ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2000 года по МПК H02K7/18 F03B13/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве источника электрического тока.

Известен термогенератор ТГК-3, содержащий 20-линейную керосиновую лампу, теплопередатчик, два блока термобатарей, вытяжную трубу, ребра охлаждения. Напряжение анодной батареи 2 В, ток анодной батареи 2 А, напряжение накальной батареи 2 В, ток накальной батареи 0,5 А, расход керосина 60 - 70 г/час /Справочник радиолюбителя под ред. А.А.Куликовского, изд. 3, Государственное энергетическое издательство, М.-Л., 1961, с. 318 - 319, рис. 16 - 1/.

Недостатками известного термогенератора ТГК-3 являются небольшие ток и напряжение, низкий КПД, большие тепловые потери, загрязнение окружающей среды продуктами сгорания.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией генератора.

Известна также дизель-генераторная установка ДГА-100-2, содержащая раму, на которой установлены дизельный двигатель с топливным баком, механически соединенный с генератором, имеющим возбудитель, пульт управления. Число оборотов дизеля 1500, мощность дизель-генератора 100 кВт, род тока - переменный, напряжение 230 и 400 В /Государственный Комитет Совета Министров СССР по автоматизации и машиностроению, 1 серия, Машиностроение и автоматика, Дизелестроение, ЦБТИ, М., 1961, с. 71 - 76, рис. 10/.

Известная дизель-генераторная установка ДГА-100-2, как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату, принята за прототип.

Недостатками известной дизель-генераторной установки ДГА-100-2, принятой за прототип, являются применение органического топлива, шум при работе двигателя, тепловые потери в двигателе, загрязнение окружающей среды выхлопными газами.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией дизель-генераторной установки.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств генераторной установки.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что дизельный двигатель с топливным баком заменены пневмостатическим двигателем, содержащим герметичный корпус, внутри которого на подшипниках установлен ротор, выполненный в форме цилиндрического тела и содержащий глухие, открывающиеся в сторону от оси вращения каналы прямоугольного или круглого сечения, расположенные рядами вдоль продольной оси ротора, причем в каждом ряду имеются по два канала, развернутых относительно друг друга на 180 градусов, кроме того, плоскость дна каждой пары каналов расположена под углом к линии, проходящей через центр вращения и разделяющей два противоположно направленных канала, причем в переднюю часть ротора вмонтированы постоянные магниты в форме круглых гребенок, зубья одной из которых входят в промежутки между зубьями другой, а корпус пневмостатического двигателя выполнен с впускным, выпускным и предохранительным клапанами и закрыт с обеих сторон крышками, передняя из которых выполнена с цилиндрической частью и имеет пустотелый глухой стакан, являющийся передней опорой ротора и входящий вместе с катушкой возбуждения генератора в передний торцевой канал ротора, причем на цилиндрическую часть передней крышки надет статор генератора, воздушным насосом поршневого типа с ручным приводом, который посредством трубопровода соединен с внутренней полостью корпуса пневмостатического двигателя, рабочим телом которого является сжатый воздух.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид генераторной установки; на фиг. 2 - вид на генераторную установку слева; на фиг. 3 - вид на генераторную установку сверху; на фиг. 4 - вид на генераторную установку справа; на фиг. 5- продольный разрез пневмостатического двигателя; на фиг. 6 - общий вид ротора пневмостатического двигателя; на фиг. 7 - разрез по А-А фиг. 6; на фиг. 8 и 9 - схема сил, действующих на боковые стенки каналов ротора; на фиг. 10 - схема создания вращающего момента на роторе пневмостатического двигателя; на фиг. 11 - продольный разрез воздушного насоса с ручным приводом; на фиг. 12 - общий вид статора генератора электрического тока; на фиг. 13 - разрез по А-А фиг. 12; на фиг. 14 - электрическая схема генератора электрического тока.

