхности внутреннего кожуха корпуса, а участок по меньшей мере одной из остальных лопаток каждого из лопастных колес плотно накладывается на участок по меньшей мере одной соответствующей лопатки смежного лопастного колеса и плотно упирается в указанный участок, причем указанная регулируемая нагрузка и/или источник энергии влияют на указанный барьер, так чтобы обеспечить получение любого заранее определенного дифференциального давления столба текучей среды выше по потоку и ниже по потоку относительно устройства; и регулируют вращение указанных лопастных колес при помощи регулируемой нагрузки и/или источника энергии, связанной с валами лопастных колес, так чтобы обеспечить получение любого заранее определенного дифференциального давления столба текучей среды выше по потоку и ниже по потоку относительно устройства. Нагрузка и источник энергии предпочтительно расположены вне устройства, однако в альтернативных вариантах осуществления нагрузка и/или источник энергии могут быть расположены внутри устройства. В случаях, в которых основная задача заключается в обеспечении снижения давления, например, в распределительной водопроводной сети, относительно удовлетворительные результаты могут быть получены при использовании лопастного насоса известного типа, например, описанного в документеUS 4390331. Лопастный насос также может быть соединен с нагрузкой, в качестве которой может быть использован, например, генератор, однако при этом коэффициент полезного действия будет значительно ниже,нежели чем в устройстве по настоящему изобретению. Однако в случаях, в которых основная задача заключается в максимально эффективном использовании энергии, извлеченной из столба текучей среды, и/или в создании запорного клапана, устройство в соответствии с нижеследующим описанием неожиданно обладает значительными преимуществами по сравнению с указанным лопастным насосом. Перечень чертежей Нижеследующее описание примера одного из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, не накладывающее каких-либо ограничений, приведено со ссылками на прилагаемые чертежи. На фиг. 1 представлено в перспективе устройство по настоящему изобретению, образованное двумя лопастными колесами, установленными внутри корпуса. На фиг. 2 представлено в увеличенном масштабе устройство по фиг. 1 в виде сверху. На фиг. 3 представлено в увеличенном масштабе устройство по фиг. 1 в виде с направления входной или выходной его части. На фиг. 4 представлено устройство по фиг. 1, в котором дополнительно предусмотрен разделительный элемент, расположенный между двумя лопастными колесами устройства. На фиг. 5 представлен в увеличенном масштабе вид сверху на устройство по фиг. 4, в котором разделительный элемент дополнительно оборудован элементом регулирования столба текучей среды в виде-3 013223 заслонки, находящейся в первом положении. На фиг. 6 представлено устройство по фиг. 5, в котором заслонка находится во втором положении. Фиг. 7 представляет собой схематическое изображение в уменьшенном масштабе вида сбоку части системы водоснабжения, причем в частях трубопровода системы водоснабжения установлены два устройства по настоящему изобретению. На фиг. 8 представлена система водоснабжения по фиг. 7 в виде сверху. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На фиг. 1-6 представлено устройство 1, образованное двумя лопастными колесами 2, заключенными в корпусе 4 насоса. Каждое из двух лопастных колес 2 образовано центральным валом 6, от которого отходят шестнадцать лопаток 8 лопастного колеса. Для большей ясности иллюстрации на чертеже не представлена верхняя часть корпуса 4 насоса. Однако следует понимать, что кожух корпуса 4 насоса в рабочем состоянии герметичен для текучей среды и что оба конца 10, 10' устройства 1 соединены с некой системой транспортировки текучей среды, например с трубопроводом (не представлен). Лопатки 8 лопастного колеса присоединены на верхних и нижних концевых участках к кольцевому элементу 9, который, в частности, помогает сохранять постоянное расстояние между лопастями. Специалисту в данной области должно быть очевидно, что вращение двух лопастных колес 2, представленных на фиг. 1-3, должно происходить синхронно и в противоположных направлениях, т.