Термоэлектрическое оребрение для трубопровода

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для получения электрической энергии в процессе транспортирования в трубах различных теплоносителей. Термоэлектрическое оребрение содержит участок трубопровода, на котором расположены по всей его длине продольные ребра, состоящие из соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых соединены между собой сваркой или спайкой, которые по всей длине ребра закрыты сбоку полосками, выполненными из слюды и металла, образуя верхние и нижние кромки ребер, свободные концы каждой пары ребер с обоих торцов в зоне охлаждения соединены перемычками и конденсаторами, образуя теплоэлектрические секции, соединенные между собой также конденсаторами, при этом наружная поверхность всех составляющих элементов ребер покрыта слоем гидростойкого диэлектрического материала, нижние кромки ребер термоэлектрических секций прижаты в зоне нагрева к поверхности трубопровода, верхние кромки ребер термоэлектрических секций расположены в зоне охлаждения в окружающей среде, крайние конденсаторы крайних термоэлектрических секций снабжены токовыводами с одноименными зарядами, а на границах участка трубопровода торцы нижних кромок ребер теплоэлектрических секций прижаты к поверхности трубопровода двумя хомутами. Технический результат: повышение надежности и эффективности термоэлектрического оребрения. 9 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для получения электрической энергии в процессе транспортирования в трубах различных теплоносителей (газов, жидкостей) путем непосредственной трансформации части их тепловой энергии в электрическую.

Известен источник ЭДС в устройстве для термоэлектрической защиты трубопровода от коррозии, представляющий собой два полукольца (полукожуха), оребренных продольными ребрами и снабженных продольными фланцами с крепежными отверстиями, выполненными из гидростойкого диэлектрического с высокой теплопроводностью материала, покрывающих часть защищаемого трубопровода, причем внутри продольных ребер по всей их длине помещены зигзагообразные ряды теплоэлектрических секций, состоящие, из размещенных по очередности и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, состоящих из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены и плотно прижаты друг к другу и расположены в зоне нагрева и охлаждения, вблизи кромки продольных ребер и поверхности участка трубопровода параллельно их поверхности, при этом свободные концы теплоэлектрических секций каждого ребра с одной стороны соединены через токовыводы с одноименными зарядами с регулирующим блоком, с противоположной – через коллекторы, токовыводы с одноименными противоположными зарядами и кабель с анодным заземлителем [Патент №2550073, МПК С23 F13/00, 2015].

Недостатками известного устройства являются невозможность замены вышедших из строя термоэмиссионных преобразователей или термоэлектрических секций на действующем трубопроводе, без разрушения покрытия из диэлектрического материала, значительные потери вырабатываемого электричества из–за большого электрического сопротивления, соединенных последовательно термоэлектрических секций, что снижает его надежность и эффективность.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является термоэлектрический кожух для трубопровода, содержащий два полуцилиндрических кожуха с продольными щелями, снабженных торцевыми кольцами, продольными фланцами с крепежными отверстиями, выполненными из гидростойкого материала, закрывающих участок трубопровода, с созданием между внутренней поверхностью полуцилиндров и наружной поверхностью трубопровода зазора шириной ∆, причем в продольные щели полуцилиндрических кожухов вставлены продольные ребра, выполненные из гидростойкого диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, внутри которых по всей их длине помещены зигзагообразные ряды, состоящие из размещенных по очередности и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, состоящих из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены и плотно прижаты друг к другу и расположены вблизи кромки ребер, прижатых в зоне нагрева к поверхности трубопровода и в зоне охлаждения в окружающей среде (воде, грунте и т. д.), соответственно, свободные концы зигзагообразных рядов каждой пары ребер с одного торца в зоне охлаждения соединены перемычками, покрытыми слоем гидростойкого диэлектрического материала, а с противоположного торца свободные концы зигзагообразных рядов этих же пар в ребрах соединены между собой в зоне охлаждения через конденсаторы, покрытыми слоем гидростойкого диэлектрического материала, образуя теплоэлектрические секции, причем конденсаторы каждого полуцилиндрического кожуха через перемычки последовательно соединены между собой, образуя теплоэлектрические блоки, а крайние конденсаторы каждого теплоэлектрического блока снабжены токовыводами с одноименными зарядами.

