Перспективное изобретение на службе человечества и окружающей среды

Анатолий Шейдин (Аншей Дин)

Перспективное изобретение на службе человечества и окружающей среды

Название: METHOD AND DEVICE FOR UTILIZATION OF EXCESS PRESSURE OF THE ENERGY CARRIER. HYDRAULIC MOTOR OF A.SHEIDIN

Сфера применения:

В областях:

1. Производства механической и электрической энергии за счёт попутного снижения избыточного давления энергоносителя без его физического уничтожения в магистральных трубопроводах, в распределительных сетях,  в сети потребителя, питаемой от распределительной сети или от баллонов  или ёмкостей сжатого  или сжиженного энергоносителя, в качестве которого может выступать как горючий, так и любой инертный газ, а также воздух.
2. Попутной очистки энергоносителя от жидких и твердых примесей,
3. Попутного производства охлаждённой среды (жидкость или газ) для использования в холодильных установках, производстве дистиллированной воды;
4. Для использования в указанных выше целях энергии попутных газов в местах нефтедобычи, улучшая экологические показатели окружающей среды.
5. Для возможного производства водорода в качестве топлива для транспортных средств, независимых от углеводородного топлива;
6. Для выравнивания нагрузок в электросетях в дневное и ночное время;
7. Для достижения указанных выше целей с помощью сжатого или сжиженного энергоносителя на передвижных транспортных установках, независимо от наличия вблизи углеводородного энергоносителя.

Все эти цели достигаются с помощью гидравлического мотора автора, описанного в патенте IL255175  F03B 17/02, F03B 9/00, F15B 21/00  CPC Classifications, зарегистрированного патентной службой Израиля с оплаченным сроком действия патента в течении 20 лет, начиная с 22/10/2017 года.

 Автор изобретения предлагает  крупным  бизнесменам и финансовым инвесторам принять участие в разработке проектной документации, производстве и реализации гидродвигателя А. Шейдина для использования его возможностей  в достижении любой из заявленных в аннотации целей, способствуя избавлению от зависимости потребителей электроэнергии и владельцев транспортных средств от углеводородного сырья, попутно решая проблемы повышения уровня экологии земного и воздушного пространства.

Лучшие проекты гидродвигателя А. Шейдина, очевидно получат призы Международного сообщества, предусматривающие вложение миллиардных затрат на решение этих задач.

 Принимая во внимание, что обычный воздух представляет собой неограниченный источник энергии, а его производство до сжатого состояния может производиться и в ночное время, когда уровень потребления электроэнергии резко падает, то и его производство, и производство водорода, как топлива для транспортных средств, одновременно решает многие задачи.

Ниже  приводится текст описания изобретения на русском языке. Полностью весь патент на английском языке можно посмотреть по ссылке:

 https://israelpatents.justice.gov.il/en/patent-file/details/255175

 

Устройство для утилизации избыточного давления энергоносителя. Гидродвигатель А.Шейдина

Изобретение относится к устройствам использующим энергию сжатого газа или воздуха, или продуктов переработки нефти (далее - газа, энергоносителя)  для получения механической или электрической энергии.

Известны устройства для достижения этих целей, описанные в литературе (1*, 2*),  из которых наибольшей популярностью пользуются , использующие  энергию избыточного давления газа магистральных трубопроводов для попутного (без физического уничтожения энергоносителя) получения механической или электрической энергии.

Недостатком турбодетандерных установок является высокие требования к качеству газа, подаваемого на лопасти турбины, который должен быть очищен от конденсата, механических примесей и подогрет для повышения коэффициента полезного действия (КПД), а конструкция таких высокоскоростных агрегатов должна исключать утечку газа, который при наличии искрообразования в смеси с воздухом может стать взрывоопасным, что значительно усложняет конструкцию.