е. по часовой стрелке и против часовой стрелки, что регулируется известными из уровня техники средствами. Продольная ось центрального вала 6 расположена, по существу, перпендикулярно продольной оси столба текучей среды (не изображено), расположенного, по меньшей мере, выше по потоку относительно лопастных колес 2 устройства 1. Когда столб, по существу, несжимаемой текучей среды проходит через устройство 1, лопастные колеса 2 поворачиваются пропорционально перемещению столба текучей среды. Это происходит благодаря плотному контакту между несколькими лопатками 8 лопастных колес и корпусом 4 насоса, а также плотному контакту двух лопаток 8 лопастных колес, упирающихся друг в друга. Наиболее наглядная иллюстрация такой конфигурации представлена на фиг. 2. На фиг. 4-6 представлен альтернативный вариант осуществления устройства по фиг. 1-3. Как показано на фиг. 4, в устройстве дополнительно предусмотрен вытянутый разделительный элемент 30. Разделительный элемент 30 имеет двояковогнутый участок. Форма двояковогнутого участка соответствует диаметру лопастных колес 2, так что концы лопаток 8 лопастных колес могут передвигаться, находясь,по существу, в плотном контакте с разделительным элементом 30. При представленной в данном примере осуществления конфигурации разделительного элемента 30 и представленном числе лопаток 8 лопастных колес две из лопаток 8 каждого из лопастных колес 2 всегда находятся в контакте с разделительным элементом 30. В других вариантах конфигурации разделительного элемента 30 число лопаток 8 каждого из лопастных колес, находящихся в контакте с разделительным элементом 30, может отличаться от двух и быть равно, например, одной, трем или большему количеству. Следует понимать, что в альтернативном варианте осуществления (не представлен) между лопатками 8 лопастных колес и разделительным элементом 30, а также, возможно, между лопатками 8 лопастных колес и кожухом корпуса 4 может быть предусмотрен небольшой зазор. Такое решение более выгодно с точки зрения износа элементов, но не обеспечивает столь же хорошего уплотнения между лопастными колесами 2 и разделительным элементом 30, а также, возможно, между лопастными колесами 2 и кожухом корпуса 4. Разделительный элемент 30 прикреплен по меньшей мере к одному участку кожуха корпуса 4. Разделительный элемент 30 обладает по меньшей мере двумя свойствами, способными обеспечить преимущество по сравнению с устройством 1, представленным на фиг. 1-3. Одно из указанных преимуществ связано с уплотнением между лопатками 8 лопастных колес и разделительным элементом 30. Уплотнение обеспечивается таким же образом, как и уплотнение между лопатками 8 лопастных колес и кожухом корпуса 4. Второе из указанных преимуществ связано с тем, что наличие разделительного элемента 30 устраняет необходимость обеспечения синхронности или одинаковой скорости вращения лопастных колес. На фиг. 5 представлен вид сверху на аппарат по фиг. 4, в котором к концу разделительного элемента 30 шарнирно прикреплен элемент 32 регулирования столба текучей среды в виде заслонки. Элемент 32 регулирования столба текучей среды выполнен с возможностью перехода между положением, представленным на фиг. 5, и положением, представленным на фиг. 6. Следует понимать, что в предпочтительном варианте осуществления элемент 32 регулирования столба текучей среды также может быть повернут так, чтобы привести его в контакт с кожухом корпуса на противоположной относительно показанной на фигуре стороне устройства. Также следует понимать, что элемент 32 регулирования столба текучей среды может быть установлен и в любое положение, находящееся между указанными крайними положениями. На фиг. 5 и 6 направление потока столба текучей среды предпочтительно определяется как направление сверху вниз на чертежах.-4 013223 При присоединении нагрузки 19, 21 (см. фиг. 8) по меньшей мере к одному из двух валов 6 лопастных колес 2 в устройстве по фиг. 1-3 лопастные колеса действуют в качестве тормозов движения столба текучей среды. Часть кинетической энергии, передаваемой от столба текучей среды на нагрузку 19,21, может быть использована, например, для производства электроэнергии, если в качестве нагрузки 19,21 использован генератор. В то же время, в устройстве 1 может быть создано отрицательное дифференциальное давление. В варианте осуществления по фиг. 4-6 нагрузка 19-21 должна быть присоединена к валам 6 каждого из лопастных колес 2, т.