УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1999 года по МПК F03B13/00 F01C1/00 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, а более конкретно к приводам электрогенераторов, т.е. электростанциям.

Известен русловый гидроагрегат, турбина которого связана с валом электрогенератора зубчато-реечной передачей и установлена на опорном подшипнике. Лопасти турбины выполнены криволинейными и закреплены между внутренним и наружным ободами. Кольцевая турбинная камера выполнена в виде открытого сверху бетонированного желоба. Турбина расположена горизонтально и размещена на понтонах внутри турбинной камеры. Зубчатая рейка выполнена на верхней части внешнего обода. Генераторы размещены симметрично оси вращения турбины с внешней стороны обода, на их валах установлены маховики. Подводящий водород поднят над уровнем реки и выполнен наклонным, сужающимся по потоку и подсоединен с турбинной камере по касательной (см. авторское свидетельство СССР, N 1728522, МПК F 03 B 13/08, 1992).

Данный гидроагрегат сложен по конструкции и требует для обеспечения работы подъема уровня воды в реке.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является роторная машина, описанная в патенте СССР N 1838630, МПК F 01 C 1/00, 1993).

Данная роторная машина может быть использована для выработки электрической энергии и содержит источник энергии повышенного давления текучей среды, статор с впускными и выпускными патрубками и кольцевой рабочей камерой, в которой размещен ротор с закрепленными на нем лопастями, и энергопередающее устройство от ротора к валу отбора мощности и потребителю, например, к электрогенератору, причем обмотки последнего могут быть прикреплены к его ротору и статору. Однако данное устройство сложно по конструкции, так как камера имеет переменную площадь проходного сечения, при этом возникает повышенное сопротивление вращению в зоне наименьшего сечения.

Задачей изобретения является создание простого по конструкции и более экономичного привода электрогенераторов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что рабочая камера статора выполнена в виде открытого сверху полутора или пустотелого тора, а ротор - в виде плоского кольца с лопастями, причем к наружной и внутренней поверхностям кольца прикреплена обмотка возбуждения электрогенератора, а его индукционная обмотка закреплена на статоре, при этом для размещения обмоток статор выполнен с дополнительными кольцевыми полостями.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для преобразования энергии текучей среды; на фиг. 2 - вид сверху на турбогенератор устройства; на фиг. 3 - сечение А-А фиг. 2; на фиг 4 - схема подачи и отвода текучей среды.

Устройство для преобразования энергии текучей среды содержит нагреватель 1 текучей среды и турбогенератор, имеющий статор 2 с впускными и выпускными патрубками 3 и 4, соответственно, индукционной обмоткой 5 и кольцевой рабочей камерой, в которой размещен ротор с обмоткой возбуждения 6 и закрепленными на нем лопастями 7, при этом рабочая камера выполнена в виде открытого сверху полутора или пустотелого тора 8, а ротор - в виде плоского кольца 9 с окнами между лопастями 7, при этом обмотки 5 и 6 турбогенератора размещены в дополнительных кольцевых полостях 10 и 11 статора, выполненных соответственно с наружной и внутренней его стороны, причем статор выполнен с разъемом по горизонтальному диаметру образующего полутор или тор 8 круга, кольцо 9 размещено в плоскости разъема и установлено на шариковых опорах качения 12, закрепленных в стенках статора, а обмотка возбуждения 6 ротора подключена к источнику тока (на фиг. не показан) посредством кольцевых корректоров 13 со щеками 14, закрепленных с обеих сторон кольца 9 ротора. Ротор с лопастями 7 выполнен с плотностью, близкой к плотности текучей среды, например, за счет подбора материала ротора, лопастей 7, текучей среды, и/или введения камер плавучести (на фиг. не показаны).