Основными недостатками известного устройства являются громоздкая конструкция полуцилиндрических кожухов, усложняющая его монтаж на действующем трубопроводе, зигзагообразная компоновка термоэмиссионных преобразователей, снижающая их количество в одном ряду, а также помещение рядов термоэмиссионных преобразователей в ребра, выполненные из гидростойкого диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, создающего в тое время дополнительное термическое сопротивление, что, в конечном счете, снижает его надежность и эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности термоэлектрического оребрения для трубопровода.

Технический результат достигается термоэлектрическим оребрением для трубопровода, содержащим участок трубопровода, на котором расположены по всей его длине продольные ребра, состоящие из размещенных по очередности параллельно друг к другу и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых состоит из пары параллельных отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены, плотно прижаты друг к другу и соединены между собой (сваркой или спайкой), образуя верхние и нижние спаи, которые по всей длине ребра закрыты сбоку полосками, выполненными из слюды и металла, соответственно, образуя верхние и нижние кромки ребер, пустые полости между полосками заполнены связующим термостойким диэлектрическим материалом, свободные концы термоэмиссионных элементов каждой пары ребер с одного торца в зоне охлаждения соединены перемычками, с противоположного торца свободные концы ребер термоэмиссионных элементов этих же пар соединены между собой в зоне охлаждения через конденсаторы, образуя теплоэлектрические секции, которые также соединены между собой конденсаторами, при этом наружная поверхность всех составляющих элементов ребер покрыта слоем гидростойкого диэлектрического материала, нижние кромки ребер термоэлектрических секций прижаты в зоне нагрева к поверхности трубопровода, верхние кромки ребер теплоэлектрических секций расположены в зоне охлаждения в окружающей среде, соответственно, крайние конденсаторы крайних теплоэлектрических секций снабжены токовыводами с одноименными зарядами, причем на границах участка трубопровода расположены два хомута, изготовленные с продольными пазами, равномерно распределенными по окружности хомутов, в которые вставлены левые и правые торцы нижних кромок ребер и закрытые прижимными планками с отверстиями, через которые пропущены прижимные болты.

На фиг. 1–4 представлены общий вид и разрезы термоэлектрического оребрения для трубопровода (ТЭОТ), на фиг. 5–9 –узел и разрезы теплоэлектрической секции (ТЭС) и термоэмиссионных преобразователей (ТЭП).

Предлагаемое термоэлектрическое оребрение для трубопровода (ТЭОТ) включает участок трубопровода 1, на котором расположены по всей его длине продольные ребра 2, состоящие из размещенных по очередности параллельно друг к другу и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 3, каждый из которых состоит из пары параллельных отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены, плотно прижаты друг к другу и соединены между собой (сваркой или спайкой), образуя верхние и нижние спаи 4 и 5, которые по всей длине ребра 2 закрыты сбоку полосками 6 и 7, выполненными из слюды и металла (например, алюминия), соответственно, образуя верхние и нижние кромки ребер 2, пустые полости между полосками 6 заполнены связующим термостойким диэлектрическим материалом (например, термостойким герметиком), свободные концы ТЭП 3 каждой пары ребер 2 с одного торца в зоне охлаждения соединены перемычками 8, с противоположного торца свободные концы ТЭП 3 ребер 2 этих же пар соединены между собой в зоне охлаждения через конденсаторы 9, образуя теплоэлектрические секции (ТЭС) 10, которые также соединены между собой конденсаторами 9, при этом наружная поверхность всех составляющих элементов ребер 2 покрыта слоем гидростойкого диэлектрического материала, нижние кромки ребер 2 ТЭС 10 прижаты в зоне нагрева к поверхности трубопровода 1, верхние кромки ребер 2 ТЭС 10 расположены в зоне охлаждения в окружающей среде (воде, грунте и т.д.), соответственно, крайние конденсаторы 9 крайних ТЭС 10 снабжены токовыводами с одноименными зарядами 11 и 12, на границах участка трубопровода 1 расположены два хомута 13, изготовленные с продольными пазами 14, равномерно распределенными по окружности хомутов 13, в которые вставлены левые и правые торцы нижних кромок ребер 2 и закрытые прижимными планками 15 с отверстиями 16, через которые пропущены прижимные болты 17.