к. они вращаются независимо друг от друга. Однако специалисту в данной области очевидно, что к частям лопастных колес 2, например к валам 6, может быть присоединен синхронизирующий механизм (не представлен), позволяющий ограничиться присоединением нагрузки лишь к одному из валов 6 двух лопастных колес 2. Кроме того, вращение лопастных колес 2 сообщает движение столбу текучей среды. Если столб текучей среды образован, по существу, несжимаемой текучей средой, такое движение будет пропорционально вращению лопастных колес 2. В устройстве по фиг. 1-3 вращение лопастных колес 2 обеспечено при помощи силы, передаваемой по меньшей мере на один из валов 6 от приводных средств (не представлены), например от двигателя. Таким образом, существует возможность избирательного перемещения столба текучей среды через устройство 1 в требуемом направлении путем регулирования направления вращения лопастных колес 2. Специалисту в данной области должно быть очевидно, что для обеспечения соответствующего вращения лопастных колес 2 устройства 1 по фиг. 4-6 необходимо приложить силу к обоим валам. Однако, например, к валам 6 может быть присоединен синхронизирующий механизм (не представлен), позволяющий ограничиться приложением силы лишь к одному из двух представленных валов 6. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения (не представлен) в устройстве 1 может быть предусмотрен синхронизирующий механизм, установленный между валами 6 лопастных колес 2, на который влияет положение элемента 32 регулирования столба текучей среды в устройстве 1. Таким образом, валы могут быть синхронизованы/соединены с точки зрения воздействия на них силы,когда элемент 32 регулирования столба текучей среды находится в среднем положении, изображенном на фиг. 5. Предусмотрено, что синхронизирующий механизм прекращает связывать между собой валы 6 при повороте элемента 32 регулирования столба текучей среды на определенный угол из указанного среднего положения. Например, синхронизирующий механизм может отсоединять левый вал, представленный на фиг. 6, от правого вала 6 так, чтобы сила была приложена только к правому валу 6. Остановка вращения валов 6 лопастных колес 2 будет приводить к прекращению движения столба несжимаемой текучей среды, по меньшей мере, выше по потоку относительно устройства 1. Возможность выборочного обеспечения вращения лопастных колес 2 как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки также обладает выгодным побочным эффектом, который заключается в том, что облегчается удаление любых посторонних тел, которые могут застревать в устройстве 1, при помощи движения столба текучей среды взад-вперед. Такое движение взад-вперед может быть получено путем попеременного вращения каждого из лопастных колес 2 по часовой стрелке и против часовой стрелки. Дальнейшее описание приведено со ссылками на фиг. 7 и 8. Данные фигуры представляют собой лишь схемы, не отображающие масштаб отдельных элементов и представленные исключительно для иллюстрации основных признаков одного из аспектов изобретения. Позиция 12 обозначает на данных чертежах систему подачи воды, содержащую трубопровод 13,один конец которого соединен с источником 15 питьевой воды, а другой конец соединен с распределительной трубопроводной сетью 17. Источник 15 питьевой воды может представлять собой, например, известную из уровня техники водоочистную станцию. В трубопроводе 13 установлены два идентичных устройства 1 в виде насосных устройств. Насосные устройства 1 разнесены друг от друга как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной плоскости. Насосное устройство 1 предназначено для уменьшения давления, которое возникает в результате разницы высот расположения источника 15 питьевой воды и нижележащей распределительной трубопроводной сети 17. В отсутствие насосных устройств 1 давление на распределительную трубопроводную сеть 17 может стать слишком высоким. Часть энергии, которую столб текучей среды или поток воды имеет на входе любого из насосных устройств 1, расходуется на приведение в действие насосных устройств 1. Таким образом, насосные устройства 1 вызывают потерю энергии потоком воды, что, в свою очередь, приводит к снижению давления ниже по потоку относительно любого из насосных устройств 1. Количество энергии, отбираемой в любом из насосных устройств 1, можно регулировать при помощи, например, центробежного тормоза (не представлен), который известен из уровня техники. Следовательно, при помощи насосов 1 давление в распределительной трубопроводной сети 17 может быть отрегулировано до требуемого уровня. Для обеспечения возможности использования энергии, извлеченной из потока воды в трубопроводе-5 013223 13 при помощи насосных устройств 1, каждое из них присоединяют к соответствующему генератору 19,21 электроэнергии известного из уровня техники типа. Таким образом, насосы 1 одновременно действуют в качестве редукционных клапанов и в качестве источника энергии для генератора электроэнергии, который использует для производства электроэнергии разность между