Известны устройства для  п о л у ч е н и я  э н е р г и и (механической и /или  электрической),  в гидродвигателе, представляющем собой герметичный вертикально ориентированный корпус, более, чем наполовину, заполненный жидкой средой, в котором размещена система подачи энергоносителя с помощью трубки с отверстиями или форсункой, силовая установка, состоящая из рамной конструкции, гибкой цепной или ременной бесконечной трансмиссии,  на которой закреплены ёмкости колокольного или ковшового типа, заполняемые в нижней части подъёмной ветви трансмиссии энергоносителем с плотностью ниже плотности среды, вытесняя её из емкости, образуя подъёмную силу, равную, согласно закону Архимеда, весу жидкости, вытесненной из ёмкости и превращая поступательное движение ёмкости вверх с помощью трансмиссии, охватывающей оба колеса (верхнего и нижнего) во вращательное обеих колёс и валов, жёстко с ними соединённых, как минимум один из которых имеет выход наружу корпуса гидродвигателя, являясь приводом для устройств, для производства механической и/или электрической энергии, а энергоноситель на  выходе ёмкости из среды, собирается в верхней части корпуса и через открытый кран приёма отработанного энергоносителя направляется в систему доведения до пригодной для потребителя кондиции или проходит следующую ступень снижения давления в аналогичном гидродвигателе.

Некоторые из них в качестве энергоносителя для производства механической и/или электрической энергии используют находящиеся под высоким давлением воздух или инертные газы, с питанием от компрессоров или баллонов (РФ2167333, РФ2160381, US 4054031, а некоторые используют избыточное давление магистральных трубопроводов на пути к потребителю, работающему на более низком давлении. Все они конструктивно относятся к классу F03B9/00 - машины или двигатели с рабочим органом в виде бесконечной цепи.

Сюда же могут быть отнесены и  предложенные экспертами в качестве прототипов D2: US4054031 B [JOHNSON] - 18/10/1977 (упомянут выше)

D3: US4363212 B [Everett] - 14/12/1982. 

Любая из упомянутых выше конструкций могла бы служить прототипом для решения поставленной изобретением главной задачи - производство механической и /или электрической энергии, без физического уничтожения энергоносителя, если не принимать                                                                                                                                                                                                             

во внимание, проблемы возникающие при работе с природным газом магистральных трубопроводов, поступающим к потребителю под высоким давлением, требующим его снижения, очистки от влажных, масляных и твёрдых загрязнений, а также  принятия мер, исключающих его взрывоопасность в сочетании с воздухом.

Когда энергоносителем является воздух или инертный газ, указанных выше проблем с загрязнениями и взрывоопасностью не возникает.

Известно также техническое решение  по использованию избыточного давления природного газа магистральных трубопроводов  для попутного производства  механической и/или электрической энергии без физической потери энергоносителя (патент US5555728A) с помощью гидродвигателей, с силовыми установками указанной выше конструкцией и аналогичной (трубочной или форсуночной) системой подачи энергоносителя.

НЕДОСТАТКИ ИЗВЕСТНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

Во всех рассмотренных выше конструкциях система подачи энергоносителя под давлением осуществляется его выпуском из отверстий трубочного подвода или специальной форсунки через жидкую среду в проходящую емкость, обращённую своей открытой стороной к потоку газа, значительная часть которого в ёмкость попасть не успевает из-за большого рассеивания и кратковременности пребывания в самом удобном для наполнения положении.

Незначительно улучшает наполняемость установка дополнительной точки впрыска энергоносителя, как это предусмотрено патентом US4498294A, так как на прямолинейном участке движения ёмкостей сужается щель для прохода энергоносителя, как и вхождение ёмкостей одна в другую, уменьшая этим потенциальную подъёмную силу наполненную энергоносителем ёмкость.

Низкий коэффициент полезного действия подобных установок стал причиной того, что при всех минусах турбодетандерных установок, именно они на сегодняшний день получили наибольшее применение, несмотря на необходимость дополнительных затрат на предварительную очистку энергоносителя от примесей, его подогрев из-за большого перепада при температуры расширении газа, синхронного отбора образующегося холода  получаемой энергии, доведения газа до потребительских параметров у потребителя.

Известные устройства, использующие природный газ, неочищенный от примесей, в качестве энергоносителя и трубчатую или форсуночную систему впрыска энергоносителя, рискуют  уменьшить их пропускную способность.

 

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является:

1. Исключить предварительную очистку энергоносителя от различного рода примесей,

2. Исключить предварительный нагрев энергоносителя, используя для этих целей нагрев среды, через которую проходит энергоноситель,

3. Свести до минимума возможную взрывоопасность,

4.  Повысить скорость и объём вытеснения среды из ёмкости подъёмной ветви трансмиссии,

5. Снизить непроизводительные потери энергоносителя, увеличив одновременно мощность силовой установки при одном и том же расходе энергоносителя.

6. Изменять в широких пределах объём производимой энергии,

7. Очистка рабочей среды от посторонних примесей энергоносителя.

