ГЕНЕРАТОР Российский патент 1999 года по МПК H02K16/00 H02K19/16 H02K9/197 

Изобретение относится к технике совершенствования известных магнитно-электрических машин с различными решениями поставленных задач. Предлагаемое для рассмотрения изобретение ставит своей задачей решить две основные проблемы: увеличение мощности генератора-преобразователя, т.е. увеличить выход потребителя, например, постоянного либо переменного электрического тока в кВт• ч, при этом потребляемое количество энергоресурсов турбиною (гидроэлектростанции, тепловой электростанции, атомной электростанции, ТЭЦ и др.) оставлено (принято) неизмененным.

Задачи эти решены путем выполнения в виде блока роторов, состоящего, например, из пяти роторов, вращающихся одновременно относительно неподвижного блока статоров (якорей), например, состоящего из пяти разного диаметра (в поперечном сечении) статоров (якорей) (см. фиг. 1 и фиг. 5, 6). При этом предложена система охлаждения обмоток блока роторов и блока статоров посредством создания вакуумной среды для работающего генератора путем образования герметического кожуха вакуумного насоса, постоянно работающего, в комплекте с вакуумметром и др. необходимыми аппаратами и приборами для работы всей системы охлаждения в автоматическом режиме (графически они не показаны).

Охлаждение обмоток осуществлено также путем выполнения под обмотками (трехугольного вида в поперечном сечении) полостей, образованных каннелюрами и уложенными обмотками в них, в которых создана вакуумная защита от нагрева и сгорания обмоток 5-ти роторов и статоров как дополнительная к общему вакууму генератора.

Кроме охлаждения обмоток роторов и статоров в вакууме созданы идеальные условия относительного вращения блока роторов в неподвижном блоке статоров с участием консольных роликов, т.е. для их вращения требуется меньше усилий, чем в атмосферной сфере (среде).

Для замены щеток и пружин выполнен съемный вкладыш в торце каждого коллектора либо статора, например, в трех местах на его окружности.

Изобретение относится преимущественно к области использования для реконструкции действующих различного рода и типа электростанций и увеличения при этом мощности генераторов при замене действующих генераторов предложенным блочным генератором.

Обечайки роторов и статоров выполнены из ферромагнитной стали.

Уровень техники.

"Известны электрические машины с внешними и внутренними роторами, между которыми расположена неподвижная якорная обмотка...".

В качестве аналога принято авторское свидетельство СССР на изобретение (11) N 677045 (51), раскрывающее бесконтактный синхронный генератор с внешним и внутренним роторами, между которыми установлена якорная обмотка, и магнитным шунтом с кольцевой обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что с целью снижения веса генератора шунт расположен между полюсами противоположной полярности внешнего и внутреннего роторов.

Наиболее близким аналогом по отношению к заявленному изобретению, принятым в качестве прототипа, является известное из уровня техники решение, раскрывающее выполнение генератора, содержащего блок внутренних и внешних роторов с обмотками, расположенных в блоке внутренних и внешних статоров с обмотками (см. EP 0495582 A2, H 02 K 19/00, 22.07.92).

Данный генератор не обеспечивает достаточных условий безопасности и охлаждения его обмоток при эксплуатации.

Сущность изобретения состоит в том, что электромагнитный генератор выполнен в виде блока роторов (пяти) с обмотками, размещенными на ферромагнитных цилиндрах роторов 1, 2, 3, 4 и 5 (см. фиг.1 и фиг. 5) и коллекторов 6, которые закреплены жестко к каждому упомянутому торцу роторов 1 - 5, при этом в каждом из пяти коллекторов выполнены по количеству щеток съемные вкладыши 7 (5 шт.), которые закреплены болтом-шурупом и выполняются для замены, например, трех на каждом статоре 15 комплектов щеток с пружинами 8 (см. фиг. 2 и 6), при этом торцы блока роторов 1, 2, 3, 4, 5 скреплены, например, болтами с крестовиной (шестилучевой) 9, которая снабжена консольными роликами 18 (30 шт.), выполненными для фиксации оптимальной величины зазоров пяти электромагнитных силовых полей.