давлением, возникающим вследствие разности высот расположения источника 15 питьевой воды и распределительной сети 17, и требуемым или желательным давлением в распределительной трубопроводной сети 17. Следует понимать, что насосные устройства 1 также могут получать энергию от внешнего источника (не представлен) и таким образом создавать положительное дифференциальное давление в столбе текучей среды с возможностью закачивания воды вверх в направлении источника 15 питьевой воды. Насосное устройство 1 также может действовать в качестве запорного клапана, если останавливается вращение приводных средств 2 насоса, так что предотвращается перемещение по меньшей мере части столба текучей среды внутри трубопровода 13. Хотя на чертежах представлены насосы 1, установленные последовательно, специалисту в данной области должно быть очевидно, что насосы 1 также могут быть установлены и параллельно, и что в зависимости от требуемого снижения давления может быть использовано любое число насосов. В случаях, в которых давление в распределительной трубопроводной сети 17 не является параметром первостепенной важности, количество энергии, отбираемой при помощи насосных устройств 1, может быть установлено в соответствии с требуемым объемом энергии. Специалисту в данной области также будет очевидно, что трубопровод 13 в оптимальном варианте может быть оборудован так называемой байпасной линией (не представлена), которая при помощи,например, клапанов может обеспечить возможность течения потока воды в обход любого из насосов 1,что дает возможность проведения обслуживания одного или обеих насосов (1) без перекрывания потока воды. Таким образом, существует неожиданная возможность использования устройства по настоящему изобретению как в качестве редукционного клапана, так и в качестве запорного клапана помимо возможности его применения в качестве насоса и источника энергии для генератора, вырабатывающего электрический ток. Поскольку установка насосов 1 как в новых, так и в существующих системах транспортировки текучих сред крайне проста, а существенная часть энергии, извлеченной из потока воды при помощи насосов, может быть использована для производства электроэнергии, настоящее изобретение обеспечивает получение значительной экономии ресурсов и экологических преимуществ по сравнению с известными решениями, в которых для снижения давления в столбе текучей среды до желательного или требуемого уровня использовали дорогостоящие резервуары для выравнивания давления или редукционные клапаны. Таким образом, использование энергии, которая может быть извлечена из потока текучей среды при помощи средств по настоящему изобретению, является использованием энергии, которая в настоящее время расходуется впустую. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство (1) для регулирования дифференциального давления столба текучей среды выше по потоку и ниже по потоку относительно устройства (1), включающее в себя по меньшей мере два лопастных колеса (2), каждое из которых содержит вал (6), выполненный с возможностью вращения и снабженный множеством лопастей или пластинчатых лопаток (8), причем лопастные колеса (2) установлены в корпусе (4), который образует часть трубопровода (13), а указанные валы (6) связаны с регулируемой нагрузкой (19, 21) и/или источником энергии, отличающееся тем, что выполнено с возможностью приема столба текучей среды между валами (6) лопастных колес (2), при этом центральные оси указанных валов(6) находятся, по существу, в одной плоскости со стенками корпуса (4), расположенными выше по потоку и ниже по потоку относительно лопастных колес (2), а скорость движения столба текучей среды через устройство (1), по существу, соответствует скорости движения столба текучей среды непосредственно выше по потоку и/или ниже по потоку относительно лопастных колес (2) в устройстве (1), причем лопастные колеса (2) в устройстве (1) выполнены с возможностью образования вращающегося барьера для столба текучей среды посредством того, что по меньшей мере одна из лопаток (8) каждого из лопастных колес (2) находится, по существу, в плотном контакте с первым участком поверхности внутреннего кожуха корпуса (4), а участок по меньшей мере одной из остальных лопаток (8) каждого из лопастных колес (2) плотно накладывается на участок по меньшей мере одной соответствующей лопатки (8) смежного лопастного колеса (2) и плотно упирается в указанный участок, причем указанная регулируемая нагрузка(19, 21) и/или источник энергии влияют на указанный барьер, так чтобы обеспечить получение любого заранее определенного дифференциального давления столба текучей среды выше по потоку и ниже по потоку относительно устройства (1). 