Предлагаемая переносная генераторная установки содержит раму 1 с ручками 2, на которой закреплены пневмостатический двигатель 3 со статором генератора 4, воздушный насос 5 с ручным приводом и пульт управления 6. Пневматический двигатель содержит корпус 7 с нижней опорной плитой 8, имеющей отверстия для крепления, закрытый задней крышкой 9 и передней крышкой 10, выполненной из алюминиевого сплава или другого немагнитного материала. Передняя крышка сферической формы выполнена с цилиндрической частью и имеет в торцевой части пустотелый глухой стакан 11, внутрь которого вставлена катушка возбуждения 12 генератора электрического тока, являющийся передней опорой ротора, установленного внутри корпуса, имеющего впускной 13, выпускной 14, предохранительный 15 клапаны и манометр 16. Крышки герметизированы прокладками 17. На цилиндрическую часть передней крышки надет и закреплен статор генератора электрического тока. Он содержит круглый корпус 18 с отверстием в центре, закрытый крышкой 19, также имеющей отверстие в центре. Внутри корпуса установлен магнитопровод 20, на который надеты катушки 21, соединенные между собой последовательно и подключенные ко входу реле-регулятора 22, выход которого связан с входом выпрямителя 23. Выход выпрямителя соединен с клеммами 24 постоянного тока, к которым также подключена упомянутая выше катушка возбуждения. Клеммы 25 однофазного переменного тока подключены к выходу реле-регулятора. Ротор пневмостатического двигателя, изготовленный также из алюминиевого сплава или другого немагнитного материала, выполнен в форме цилиндрического тела 26, имеющего в задней части шейку 27 подшипника. В переднюю часть ротора, имеющую торцевое отверстие 28, вмонтированы два постоянных магнита 29 и 30, выполненные в форме круглых гребенок, зубья одной из которых входят в промежутки между зубьями другой. Ротор содержит глухие, открывающиеся в сторону от оси вращения каналы 31 и 32 прямоугольного или круглого сечения, расположенные рядами вдоль продольной оси ротора, причем в каждом ряду имеются по два канала, развернутых относительно друг друга на 180 градусов. На дне каждого из каналов болтами 33 закреплены треугольные вкладыши 34 таким образом, что плоскость дна каждой пары каналов расположена под углом к линии, проходящей через центр вращения и разделяющей два противоположно направленных канала. Болты крепления вкладышей залиты эпоксидной смолой. Воздушный насос содержит корпус 35, в котором выполнены цилиндры 36 и 37, внутрь которых вставлены поршни 38 и 39, соединенные между собой штоком 40, имеющим палец 41, соединенный с вилкой 42, закрепленной на валу 43, имеющим ручку 44.

Цилиндры закрыты крышками 45 и 46, имеющими впускные клапаны 47 и 48, нагруженные пружинами. Внутренние полости цилиндров через выпускные клапаны 49 и 50, каналы 51 соединены со штуцером 52, который посредством трубопровода 53 через впускной клапан на корпусе двигателя соединен с внутренней полостью пневмостатического двигателя. В нижней части корпус пневматического насоса имеет опорную плиту 54 с отверстиями для крепления. Пульт управления включает в себя реле-регулятор, выпрямительное устройство, измерительные приборы, включатели, предохранители.

Работа генераторной установки
Перед запуском генераторной установки необходимо произвести ее осмотр и убедиться, что все узлы находятся в исправности. Для пуска генераторной установки необходимо посредством пневматического насоса 5 подать через трубопровод 53 внутрь корпуса 7 двигателя сжатый воздух и довести его давление до 25 - 30 кг/см² путем перемещения ручки 44 вправо и влево. При этом вал 43 совершает колебательное движение и через вилку 42, палец 41 и шток 40 заставляет поршни 38 и 39 перемещаться попеременно то в одну сторону, то в другую сторону. Воздух засасывается через впускные клапаны 47 и 48, а через выпускные клапаны 49 и 50 нагнетается в корпус двигателя. Как только давление воздуха достигнет необходимой величины (определяется по показаниям манометра 16) ротор пневмостатического двигателя станет вращаться. Вращающийся момент образуется на роторе следующим образом. Сжатый воздух поступает внутрь каналов 31 и 32. Выталкивающая сила Архимеда, действующая в газах также, как и в жидкостях, производит давление на боковые стенки и дно каждого из каналов 31 и 32. Так как площади противоположных стенок равны так, как l = l₁; l₂ = l₃; l₄ = l₅, то и силы, действующие на эти боковые стенки, также равны и уравновешивают друг друга F = F₁; F₂ = F₃; F₄ = F₅ (фиг. 8 и 9). Силы F_p и F_p1, действующие на дно каждого из каналов, ничем не уравновешены и образуют плечи сил l₆ и l₇, приложенные к ротору с двух сторон от оси вращения, в противоположных направлениях. Эти силы и вызывают вращение ротора двигателя. Внешние силы F_н, действующие на наружную поверхность ротора, не препятствуют вращению ротора и не создают дополнительного вращающего момента, так как векторы действия этих сил проходят через ось вращения, не образуя никаких плеч (фиг. 10). Частота вращения ротора и мощность двигателя определяются давлением сжатого воздуха, количеством каналов и их размерами. При вращении ротора вместе с ним вращаются магниты 29 и 30, магнитное поле которых периодически перемещается в противоположных направлениях по магнитопроводу 20 и пересекает витки катушек 21, индуктируя в них переменный однофазный ток. Полученный ток поступает на вход реле-регулятора 22, где поддерживаются его параметры в зависимости от частоты вращения ротора. Далее переменный ток поступает на выпрямитель 23, где он выпрямляется и подается на клеммы 24 потребителю. С этих же клемм часть постоянного тока снимается и подается на катушку возбуждения 12. При прохождении тока через катушку возбуждения вокруг нее образуется постоянное магнитное поле, которое усиливает действие магнитных полей постоянных магнитов 29 и 30, установленных на роторе. Уменьшение или увеличение тока, подаваемого на катушку возбуждения, уменьшает или увеличивает ток, вырабатываемый генератором (на чертеже регулирование тока генератора не показано). Если потребителю необходим переменный однофазный ток, то подключение производится к клеммам 25. При утечке сжатого воздуха через прокладки 17 его необходимо пополнять посредством пневматического насоса 5. Для уменьшения частоты вращения ротора или остановки двигателя необходимо нажать на выпускной клапан 14 и выпустить в атмосферу сжатый воздух из полости корпуса пневмостатического двигателя частично или полностью. Для увеличения частоты вращения ротора необходимо увеличить количество воздуха, подаваемого в корпус двигателя, повысив соответственно давление. При превышении нормального давления воздуха в корпусе двигателя избыточное количество воздуха стравливается через предохранительный клапан 15. Управление генераторной установкой осуществляется посредством пульта 6.