 

ГИДРОДВИГАТЕЛЬ А. ШЕЙДИНА

Предлагается  устройство для п о п у т н о г о  п о л у ч е н и я  э н е р г и и (механической и /или  электрической),  используя избыточное давление энергоносителя (газа, нефти, продуктов её переработки), необходимое для его передачи по магистральным трубопроводам до потребителей, без физического уничтожения энергоносителя, без предварительных затрат на его очистку от твёрдых, влажных и иных примесей направлением потока энергоносителя или части его в  гидродвигатель, использующий подъёмную силу энергоносителя в             

жидкой среде с большей плотностью, чем у него, для чего энергоноситель направляется в ёмкости ковшового типа (далее - ёмкость), закреплённые на бесконечной цепи или ленте (трансмиссии), приводящей во вращение два колеса ( верхнее и нижнее)  вертикально ориентированной силовой установки, размещённой в герметически закрытом корпусе гидродвигателя, содержащего жидкую среду, в которую более, чем наполовину погружена трансмиссия, и, по крайней мере, одно из двух колёс,  закреплённых на своих валах, способны передать механическую энергию для целевого использования, в том числе для получения электроэнергии, о т л и ч а ю щ е г о с я  тем, что, в целях более полного и быстрого наполнения ёмкостей энергоносителем, снижения непроизводительных его потерь и повышения мощности гидродвигателя, подача  энергоносителя в ёмкости осуществляется контактным способом через открытое окно расширительной камеры, предусмотренной в конструкции силовой установки, высота которого позволяет наполнять одновременно более одной ёмкости через  открытые    частично или полностью торцы ёмкостей, закреплённых  на трансмиссии,  а опорная стенка, по которой скользит емкость своим торцом после  перемещения её выше верхней границы окна расширительной камеры, если емкость не оснащена  запорной пластиной (с уплотняющей прокладкой или без неё), открываемой внутрь емкости, исключают до минимума возможные непроизводительные утечки в среду энергоносителя, неизбежные при продувке среды из пространства между ёмкостями, хотя,  именно благодаря просвету между ёмкостями, их продувка энергоносителем помогает более полному вытеснению среды из верхней из двух, одновременно заполняемых энергоносителем ёмкостей, контактирующих с открытым окном расширительной камеры, высота которого и количество одновременно загружаемых энергоносителем емкостей могут меняться в зависимости от требуемой мощности потребителя энергии.

Гидродвигатель, работающий на низких оборотах с выходом энергоносителя в замкнутое пространство над поверхностью жидкой среды, не представляет опасности даже при его значительных утечках внутри неё, вполне ожидаемых по мере поднятия ёмкости вверх и падением давления жидкой среды, не требует специальной очистки энергоносителя от механических и прочих примесей, оставляя их в среде, но, в целях исключения возможного образования взрывоопасной смеси природного газа с воздухом, перед первым запуском гидродвигателя и после  остановки для профилактических работ (очистка от накопившихся примесей, ремонтные и прочие цели) его внутреннее пространство должно быть очищено от воздуха. Способ очистки изложен далее.

 

Схема гидродвигателя показана на фиг.1

Энергоноситель из магистрального трубопровода 1 через кран 2 поступает в  расширительную  камеру 3 , содержащего корпус 4, собираемый из отдельных секций для удобства монтажа силовой установки рамной конструкции 5, по рабочей плоскости которой 6 скользят емкости 7, открытые в нижней и торцевой  частях, закреплённые на цепях или ремённой передаче 8, передающей  вращение через зубчатые колеса 9 на оба  вала 10 и 11, по крайней мере один из которых выходит наружу корпуса 4 гидродвигателя, расширяя  технологические возможности механического привода с помощью редукторов и синхронизаторов вращения  различных потребителей (на схеме не указаны).

Позиции А и В показывают возможные состояния крана 12 подачи и слива среды:

12А - кран закачки среды в корпус гидродвигателя, 12В него.

На Fig.2 изображён один из вариантов крепления емкости к пластинчатой цепи, которых, для гидродвигателей повышенной мощности, может быть две с каждой стороны емкости.

На Fig.3, Fig.4, ничего не меняющие, но поясняющие описание изображения ёмкости, открытой снизу и частично с торца, на котором пунктиром изображена  ширина открытой части расширительной камеры. Пружина 24, запирающая пластина 25 и прокладка 26 изображены для случая собственной защиты емкости от утечек энергоносителя после вытеснения части среды из неё.