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна из лопаток (8) каждого из лопастных колес (2) постоянно находится, по существу, в плотном контакте с вытянутым разделительным элементом (30), расположенным в части устройства (1), причем указанный разделительный элемент (30)-6 013223 обеспечивает разделение лопастных колес (2). 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что продольная ось разделительного элемента (30), по существу, параллельна оси, проходящей между входной частью и выходной частью устройства (1). 4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что по меньшей мере часть разделительного элемента (30) имеет двояковогнутую форму. 5. Устройство по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что разделительный элемент (30) дополнительно снабжен по меньшей мере одним элементом (32) регулирования столба текучей среды, установленным на части разделительного элемента (30) с возможностью поворота с целью регулирования распределения столба текучей среды между двумя лопастными колесами (2). 6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что регулируемая нагрузка (19, 21) представляет собой генератор для производства электроэнергии. 7. Способ регулирования дифференциального давления в столбе текучей среды, находящемся внутри трубопровода (13), отличающийся тем, что включает шаги, на которых устанавливают в трубопроводе(13) устройство (1), включающее в себя по меньшей мере два лопастных колеса (2), каждое из которых содержит вал (6), выполненный с возможностью вращения и снабженный множеством лопастей или пластинчатых лопаток (8), причем лопастные колеса (2) установлены в корпусе (4), который образует часть трубопровода (13), а указанные валы (6) связаны с регулируемой нагрузкой (19, 21) и/или источником энергии, при этом центральные оси указанных валов (6) находятся, по существу, в одной плоскости со стенками корпуса (4), расположенными выше по потоку и ниже по потоку относительно лопастных колес(2), при этом скорость движения столба текучей среды через устройство (1), по существу, соответствует скорости движения столба текучей среды непосредственно выше по потоку и/или ниже по потоку относительно лопастных колес (2) в устройстве (1), причем лопастные колеса (2) в устройстве (1) выполнены с возможностью образования вращающегося барьера для столба текучей среды посредством того, что по меньшей мере одна из лопаток (8) каждого из лопастных колес (2) находится, по существу, в плотном контакте с первым участком поверхности внутреннего кожуха корпуса (4), а участок по меньшей мере одной из остальных лопаток (8) каждого из лопастных колес (2) плотно накладывается на участок по меньшей мере одной соответствующей лопатки (8) смежного лопастного колеса (2) и плотно упирается в указанный участок, причем указанная регулируемая нагрузка (19, 21) и/или источник энергии влияют на указанный барьер так, чтобы обеспечить получение любого заранее определенного дифференциального давления столба текучей среды выше по потоку и ниже по потоку относительно устройства (1); и регулируют вращение указанных лопастных колес (2) при помощи регулируемой нагрузки (19, 21) и/или источника энергии, связанными с валами (6) лопастных колес (2), так чтобы обеспечить получение любого заранее определенного дифференциального давления столба текучей среды выше по потоку и ниже по потоку относительно устройства (1). 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что регулируемая нагрузка (19, 21) представляет собой генератор для производства электроэнергии. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно обеспечивают в устройстве (1) разделительный элемент (30) для разделения лопастных колес (2). 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что дополнительно распределяют текучую среду между лопастными колесами (2) при помощи разделительного элемента (30) и элемента (32) регулирования столба текучей среды.

МПК / Метки

МПК: F03B 17/06, E03B 7/02, F03B 3/10, F17D 1/14

Метки: устройство, трубопроводе, регулирования, способ, потенциала, столба, среды, текучей, энергетического

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/12-13223-ustrojjstvo-i-sposob-regulirovaniya-energeticheskogo-potenciala-stolba-tekuchejj-sredy-v-truboprovode.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство и способ регулирования энергетического потенциала столба текучей среды в трубопроводе</a>

Похожие патенты