СИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1995 года по МПК F02C6/14 F02B63/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к областям, в которых необходима мгновенная выработка электроэнергии при отключении основной системы электропитания или снижении напряжения в ней ниже установленного уровня.

Известна силовая установка для аварийного электропитания, представляющая собой дизель-генераторный агрегат, состоящий из теплового двигателя без кривошипно-шатунной системы с двумя блоками в виде цилиндра и поршня, расположенными по обе стороны относительно генератора переменного тока. Поршни механически соединены между собой жесткой деталью, на которой установлен сердечник из ферромагнитного материала, являющийся подвижной деталью линейного генератора переменного тока и наводящий ЭДС во внешнем соленоиде [1].

Недостатком известного технического решения является то, что для поддержания готовности к запуску и приему нагрузки оно требует постоянного обслуживания. Дизель-генераторные электроагрегаты в зависимости от степени автоматизации имеют время запуска и приема нагрузки от десятков секунд до десятков минут. Наиболее близким к изобретению техническим решением, принятым за прототип, является силовая установка со средствами хранения энергии для обеспечения аварийных и пиковых режимов, содержащая компрессор, соединенный с электромотором, аккумулятор сжатого газа, подключенный посредством трубопровода с установленным на нем запорно-регулирующим элементом к расширительной машине, соединенной с генератором переменного тока [2].

Данному техническому решению присущ весь комплекс недостатков, изложенных выше.

Целью изобретения является повышение эффективности работы установки путем уменьшения времени выхода на режим, снижение эксплуатационных затрат и повышение надежности.

Поставленная задача может быть решена за счет того, что силовая установка со средствами хранения энергии для обеспечения аварийных и пиковых режимов, содержащая компрессор, соединенный с электромотором, аккумулятор сжатого газа, подключенный посредством трубопровода с установленным на нем запорно-регулирующим элементом к расширительной машине, соединенной с генератором переменного тока, снабжена золотниковыми клапанами, посредством которых расширительная машина подключена к трубопроводу, при этом генератор переменного тока выполнен в виде линейного генератора с возвратно-поступательным движением якорей, содержащего магнитную систему, электроды, примыкающие к каналам с жидким металлом, в каждом из которых расположен якорь, выполненный в виде набора пластин из электро- и магнитопроводных материалов, соединенный посредством штоков с расширительной машиной, последняя выполнена в виде многоцилиндровой поршневой машины, поршни которой соединены соответствующими штоками якорей, частота движения которых равна
f= A где А - функциональный коэффициент, зависящий от степени сжатия; L - Длина цилиндра; m - масса подвижных частей; F - площадь поршня; Р_о - минимальное давление в цилиндре, кроме того, втулки золотниковых клапанов могут быть расположены на стенках цилиндров, а их штоки соединены с соответствующими поршнями.

Наличие изобретения совокупности отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна".

Патентный поиск, проведенный в данной и смежной областях техники, не позволил выявить источников информации, которые бы содержали отличительные от прототипа признаки. Таким образом, отличительная совокупность признаков явным образом не вытекает из уровня техники, что и делает изобретение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

Относительно возможности достижения поставленного технического результата следует отметить, что все признаки, включенные в формулу изобретения, являются необходимыми и достаточными для реализации решаемой задачи и находятся в неотъемлемой причинно-следственной связи, что делает предложение промышленно применимым.

На фиг.1 показана принципиальная схема силовой установки; на фиг.2 дано сечение А-А на фиг.1.

Силовая установка содержит компрессор 1, сообщенный с электромотором 2, аккумулятор 3 сжатого газа (баллонная рампа), подключенный при помощи трубопровода 4 и запорно-регулирующего органа 5 к расширительной машине, которая сообщена с генератором переменного тока. Расширительная машина снабжена золотниковыми клапанами 6. Генератор переменного тока выполнен в виде линейного генератора с возвратно-поступательным движением якоря и состоит по меньшей мере из двух одинаковых модулей, каждый из которых включает корпус (не показан), якорь (плунжер) 7, токосъемные электроды 8, два блока 9 уплотнения. Система возбуждения состоит из катушек 10 и магнитопровода 11, части 12 и 13 которого конструктивно объединены с электродами 8. Установка имеет выходной трансформатор с высоковольтной обмоткой 14 и магнитопроводом 15. Корпус модуля (не показан) является основным несущим элементом. Полости 16 корпусов двух моделей соединены каналами 17 синхронизации и образуют единый объем, заполненный жидким металлом. Жидкий металл, например сплав натрия и калия, служит для обеспечения электрического контакта и теплообмена между якорем и токосъемными участками электродов, а также является рабочим телом системы гидравлической синхронизации движения якорей 7. Якорь (плунжер) 7 служит для преобразования механической энергии в электрическую. Токопроводящие элементами якоря выполнены из набора пластин из электро- и магнитопроводящих материалов. Для уменьшения сопротивления магнитной цепи медные пластины якоря 7 чередуются с пластинами из электротехнической стали. Блоки 9 уплотнения предназначены для герметизации внутренних полостей генератора в зоне прохождения штоков 18, связывающих якоря 7 с поршнями 19 расширительной машины. Для привода линейного генератора используется многоцилиндровый безвальный пневматический двухтактный двигатель. Для обеспечения симметричного возвратно-поступательного движения якорей генератора цилиндры 20 двигателя расположены попарно с каждой стороны генератора. Таким образом, двигатель состоит из двух блоков, расположенных с противоположных сторон генератора, каждый из которых объединяет цилиндры 20. Конструкция блоков одинакова.