Соединение емкости с цепью обеспечивается с помощью оси 13, которая проходит через отверстия в боковой стенке ковша 7, шайбы 14, пластины основной цепи 15, втулку опорную 16, входящую в зацепление с зубом 17 зубчатого колеса 9, пластины дополнительной цепи 18, фиксируемой для примера шплинтом 19.

Для удобства монтажа корпус гидродвигателя выполнен из нескольких (не менее двух) секций, соединение которых должно исключать утечку среды или энергоносителя.

, для этого из позиции: «все краны закрыты» открывается спускной кран для воздуха 20, внутреннее приёмное отверстие которого расположено в верхней части корпуса 4 и пространство гидродвигателя через кран подачи среды 12А заполняется  средой до начала истечения её или фонтанирования из воздушного крана 20. Затем краны 12А и 20 закрываются, открывается кран 12В - «слив среды» из корпуса 4 и  открывается кран 2 подачи энергоносителя в гидродвигатель,  при достижении рабочего уровня среды, определяемого прибором 22,   кран 12В закрывается и открывается   кран 21 отбора энергоносителя к потребителю или в следующую ступень понижения давления в аналогичный гидродвигатель.

Контроль за давлением, температурой и влажностью энергоносителя на его выходе из гидродвигателя осуществляется блоком измерительных приборов 23.

Образуемый за счёт расширения газа холод, может найти применение как для охлаждения обмоток генераторов, так и в различных сферах деятельности человека.

может быть оснащён датчиками давления, температуры, влажности освободившегося газа и средствами автоматического регулирования, включая, при необходимости, подогрев энергоносителя и/или среды, используя                                                        

электричество, вырабатываемое самой установкой, средствами контроля и  периодической очистки рабочей среды от загрязнений энергоносителя.

Принцип работы установки позволяет создавать конструкции гидродвигателей от мощных, пригодных конкурировать с электростанциями, сжигающими газ для производства электроэнергии, до маломощных гидродвигателей для обслуживания туристических баз и отдельных объектов за счёт утилизации избыточного давления энергоносителя (воздуха, газа, нефти или продуктов её переработки) в                                           

магистральных трубопроводах, способствуя возникновению новых поселений вдоль    трассы магистральных трубопроводов, так и используя  баллонный энергоноситель.

При необходимости снижения избыточного давления до рабочего давления у потребителя, энергоноситель может пройти через ряд гидродвигателей, последовательно или параллельно подключённых между собой.

Образующийся избыток электроэнергии может быть направлен на производство запасов  баллонного газа или сжатого воздуха или его составляющих, или зарядки аккумуляторов электродвигателей различных транспортных устройств, облегчая экологическую обстановку окружающей среды, уравновешивая пиковые нагрузки энергосистемы в ночное и дневное время.

Применение гидродвигателей А.Шейдина позволит качественно решить проблему по очистке попутных нефтяных газов (ПНГ), исключив их сжигание и ухудшение экологического пространства (3*, 4*), способствуя созданию газожидкостных электростанций, более экономичных и экологически чистых.                                                                                                                  

Принимая во внимание широко известный опыт производства ковшовых устройств  (5*, 6*), реализация данного изобретения не должна представлять проблемы при производстве и эксплуатации предлагаемого гидродвигателя.

 

Использованная литература:

1* https://www.bakerhughes.com/expanders/turboexpander-generators - Турбодетандерные генераторы

2* - http://www.turbogaz.com.ua/equipment/turbodetandr/utdu.html

Утилизационные энергетические турбодетандерные установки

3* - https://gazsurf.com/en/gas-processing/articles/item/associated-petroleum-gas-processing - Types and methods of APG utilization 

4* - http://www.premen.ru/ru/content/energy/util/ - PREMIUM  ENGINEERING

5*- - конвейер (Нория)

6* - http://soyuzproektstroy.ru/ptm/kovshovye-konvejery.php - ковшовые конвейеры

 

 

Примечание:

Использование указанного «Гидродвигателя А.Шейдина» по патенту IL255175 разрешается в любой стране после оформления с автором патента Лицензионного соглашения, текст которого будет опубликован на русском языке на блоге https://anatoly.sheidin.com/ и может быть переведён заинтересованным лицом, как минимум, электронным переводчиком.

 

 

 

© Copyright: Sheidin Anatoly (Anshay Din) 2022