Автономное устройство для катодной защиты трубопроводов

Автономное устройство для катодной защиты трубопроводов

Реферат

 

Изобретение относится к катодной защите объектов от коррозии в условиях отсутствия сетевого энергоснабжения. Цель изобретения - повышение КПД и надежности устройства при одновременном снижении габаритов и металлоемкости. Устройство содержит размещенный в потоке транспортируемого продукта движительный орган 5, который передает кинетическую энергию на вал генератора 7 через стабилизатор частоты 13 (магнитофрикционную муфту). Ток генератора 7 поступает в силовой блок 9, где посредством выпрямителя 10 и преобразователя 8 преобразуется до необходимых для катодной защиты формы напряжения, силовой блок 9 имеет автоматическую обратную связь через компаратор 14 со стабилизатором частоты 13. Поступательное перемещение органа 5, необходимое для спорадического освобождения полости трубопровода 1, осуществляют с помощью соединенного с органом 5 поршня, который размещен в разъемной герметичной оболочке. Перемещение происходит за счет перепада давлений в полости оболочки, сообщающейся с полостью трубопровода 1 и атмосферной через отверстия. Полезная мощность, получаемая от установки, составляет 50 кВт, что соответствует минимальному КПД около 20%. 5 ил.

Изобретение относится к защите объектов от электрохимической коррозии, точнее к устройствам для катодной защиты металлических трубопроводов в условиях отсутствия централизованного энергоснабжения. Цель изобретения повышение КПД и надежности устройства при одновременном снижении его габаритов и металлоемкости. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 структурная схема устройства; на фиг. 3 вариант фрагмента А на фиг. 1; на фиг. 4 общий вид движительного органа по п. 3 (ветроколесо); на фиг. 5 структурная схема тормозного устройства с фиксатором. В автономном устройстве для катодной защиты трубопроводов трубопровод 1 с энергоносителем (например, транспортируемый газ) соединен с входом узла 2 энергопитания в энергоблоке 3. Первый выход узла 2 соединен с атмосферой, а второй с входом узла ввода 4 блока 3. Выход узла ввода 4 соединен с первым входом движительного органа 5 блока 6 генерирования, а выход движительного органа соединен с первым входом генератора 7 (например, асинхронного двигателя переменного тока, работающего в режиме генератора) блока 6, выход которого подключен к входу преобразователя 8 силового блока 9. Выход преобразователя 8 соединен с первым входом выпрямителя 10 блока 9, первый выход которого подключен к трубопроводу 1, а второй выход к первому входу узла управления 11 блока управления 12. Первый выход узла управления 11 блока управления 12 связан с вторым входом выпрямителя 10. Второй выход узла управления 11 соединен через стабилизатор 13 частоты с валами движителя 5 и генератор 7, а третий выход через компаратор 14 с электрическим входом генератора 7. Второй вход узла управления 11 соединен с датчиком 15 параметров защиты (электродом сравнения). В блоке управления 12 компаратор выполнен с тиристорным регулятором, а механический стабилизатор частоты 13 в виде магнитно-фрикционной муфты, при этом выход управления регулятора, являющийся выходом управления компаратора 14, соединен с выходом сигнала муфты, вход которого подключен к узлу управления 11. В качестве генератора 7 тока может быть использован генератор постоянного тока (например, двигатель постоянного тока типа ДП). В этом случае первый выход генератора 7 (фиг. 3) соединен с преобразовательным входом силового блока 9, второй выход которого подключен к первому входу узла 11 управления. Второй выход генератора 7 соединен с тем же, первым входом узла 11 управления, второй выход которого подключен к входу стабилизатора 13 частоты, а выход последнего напрямую соединен с вторым входом генератора 7. Первый вход генератора 7 связан с движительным органом 5. Такое подключение вводит узел управления 11 в электрическую систему обратной связи генераторов 7 и силового блока 9, и электрически дублирует функцию стабилизатора 13. Механический стабилизатор частоты 13, выполненный в виде прямого муфтового (в частности, через магнитофрикционную муфту) соединения валов движительного органа 5 и генератора 7, выполняет дополнительную функцию соединительного элемента (фиг. 2). Энергоблок 3 выполнен в виде узла энергопитания, состоящего из разъемной герметичной оболочки 16 с первым отверстием (на черт. не указано), предназначенным для сообщения с полостью трубопровода 1 через задвижку 17, узла ввода, состоящего из второго отверстия 18 в оболочке 16 для сообщения с атмосферой, и механической системы 19 возвратно-поступательного перемещения (поршневого типа), фиг. 2. Узел крепления блока генерирования 6 жестко связан с системой 19 и размещен внутри оболочки 16. Механическая система 19 возвратно-поступательного перемещения (поршень со штоком) соединяет генератор 7 и движительный орган 5, выполненный в виде многополосного преобразователя энергии движущейся среды (например с двумя степенями свободы в плоскости, перпендикулярной оси трубы винт, ромб Дарье, трилистник или с двумя степенями свободы и осью, перекрывающейся с осью трубопровода и лежащей в перпендикулярной ей плоскости водяное колесо). Отверстие 18 может быть соединено с полостью трубопровода 1 через трехпозиционный кран 20. На валу движительного органа размещены тормозное устройство 21 (с дистанционным механическим, электрическим или пневматическим управлением) и фиксатором 22. Тормозное устройство 21 и фиксатор 22 можно разместить в муфтовом соединении валов. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Перед началом использования устройства его приводят в положение, когда движительный орган 5 расположен в полости трубопровода 1. При этом рабочем положении движитель 5 приводится во вращение потоком энергоносителя, движущегося по трубопроводу 1. Мощность, отбираемая движителем 5 от энергоносителя, подается через механический стабилизатор частоты 13 на вал генератора 7, где преобразуется в электрическую энергию, поступающую в преобразователь 8 силового блока 9, который преобразует ее до нужных форм и величины (выпрямляет ток до необходимых напряжений и силы). Преобразованный ток подается на защищаемый объект (трубопровод 1), а также поступает в механоэлектрический компаратор 14. Управление работой устройства заключается в поддержании заданных значений частоты переменного тока, потенциала защищаемого сооружения и величины выпрямленного тока. Поддержание необходимой частоты осуществляют автоматически путем настройки стабилизатора частоты (например, из магнитно-фрикционной муфты) на заданное число оборотов. Управление по поддержанию защитного потенциала осуществляют путем подачи электрического сигнала с задатчика 15 параметров (электрода сравнения) на блок управления 12. Управление величиной защитного тока осуществляют путем подачи сигнала компаратора 14, управляющий магнитно-фрикционной муфтой 13. В случае необходимости освобождения полости трубопровода 1 от движительного органа 5 (например, для пропускания очистного поршня по трубопроводу 1 (1-2 раза в год), тормозное устройство 21 останавливает вращение вала движительного органа 5, при этом в газообразном энергоносителе срабатывает фиксатор 22, обеспечивающий остановку вращательных элементов движительного органа 5 в положении, параллельном продольной оси оболочки 16. В жидкостном же энергоносителе надобность фиксатора необязательна (вследствие специфики конструкции движительного органа). Тормозное устройство 21 освобождает вал движителя 5, который потоком газа доворачивается до вертикального положения лопастей, предусмотренного фиксатором. После фиксированной остановки устройства, трехпозиционный кран 20 устанавливают в положение, при котором верхняя часть полости оболочки 16 через отверстие 18 над поршнем сообщается с окружающей атмосферой. В результате перепада давлений в полости оболочки 16 относительно окружающей атмосферы энергоноситель из верхней части полости над поршнем выходит в окружающую среду, вследствие чего внутренним давлением энергоносителя поршень с закрепленным на нем оборудованием перемещается до упора 23 в положение, при котором движительный орган выходит в полость оболочки 16 за пределы задвижки 17. Далее задвижку 17 закрывают и трехпозиционный кран 20 устанавливают в положение, перекрывающее выход энергоносителя из полости оболочки 16 в окружающую среду. Для ввода устройства вновь в работу открывают одновременно задвижку 17 и трехпозиционный кран 20, соединяя верхнюю часть полости устройства с полстью трубопровода, в результате чего устройство перемещается до упора 24 в рабочее положение, при котором движительный орган вновь вводится в поток энергоносителя. Запуск устройства осуществляется с помощью выведения фиксатора из рабочего положения. Надежность предлагаемого устройства повышается, благодаря возможности горизонтального (за счет конструкции движительного органа и системы технологической связи оболочки с трубопроводом) размещения разъемной герметичной оболочки на опорах, а также благодаря сокращению количества рабочих элементов конструкции. Согласно потребностям катодной защиты, оптимальное размещение предлагаемых устройств диктует необходимость использования 10 остановок на участке, обслуживаемом одним компрессором со средним расходом мощности около 0,1 млн. кВт для создания выходного давления до 75 ата. Потери давления на 10 установках составляют 2000 мм вод. ст. или 0,2 ата, что эквивалентно расходу мощности 266 кВт. Полезная мощность, получаемая от этих установок, составляет 5, кВт, что соответствует минимальному КПД около 20% Предлагаемое устройство имеет большие преимущества в смысле надежности и металлоемкости также по сравнению с наиболее широко используемыми в настоящее время установками ЭХЗ с питанием от ЛЭП (60% отказов ЭХЗ происходит по причине выхода из строя ЛЭП).