Предлагаемое ТЭОТ, представленное на фиг. 1–9, работает следующим образом.

ТЭОТ устанавливается в процессе монтажа или реконструкции трубопровода, для чего два хомута 13 с продольными пазами 14 накладываются на участок трубопровода 1 и крепятся к нему посредством стяжки своих торцов. После монтажа хомутов 13 в продольные пазы 14 вставляются торцы нижних кромок продольных ребер 2, прижимают их к наружной поверхностью участка трубопровода 1 путем сжатия прижимных планок 16 прижимными болтами 18, торцы верхних кромок соединяют перемычками 8 и конденсаторами 9, после чего токовыводы 11, 12 соединяют с регулирующим блоком и потребителем (на фиг.1–9 не показаны).

После заполнения трубопровода и начала движения в нем потока газа (жидкости) с температурой tП ниже, чем температура грунта (воздуха, воды) tС, который соприкасается с поверхностью ребер 2, выполненных из гидростойкого диэлектрического с высокой теплопроводностью материала, в результате разности температур tП – tС происходит теплообмен между холодным газом (жидкостью), движущимся по участку трубы 1, и окружающим грунтом (водой, воздухом), нагреваются и охлаждаются зоны нагрева и охлаждения продольных ребер 2, состоящие из верхних и нижних спаев 4 и 5, выполненных из металлов М1 и М2, зажатых по всей длине ребра 2 сбоку полосками 6 и 7, выполненных из слюды и металла. Конструкция верхних и нижних кромок ТЭС 10, выполненная из сплошных полос материалов с высокой теплопроводностью позволяет увеличить количество переходящего тепла за счет повышенной площади их контакта с зонами нагрева и охлаждения и высокой площади контакта слоев самих металлов М1 и М2, соединенных между собой (например, спайкой или сваркой). В результате теплообменных процессов создается разность температур между спаянными двухслойными расплющенными, плотно прижатыми друг к другу, соединенными между собой концами ТЭП 3, выполненными из металлов М1 и М2, расположенными в кромках ребер 2, и противоположными им спаянными концами этих же отрезков металлов М1 и М2, расположенных в ребрах 2. Создаваемая разность температур между зонами нагрева и охлаждения вызывает эмиссию электронов во всех ТЭП 3 и, соответственно, возникновение в зигзагообразных рядах ТЭС 10 термоэлектричества [С.Г. Калашников. Электричество. – М: «Наука», 1970, с. 502–506]. Полученное термоэлектричество каждой пары ребер 2, соединенных попарно между собой перемычками 8, образующих ТЭС 10, направляется в конденсаторы 9, соединенные с холодными свободными концами двух конечных ТЭП 3 каждой ТЭС 10, которые аккумулируют его. При этом каждый конденсатор 9 обслуживает свою ТЭС 10, а так как конденсаторы каждой ТЭС 10 соединены между собой последовательно, то термоэлектричество предыдущих ТЭС 10 не проходит через последующие ТЭС 10, а движется только через последовательно соединенные конденсаторы 9, что существенно снижает потери мощности на преодоление сопротивлений электричеству при прохождении по многочисленным ТЭП 3. Эффективная работа конденсаторов 9 обеспечивается также тем, что они постоянно охлаждаются в зоне охлаждения наружной средой. Полученное термоэлектричество через токовыводы 11, 12 поступает в блок регулирования, где создаются требуемое напряжение и сила тока, и подается потребителю (на фиг. 1–9 не показаны).