В связи с тем, что приводной поршневой двигатель служит не только для выработки механической энергии, преобразуемой в генераторе в электрическую, а также является упругим элементом колебательной системы - якоря, штоки, поршни и газовые объемы в цилиндрах двигателя, для выбора его рабочего объема последний фактор является определяющим. Частота колебаний определяется следующим выражением:
f=A .

Учет процесса сжатия в поршневой полости, зависящий от конструктивных особенностей поршневого двигателя, позволяет привести в соответствие процессы, происходящие в двигателе, с частотой и амплитудой вырабатываемого генератором тока, что также положительно влияет на заявленный технический результат.

В поршневой машине происходит преобразование располагаемой энергии сжатого воздуха в механическую с КПД ≈ 80%. Генератор ≈ 70% механической энергии преобразует в электрическую. Машина, работающая по двухтактному циклу, поршнями 19 через штоки 18 приводит в возвратно-поступательное движение якоря 7, которые помещены в полость 16, заполненную жидким металлом. Блоки 9 уплотнения отделяют полость жидкого металла от внешней среды. Магнитное поле, необходимое для генерации электрической энергии, создается магнитной системой. Энергия, вырабатываемая в якорях 7, через контур, образованный якорями, электродами 8 и слоями жидкого металла, электрически соединяющий их, передается потребителю через трансформатор отбора мощности, служащий для повышения напряжения. Синхронизация движения якорей гидравлическая, обеспечивается постоянством объема жидкого металла, заключенного между ними.

После монтажа силовой установки, а также в дежурном режиме по мере необходимости производится закачка воздуха высокого давления компрессором в баллонную рампу. При перерыве в снабжении электроэнергией или при снижении напряжения до 180 В блок управления формирует управляющий сигнал в систему запуска, одновременно отключая потребителей от основной сети и переводя их на питание от установки. При восстановлении основного электропитания в блоке управления формируется сигнал на останов электроагрегата путем отсечки подачи воздуха и потребители переводятся на питание от основной сети. Система автоматики отрабатывает установку поршней двигателя в пусковое положение и включает компрессор, который закачивает воздух в рампу. При увеличении давления в ней до установленного уровня компрессор автоматически отключается.

Подготовка электроагрегата к последующему запуску занимает ≈ 5 с, после чего установка переходит в дежурный режим, обеспечивая при необходимости электропитание потребителей.

Использование: для выработки электроэнергии при отключении основной системы электропитания или снижения напряжения в ней ниже установленного уровня. Сущность изобретения: силовая установка содержит компрессор, сообщенный с электроматором, аккумулятор сжатого газа, подключенный при помощи трубопровода к расширительной машине, которая сообщена с генератором тока. Расширительная машина состоит по меньшей мере из двух одинаковых модулей, штоки которых связывают якоря линейного генератора с поршнями. Система возбуждения состоит из катушек и магнитопровода, части которого конструктивно объединены с электродами. Полости двух модулей соединены каналами синхронизации. При работе силовой установки в поршневой машине происходит преобразование энергии сжатого газа в механическую и генератор преобразует последнюю в электрическую энергию, отдаваемую потребителю. 2 ил.

СИЛОВАЯ УСТАНОВКА со средствами хранения энергии для обеспечения аварийных и пиковых режимов, содержащая компрессор, соединенный с электромотором, аккумулятор сжатого газа, подключенный посредством трубопровода с установленным на нем запорно-регулирующим элементом к расширительной машине, соединенной с генератором переменного тока, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения времени выхода на режим, установка снабжена имеющим и втулки и штоки золотниковыми клапанами, посредством которых расширительная машина подключена к трубопроводу, генератор переменного тока выполнен в виде линейного генератора с возвратно-поступательным движением якорей, содержащего неподвижную магнитную систему, электроды, примыкающие к каналам с жидким металлом, в каждом из которых расположен якорь, выполненный в виде набора пластин из электро- и магнитопроводных материалов, соединенный посредством штоков с расширительной машиной, последняя выполнена в виде многоцилиндровой поршневой машины, имеющей крышки и поршни, соединенные с соответствующими штоками якорей, частота движений которых равна

где A - функциональный коэффициент, зависящий от степени сжатия;
L - длина цилиндра;
m - масса подвижных частей;
F - площадь поршня;
P_о - минимальное давление в цилиндре,
причем втулки золотниковых клапанов расположены на крышках цилиндров, а их штоки соединены с соответствующими поршнями.