Предлагаемая переносная генераторная установка может быть использована в сельской местности, в геологических партиях, труднодоступных местах, куда затруднена доставка топлива для освещения или зарядки аккумуляторных батарей.

Положительный эффект предлагаемого изобретения: простота конструкции, быстрота запуска и остановки, не требует органического топлива и не загрязняет окружающую среду выхлопными газами.

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения генераторных установок, приводимых в действие тепловыми двигателями. Техническая задача, на решение которой направлено данное изобретение, состоит в повышении эксплуатационных качеств генераторных установок. Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемая генераторная установка, содержащая раму, на которой размещены энергетическая установка, генератор, пульт управления, отличающаяся тем, что энергетическая установка выполнена в форме пневмостатического двигателя, содержащего герметичный корпус, внутри которого на подшипниках установлен ротор, корпус выполнен с впускным, выпускным и предохранительным клапанами и закрыт с обеих сторон крышками, передняя из которых выполнена с цилиндрической частью и имеет пустотелый глухой стакан, являющийся передней опорой ротора и входящий вместе с катушкой возбуждения генератора в передний торцевой канал ротора, размещенного внутри корпуса и имеющего специальные каналы, в переднюю часть ротора вмонтированы постоянные магниты в форме круглых гребенок, зубья одной из которых входят в промежутки между зубьями другой, причем на цилиндрическую часть передней крышки надет статор генератора, кроме того, внутренняя полость корпуса пневмостатического двигателя посредством трубопровода соединена с воздушным насосом поршневого типа, имеющим ручной привод. 2 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Генераторная установка, содержащая раму, на которой размещены энергетическая установка, генератор, пульт управления, отличающаяся тем, что энергетическая установка выполнена в форме пневмостатического двигателя, содержащего герметичный корпус, внутри которого на подшипниках установлен ротор, корпус выполнен с впускным, выпускным и предохранительным клапанами и закрыт с обеих сторон крышками, передняя из которых выполнена с цилиндрической частью и имеет пустотелый глухой стакан, являющийся передней опорой ротора и входящий вместе с катушкой возбуждения генератора в передний торцевой канал ротора, размещенного внутри корпуса и имеющего специальные каналы, в переднюю часть ротора вмонтированы постоянные магниты в форме круглых гребенок, зубья одной из которых входят в промежутки между зубьями другой, причем на цилиндрическую часть передней крышки надет статор генератора, кроме того, внутренняя полость корпуса пневмостатического двигателя посредством трубопровода соединена с воздушным насосом поршневого типа, имеющим ручной привод. 2. Генераторная установка по п.1, отличающаяся тем, что ротор пневмостатического двигателя выполнен в форме цилиндрического тела и содержит глухие, открывающиеся в сторону от оси вращения, каналы прямоугольного или круглого сечения, расположенные рядами вдоль продольной оси ротора, причем в каждом ряду имеется по два канала, развернутых относительно друг друга на 180^o, кроме того, плоскость дна каждой пары каналов расположена под углом к линии, проходящей через центр вращения и разделяющей два противоположно направленных канала. 3. Генераторная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве рабочего тела в пневмостатическом двигателе использован сжатый воздух.