Величина разности электрического потенциала и силы тока на токовыводах 11, 12 зависит от разности температур на спаях металлов М1 и М2, их характеристик, количества ТЭП 3 в ТЭС 10 и их числа. При необходимости устанавливают несколько ТЭОТ. Требуемые напряжение U и силу тока I в зависимости от расхода газа (жидкости) и величины разности температур (tП– tС) регулируют в блоке регулирования. Полученное электричество можно использовать, например, для защиты трубопровода от электрохимической коррозии или электропривода задвижек.

Таким образом, конструкция предлагаемого ТЭОТ обеспечивает возможность замены вышедших из строя термоэмиссионных преобразователей или теплоэлектрических секций на действующем трубопроводе, без разрушения смежных термоэлектрических секций и снизить электрическое сопротивление установки, что повышает ее надежность и эффективность.

Термоэлектрическое оребрение для трубопровода, содержащее участок трубопровода, на котором расположены по всей его длине продольные ребра, состоящие из размещенных по очередности друг к другу и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены, плотно прижаты друг к другу и соединены между собой сваркой или спайкой, образуя верхние и нижние спаи, свободные концы термоэмиссионных элементов каждой пары ребер с одного торца в зоне охлаждения соединены перемычками, с противоположного торца свободные концы термоэмиссионных элементов ребер этих же пар соединены между собой в зоне охлаждения через конденсаторы, образуя теплоэлектрические секции, которые также соединены между собой конденсаторами, при этом наружная поверхность всех составляющих элементов ребер покрыта гидростойким диэлектрическим материалом, нижние кромки ребер теплоэлектрических секций прижаты в зоне нагрева к поверхности трубопровода, верхние кромки ребер теплоэлектрических секций расположены в зоне охлаждения в окружающей среде, крайние конденсаторы крайних термоэлектрических секций снабжены токовыводами с одноименными зарядами, отличающееся тем, что продольные ребра состоят из размещенных параллельно друг к другу термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых состоит из пары параллельных отрезков металлов М1 и М2, верхние и нижние спаи по всей длине ребра закрыты сбоку полосками, выполненными из слюды и металла, образуя верхние и нижние кромки ребер, пустые полости между полосками заполнены связующим термостойким диэлектрическим материалом, наружная поверхность всех составляющих элементов ребер покрыта слоем гидростойкого диэлектрического материала, на границах участка трубопровода расположены два хомута, изготовленные с продольными пазами, равномерно распределенными по окружности хомутов, в которые вставлены левые и правые торцы нижних кромок ребер термоэлектрических секций, закрытые сверху прижимными планками с отверстиями, через которые пропущены прижимные болты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к защите подземных трубопроводов от коррозии, а именно к способам диагностики целостности изоляции трубопроводов, оборудованных установками катодной защиты.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты подземных сооружений от блуждающих токов, вызываемых рельсовым электротранспортом.

Изобретение относится к области научного приборостроения и предназначено для использования в качестве электрода сравнения при электрохимических исследованиях. Электродное устройство содержит токоотводящий элемент, диэлектрический пористый корпус, поры которого заполнены металлическими наночастицами и пропитаны гелевым электролитом, а металлические наночастицы покрыты солью данного металла, при этом диэлектрический пористый корпус выполнен в виде сосуда с заостренной нижней донной частью, поры верхней части корпуса заполнены металлическими наночастицами, покрытыми солью этого металла, и пропитаны гелевым электролитом, наружная поверхность верхней части корпуса покрыта сначала слоем серебра, а затем слоем изолирующего материала за исключением небольшого участка в нижней донной части, не заполненного наночастицами и не пропитанного гелевым электролитом, при этом токоотводящий элемент выполнен в виде покрытой серебром металлической крышки корпуса с металлическим выводом, имеющей электрический контакт со слоем серебра на наружной поверхности верхней части корпуса и снабженной отверстием с пробкой для заполнения корпуса в виде сосуда жидким равнопереносящим электролитом.