Высотный размер (l_s) обмоток 5 и 6 турбогенератора выполнен равным или превышающим внутренний диаметр (d) образующего тор 8 круга, при этом лопасти 7 могут быть выполнены в виде полукруга и прикреплены своей плоской частью с обеих сторон кольца 9 друг под другом или со смещением, предпочтительно в шахматном порядке, причем их диаметр выполнен не менее половины внутреннего диаметра (d) образующего полутор и тор 8 круга. Половины статора могут быть соединены между собой посредством, например, болтового соединения с уплотнением поверхности контакта разъема. Нагреватель 1 соединен с турбогенератором посредством трубопроводов 15 с образованием, например, замкнутой системы. Впускные патрубки 3 могут быть выполнены в виде сопел (на фиг. не показаны) и равномерно расположены по среднему диаметру (D_ср.) полутора или тора. Лопасти 7 могут быть выполнены ковшеообразными, а сопла ориентированы для подачи текучей среды в ковши.

Устройство может работать в любом пространственном положении, монтироваться и эксплуатироваться непосредственно в местах потребления электроэнергии в различных климатических условиях и регионах, как в стационарном, так и в мобильном исполнении.

В качестве текучей среды может быть использован воздух или другие газы (аэродинамический вариант исполнения) либо жидкие диэлектрики - нефтяные электроизоляционные масла, полибутены, октол и др. (гидродинамический вариант исполнения).

Для выполнения рабочей камеры в виде полутора достаточно не устанавливать верхнюю часть тора 8, сохранив разъем с опорами качения 12.

Устройство для преобразования энергии текучей среды работает следующим образом.

Подаваемый нагнетателем 1 поток текучей среды по подводящему трубопроводу 15 поступает через впускные патрубки 3 или сопла (на фиг. не показана) в рабочую камеру полутора или тора 8 и, воздействуя на лопасти 7, вызывает вращение плоского кольца 9 ротора турбогенератора. Таким образом кинетическая энергия потока текучей среды преобразуется в механическую энергию вращения ротора и создает механическую мощность турбогенератора. Обмотка возбуждения 6 вращающегося ротора, питаемая от источника тока, наводит в индукционной обмотке 5 статора электрической ток, подаваемый потребителям.

Устройство предназначено для выработки электрической энергии. В качестве нагнетателя текучей среды может быть использован любой насос или компрессор, но при этом текучая среда должна быть не электропроводна. В рабочей камере статора турбогенератора, выполненной в виде открытого сверху полутора или пустотелого тора, размещено плоское кольцо ротора с лопастями, установленное с возможностью вращения на подшипниковой опоре. К кольцу прикреплена обмотка возбуждения, а на статор закреплена индукционная обмотка. Обе обмотки размещены в дополнительных кольцевых полостях статора, выполненных с его наружной и внутренней стороны. Высотный размер обмоток выполнен равным или превышающим внутренний диаметр образующего полутор или тор круга. Лопасти кольца ротора могут быть выполнены в виде полукруга с диаметром не менее половины внутреннего диаметра образующего тор круга или ковшеобразными. Устройство позволяет повысить экономичность преобразования энергии и упростить конструкцию. 4 з.п. ф-лы. 4 ил.

1. Устройство для преобразования энергии текучей среды, содержащее нагнетатель текучей среды и турбогенератор, имеющий статор с впускными и выпускным патрубками, индукционной обмоткой и кольцевой рабочей камерой, в которой размещен лопастной ротор, связанный с обмоткой возбуждения, отличающееся тем, что рабочая камера выполнена в виде открытого сверху полутора или пустотелого тора, а ротор - в виде плоского кольца с окнами между лопастями, при этом обмотки турбогенератора размещены в дополнительных кольцевых полостях статора, выполненных с наружной и внутренней стороны тора, причем статор выполнен с разъемом по горизонтальному диаметру образующего полутор или тор круга, кольцо размещено в плоскости разъема и установлено на шариковых опорах качения, закрепленных в стенках статора. а обмотка возбуждения ротора подключена к источнику тока посредством кольцевых коллекторов со щетками, закрепленных с обеих сторон кольца ротора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что впускные патрубки выполнены в виде сопл и равномерно расположены по среднему диаметру полутора или тора. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что высотный размер обмоток турбогенератора выполнен равным или превышающим внутренний диаметр образующего полутор или тор круга. 4. Устройство по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что лопасти выполнены в виде полукруга и прикреплены своей плоской частью с обеих сторон кольца друг под другом или со смещением, причем их диаметр выполнен не менее половины внутреннего диаметра образующего полутор или тор круга. 5. Устройство по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что лопасти выполнены ковшеобразными.