ГИДРОАГРЕГАТ Российский патент 2002 года по МПК F03B3/02 F03B13/00 

Гидроагрегат с двумя несоосными, в отдельных трубах, турбинами на отдельных горизонтальных валах ротора и противоположно вращающегося статора относится к гидроагрегатам (контрроторным), предназначен для энергоснабжения.

Аналогом и прототипом является контрроторный агрегат (гидроагрегат) (Политехнический словарь. / Главный редактор А.Ю. Ишлинский. - 2-е издание. Москва: Советская Энциклопедия, 1980, с. 240). Прототип включает контрроторный электромашинный гидрогенератор с охлаждением обмоток и соосную гидротурбину (вал одной турбины располагается внутри вала другой турбины). Ротор генератора прикреплен к внешнему полому валу одной турбины, статор (контрротор) прикреплен к внутреннему валу другой турбины (соединения шлицевые). Ротор и контрротор (статор) генератора вращаются в противоположные стороны. Плоскости ротора и статора параллельны и вплотную приближены. Оси между полюсами магнитов параллельны валам. Совпадающие признаки прототипа и данного изобретения: две гидротурбины и электромашинный гидрогенератор с охлаждением обмоток, с ротором, прикрепленным (шлицевое соединение) к валу одной турбины, и со статором с противоположным направлением вращения, прикрепленным (шлицевое соединение) к валу другой турбины (плоскости ротора и статора параллельны и вплотную приближены), с осями между полюсами магнитов, параллельными валам. Причиной, которая препятствует прототипу получить увеличение мощности гидрогенератора в 4 раза при сохранении его размеров, обеспечить эффективность и четырехкратную компактность генератора за счет двойной суммарной скорости ротора и статора и иметь малые гидравлические потери, является последовательное размещение двух соосных турбин в одной трубе. Это в 2 раза уменьшает скорость и в 4 раза уменьшает мощность генератора и увеличивает гидравлические потери в турбинах.

Гидроагрегат с двумя несоосными, в отдельных трубах, турбинами на отдельных горизонтальных валах ротора и противоположно вращающегося статора относится к гидроагрегатам (контрроторным), предназначен для энергоснабжения. Данное изобретение обеспечивает повышение мощности гидрогенератора в 4 раза при сохранении его размеров и при наличии двух отдельных несоосных турбин за счет двойной суммарной скорости ротора и статора (за счет противоположных направлений их вращения), эффективность и четырехкратную компактность генератора, отсутствие гидравлических потерь, свойственных соосному контрроторному агрегату. Данное изобретение включает две гидротурбины и электромашинный гидрогенератор с охлаждением обмоток, с ротором, прикрепленным (шлицевое соединение) к валу одной турбины, и со статором с противоположным направлением вращения, прикрепленным (шлицевое соединение) к валу другой турбины (плоскости ротора и статора параллельны и вплотную приближены), с осями между полюсами магнитов, параллельными валам. Данное изобретение от контрроторного агрегата (гидроагрегата) отличается тем, что турбины и валы не соединены соосно (один вал не располагается внутри другого), каждая из двух турбин располагается в одной из двух отдельных параллельных труб (турбины принимают отдельные потоки воды, это позволяет повысить мощность генератора в 4 раза при сохранении его размеров (при не изменном числе полюсов) за счет двойной суммарной скорости ротора и статора (за счет противоположных направлений их вращения), обеспечить эффективность и четырехкратную компактность генератора и отсутствие гидравлических потерь, свойственных соосному контрроторному агрегату). Валы располагаются отдельно (не соосно), горизонтально, вдоль одной линии, параллельной плотине, и закреплены в паре радиальных подшипников. Между подшипниками располагаются электрические контактные кольца и щетки.

Гидроагрегат с двумя несоосными, в отдельных трубах, турбинами на отдельных горизонтальных валах ротора и противоположно вращающегося статора.