Изобретение относится к защите от коррозии подземных металлических сооружений и может быть использовано для измерения потенциала защищаемых сооружений и анодных заземлителей.

Изобретение относится к области защиты подземных металлических сооружений, например трубопроводов, от коррозии, а именно к устройству элементов станции катодной защиты.

Изобретение относится к способу и устройству для защиты от коррозионного растрескивания сварной металлоконструкции. Способ включает заваривание приповерхностных трещин путем пошагового воздействия импульсом тока в зоне растягивающих остаточных сварочных напряжений и обжатие упомянутой зоны динамическими ударами.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для определения технического состояния изоляционного покрытия подземного трубопровода.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способу и системе контроля катодной защиты эксплуатационных колонн. Техническим результатом является повышение производительности скважины за счёт сокращения времени измерений при сохранении необходимой точности.

Изобретение относится к области электрохимической защиты металлических сооружений от коррозии в почве и может быть использовано при изготовлении глубинных и поверхностных анодных заземлений.
Изобретение относится к защите подземных сооружений и трубопроводов от электрохимической коррозии и может быть использовано для восстановления глубинных анодных заземлителей.

Изобретение относится к области электроустановок, используемых с целью производства, преобразования и распределения электрической энергии, содержащих металлические конструктивные детали с металлическим покрытием. Узел соединения деталей электроустановки включает соединяемые металлические детали и металлические крепежные элементы, скрепляющие указанные детали друг с другом с обеспечением электрического соединения, причем указанные соединяемые детали и крепежные элементы снабжены металлическими покрытиями, выполненными из металлов, обладающих меньшими электродными потенциалами, чем металлы, из которых выполнены тела указанных соединяемых деталей и крепежных элементов. В узел дополнительно включена жертвенная металлическая деталь, содержащая на своей поверхности металл, обладающий меньшим электродным потенциалом, чем металлы, из которых выполнены металлические покрытия указанных соединяемых деталей и крепежных элементов. Достигается повышение надежности выравнивания электрических потенциалов соединяемых деталей электроустановок в узлах соединения деталей электроустановок, как следствие повышения надежности сохранения электрического контакта металлических покрытий соединяемых деталей с металлическими покрытиями крепежных элементов. 2 н. и 12 з.п. ф–лы, 15 ил.

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для получения электрической энергии в процессе транспортирования в трубах различных теплоносителей. Термоэлектрическое оребрение содержит участок трубопровода, на котором расположены по всей его длине продольные ребра, состоящие из соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых соединены между собой сваркой или спайкой, которые по всей длине ребра закрыты сбоку полосками, выполненными из слюды и металла, образуя верхние и нижние кромки ребер, свободные концы каждой пары ребер с обоих торцов в зоне охлаждения соединены перемычками и конденсаторами, образуя теплоэлектрические секции, соединенные между собой также конденсаторами, при этом наружная поверхность всех составляющих элементов ребер покрыта слоем гидростойкого диэлектрического материала, нижние кромки ребер термоэлектрических секций прижаты в зоне нагрева к поверхности трубопровода, верхние кромки ребер термоэлектрических секций расположены в зоне охлаждения в окружающей среде, крайние конденсаторы крайних термоэлектрических секций снабжены токовыводами с одноименными зарядами, а на границах участка трубопровода торцы нижних кромок ребер теплоэлектрических секций прижаты к поверхности трубопровода двумя хомутами. Технический результат: повышение надежности и эффективности термоэлектрического оребрения. 9 ил.

Наверх