Формула изобретения

1. АВТОНОМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ, содержащее энергоблок, блок генерирования в виде механически соединенных движительного органа и генератора тока, блок управления с датчиком параметров защиты и силовой блок с токосъемником и преобразователем напряжения, вход которого подключен к генератору тока, а выход к блоку управления, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД и надежности устройства при одновременном снижении его габаритов и металлоемкости, энергоблок выполнен в виде соединенных узла энергопитания с разъемной герметичной цилиндрической оболочкой с двумя торцовыми отверстиями для сообщения с атмосферой и полостью трубопровода, и узла ввода в виде жестко соединенных механической системы возвратно-поступательного осевого перемещения и смонтированного внутри оболочки узла крепления блока генерирования, движительный орган выполнен в виде многолопастного преобразователя энергии движущейся среды и соединен с системой возвратно-поступательного осевого перемещения, а блок управления выполнен с компаратором и механическим стабилизатором частоты тока, причем стабилизатор соединен с валами движительного органа и генератора тока, электрический вход которого подключен к компаратору. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что движительный орган выполнен в виде тела с двумя степенями свободы в плоскости перпендикулярной оси трубы. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что движительный орган выполнен с двумя степенями свободы и установлен с возможностью перекрещивания с осью трубопровода в плоскости перпендикулярной ей. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что компаратор выполнен с тиристорным регулятором, а механический стабилизатор частоты в виде магнитофрикционной муфты, соединенной с валом генератора, электрический вход которого соединен с выходом компаратора. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механический стабилизатор частоты тока выполнен в виде прямого муфтового соединения валов движительного органа и генератора. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отверстие цилиндрической оболочки для сообщения с атмосферой соединено через трехпозиционный кран с полостью трубопровода. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в блоке генерирования вал движительного органа или механический стабилизатор частоты выполнены с тормозным устройством с дистанционным управлением. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что тормозное устройство выполнено с фиксатором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002