Гидроагрегат с двумя несоосными, в отдельных трубах, турбинами на отдельных горизонтальных валах ротора и противоположно вращающегося статора (графическое изображение) включает две гидротурбины 1 и 2 и электромашинный гидрогенератор 3 со статором 4 с электромагнитами 5 с охлаждаемыми обмотками 6 и с ротором 7 с охлаждаемыми обмотками 8. Ротор 7 прикреплен (шлицевое соединение) к валу 9 одной турбины 1. Статор 4 с противоположным направлением вращения прикреплен (шлицевое соединение) к валу 10 другой турбины 2 (плоскости ротора 7 и статора 4 параллельны и вплотную приближены). Оси между полюсами магнитов 5 и 11 параллельны валам 9 и 10. Турбины 1 и 2 и валы 9 и 10 не соединены соосно (один вал (9, 10) не располагается внутри другого). Каждая из двух турбин 1 и 2 располагается в одной из двух отдельных параллельных труб 12 и 13. Валы 9 и 10 располагаются отдельно (не соосно), горизонтально, вдоль одной линии, параллельной плотине 14, и закреплены в паре радиальных подшипников 15 и 16. Между подшипниками 15 и 16 располагаются электрические контактные кольца 17 и щетки 18.

Гидротурбины 1 и 2 преобразуют кинетическую энергию воды в кинетическую энергию ротора 7 и противоположно вращающегося статора 4 электромашинного гидрогенератора 3. Гидрогенератор 3 с электромагнитами 5 с обмотками 6 статора 4 и с магнитами 11 с обмотками 8 ротора 7 преобразует кинетическую энергию вращения в электрическую энергию (электромагнитная индукция). Валы 9 и 10 соединяют турбины 1 и 2 с ротором 7 и со статором 4 (соответственно). Отдельная труба 12 направляет поток воды на отдельную (несоосную) турбину 1, отдельная труба 13 направляет поток воды на отдельную (несоосную) турбину 2. Отдельные турбины 1 и 2 принимают отдельные потоки воды. Это позволяет в 4 раза повысить мощность генератора 3 при сохранении его размеров (при не изменном числе полюсов), так как это обеспечивает двойную суммарную скорость ротора 7 и статора 4 (за счет противоположных направлений их вращения), обеспечивает эффективность и четырехкратную компактность генератора 3 и отсутствие гидравлических потерь, свойственных соосному контрроторному агрегату. Формула расчета мощности электрогенератора (генератора 3) доказывает его четырехкратную мощность и компактность:
P = U²/R = v²B²L²/R,
где P - мощность электрогенератора 3 (без учета числа полюсов);
U - электрическое напряжение, создаваемое генератором 3;
R - электрическое сопротивление обмоток 8 ротора 7;
v - сумма окружных скоростей вращения обмоток 8 ротора 7 и магнитов 5 статора 4 (без учета числа полюсов);
B - магнитная индукция, создаваемая магнитами 5 статора 4;
L - длина обмоток 8 ротора 7.

Формула расчета мощности генератора 3 доказывает, что увеличение суммарной скорости вращения в 2 раза увеличивает мощность генератора 3 в 4 раза при сохранении его размеров. Это равнозначно сохранению мощности генератора при уменьшении его массы в 4 раза (при сохранении числа полюсов и диаметра). Плотина 14 создает напор воды. Подшипники 15 и 16 крепят валы 9 и 10 и уменьшают трение. Электрические контактные кольца 17 и щетки 18 выводят электрический ток (энергию) с ротора 7 и подают электрический ток на статор 4. Расположение контактных колец 17 и щеток 18 между подшипниками 15 и 16 обеспечивает дополнительную компактность.

Гидроагрегат предназначен для преобразования энергии потока воды в электрическую и может быть использован для энергоснабжения. Гидроагрегат содержит две гидротурбины и электромашинный гидрогенератор. Одна из турбин соединена с валом ротора гидрогенератора, а другая - с валом статора, имеющим противоположное вращение. Каждая из турбин расположена в одной из двух отдельных параллельных труб приема воды. Валы турбин расположены отдельно, горизонтально, вдоль одной линии, параллельной плотине, и закреплены в паре радиальных подшипников. Между подшипниками расположены контактные кольца и щетки. Конструкция гидроагрегата позволяет повысить мощность при сохранении его размеров. 1 ил.

Гидроагрегат, включающий две гидротурбины и электромашинный гидрогенератор с ротором, прикрепленным к валу одной турбины, и со статором с противоположным направлением вращения, прикрепленным к валу другой турбины, от контрроторного агрегата, отличающийся тем, что каждая из двух турбин расположена в одной из двух отдельных параллельных труб для приема турбинами отдельных потоков воды, для повышения мощности генератора при сохранении его размеров при неизменном числе полюсов за счет двойной суммарной скорости ротора и статора за счет противоположных направлений их вращения, для эффективности и компактности генератора, валы расположены отдельно, горизонтально, вдоль одной линии, параллельной плотине, и закреплены в паре радиальных подшипников, между которыми расположены электрические контактные кольца и щетки.