Вал генератора 10 также жестко закреплен к крестовине 9, что и образует в конечном итоге блок, состоящий из пяти роторов, при этом вал 10 стыкуется с турбиной без добавления для ее вращения энергетических ресурсов и создания при этом относительного вращения блока роторов 1, 2, 3, 4, 5 по отношению к неподвижному блоку статоров (якорей) 11, 12, 13, 14, 15, торец последних также жестко (например, болтами) закрепляют к аналогичной шестилучевой крестовине 16 с консольными, например, роликами 18 (см.фиг. 5), станина, седло и крышка с размещенными в них подшипниками на валу 10 показаны на фиг. 1.

Для более эффективного охлаждения обмоток роторов и статоров (вакуумном) выполнены на их цилиндрических поверхностях треугольного сечения в поперечнике продольные полости 17 вместе с каннелюрами для размещения в них обмоток (см. фиг. 2 и 3). Для надежного создания вакуумной среды непрерывного действия выполнен защитный вакуумный с полостями кожух из диэлектрического материала 19.

Вакуум-насос 20 и комплект необходимых к нему приборов для работы генератора в вакууме в автоматическом режиме графически не показаны.

Получен технический и экономический результат.

1. Блокирование нескольких роторов и статоров позволяет технически решать проблему увеличения мощности в кВт. • ч электромагнитного генератора при неизменяемых параметрах и потребляемых энергоресурсов той или иной действующей турбины различного типа электростанций.

2. Созданы удобные и безопасные условия для замены щеток и пружин, расположенных, например, по 3 комплекта на каждом из 5-ти статоров в его держателях посредством выполненного съемного вкладыша (7), см. фиг. 6, 3, замена которых производится только после остановки работы генератора, при этом совмещение щеток с вкладышами осуществляется ручным способом путем медленного вращения блока роторов, при варианте, изображенном на фиг. 3.

3. Выполнены в ферромагнитных обечайках (цилиндрах) всех 5 роторов и 5-ти статоров продольные полости (17), фиг. 2, трехугольного вида в поперечном сечении для вакуумного охлаждения обмоток (нижней их поверхности).

4. Создан постоянный вакуумный режим для охлаждения обмоток работающего генератора, а также для более облегченного вращения блока роторов и свободного их относительного вращения в неподвижном блоке статоров, свободных от создания трения и сопротивления воздуха и хладагентов.

5. Реализуются при этом задача и программа энергосбережения и проблема ее дефицита.

Перечень фигур, их элементов, чертежей и иных материалов.

На фиг. 1 показано продольное сечение верхней симметричной половины электромагнитного генератора, выполненного в виде блока из 5-ти роторов, расположенных в блоке из 5-ти статоров, при этом обмотки условно показаны штрихами: ротор наклонными, а статор крестообразными.

На фиг. 2 показан фрагмент сечения "а-а".

На фиг. 1 при этом на ферромагнитных внутренних и внешних цилиндрических поверхностях выполнены продольные каннелюры, в которых размещены обмотки, под ними в образованной трехугольной (в поперечном сечении) полости находится вакуум, так же, как и все остальные детали и генератор в целом.

На фиг. 3 и фиг. 4 показаны фрагменты с видом по стрелке "б" на торец коллекторов в местах расположений съемного вкладыша (7), закрепленного болтом-шурупом, выполнен для удобной замены щеток и пружин коллекторов-роторов 1, 2, 3, 4, 5 либо 11 - 15 (см. фиг. 6).

На фиг. 5 изображены крестовина 9 роторов 1, 2, 3, 4, 5 и крестовина 16 статоров 11, 12, 13, 14, 15 с роликами на осях, которые закреплены к внутренним поверхностям соответствующих крестовин для сохранения оптимальной величины зазора, т.е. силовых электромагнитных, например, 5-ти полей.

Роторы 1, 2 выполнены в виде цилиндра из ферромагнитной стали с выточками с соответствующим кол-вом и поперечным сечением обмоток в них с внешней и внутренней поверхностей, соединенных либо звездочкой, либо трехугольником.

Роторы 3, 4 выполнены аналогичного двустороннего действия и вида, но меньшего диаметра.

5-ый ротор внешний, выполнен совместно с осевым валом генератора для возможного его стыкования с валом турбины.

Коллекторы 6 на консольных сторонах роторов 1, 2, 3, 4, 5 соответствуют упомянутым роторам.

Вкладыш 7 коллектора выполнен съемным с консольного торца каждого из 5-ти роторов в количестве по числу щеток, например не менее 3 щеток на каждом коллекторе роторов 1, 2, 3, 4, 5. Каждый вкладыш прикрепляется к коллектору болтом-шурупом (см. фиг. 3 и фиг. 4), для варианта размещения вкладыша 7 на статорах см. фиг. 6.

Щетки 8 с пружинами и держателями их в комплекте выполнены аналогично известным в количестве 3 (не менее) комплектов для каждого ротора и статора.

Торцевой диск с отверстиями либо крестовина 9 в виде звезды с консольными роликами выполнены со станиной и седлом и крышкой его для установки в них осевых валов с подшипниками и закрепления или всех 5-ти роторов 1, 2, 3, 4, 5 в единый блок для одновременного вращения его относительно неподвижного блока статоров 11, 12, 13, 14, 15 вместе с этим диском либо крестовиной на валу ротора 5 и соединенного с ним.

Вал 10 генератора выполнен как одно целое с телом ротора 5.

Статор (якорь) 11 односторонний, внутренний, выполнен в виде цилиндра из ферромагнитной стали с обмотками необходимого количества и их сечения (поперечного), уложенными в продольных выточках выше полости, в которой образуют вакуум.

Статоры (якоря) 12, 13 выполнены аналогично статорам 14, 15.

Крестовина 16 выполнена в виде шести лучей с размещенными на ее внутренних поверхностях консольных роликов 18, служит для жесткого закрепления, например, болтами по аналогии с крестовиной 9, см. фиг. 5, всех 5-ти статоров 11, 12, 13, 14, 15 со станиной неподвижной, седлом и крышкой для осевого подшипника на противоположном конце вала 10.

Ложбины 17 продольные, выполнены в виде каннелюров на поверхностях всех пяти роторов и пяти статоров, в которые уложены и соединены либо звездочкой, либо треугольником их обмотки, при этом в полости 17 образуется вакуум, дополнительно охлаждающий обмотки снизу либо сверху (см. фиг. 2).

Консольные ролики 18 (на крестовинах 9 и 16) как фиксаторы рабочих зазоров всех 5 магнитно-электрических силовых полей и подшипники на двух концах вала 10 показаны условно на фиг. 1.

Вакуумный с полостями защитный кожух 19 из диэлектрического материала закрывает полностью предложенный магнитно-электрический преобразователь (в электроток), генератор, работающий в вакууме и получающий вращение блока ротора относительно неподвижного блока статора от турбины.

Вакуум-насос 20 выполнен с комплектом необходимых для него и генератора обеспечения вакуумом при их непрерывной работе приборов в автоматическом режиме. Графически не показан, так как он не входит в состав изобретения.

Сведения подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Наиболее сложным в изготовлении деталей генератора предлагаемой блочной конструкции является выполнение продольных "каннелюр" на поверхностях ферромагнитных цилиндров для роторов и статоров генератора, но они и тем более другие детали и их сборка в единый электромагнитный генератор выполнимы в условиях машиностроительных оборонных заводов, предприятий.

Изобретение относится к электротехнике и представляет собой магнитоэлектрический генератор, выполненный в виде внутренних и внешних блоков роторов и статоров. Блок внутренних и внешних роторов выполнен с коллекторами, в торце которых выполнены съемные вкладыши для замены их щеток и пружин, установленных в гнездах статоров блока внутренних и внешних статоров для вращения блока роторов. Торцы блока роторов снабжены роликами на осях для сохранения зазоров магнитно-силовых полей. При этом генератор выполнен с вакуумным кожухом, а под обмотками роторов и статоров в их блоках выполнены продольные полости для охлаждения обмоток посредством создания вакуума. Изобретение направлено на достижение технического результата, состоящего в увеличении мощности генератора, создании удобных и безопасных условий замены щеток и пружин коллекторов, улучшении условий охлаждения обмоток генератора. 1 з. п.ф-лы, 6 ил.

1. Генератор, содержащий блок внутренних и внешних роторов с обмотками, расположенных в блоке внутренних и внешних статоров с обмотками, отличающийся тем, что блок внутренних и внешних роторов выполнен с коллекторами, в торце коллекторов выполнены съемные вкладыши для замены их щеток и пружин, установленных в гнездах статоров блока внутренних и внешних статоров для вращения внутренних и внешних роторов по отношению к блоку внутренних и внешних статоров, а торцы блока внутренних и внешних роторов снабжены роликами на осях для сохранения зазоров магнитно-силовых полей, при этом генератор выполнен с вакуумным кожухом, а под обмотками роторов и статоров в их блоках выполнены продольные полости для охлаждения обмоток посредством создания вакуума. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что блоки включают до пяти и более роторов и статоров.