ГИДРОГЕНЕРАТОР Российский патент 2009 года по МПК F03B3/04 F03B13/10 F03B17/06 

Изобретение относится к конструкциям установок для преобразования энергии набегающего потока воды в электрическую энергию.

Производство энергии, являющееся необходимым средством для существования и развития человечества, оказывает воздействие на природу и окружающую человека среду. С одной стороны, в быт и производственную деятельность человека настолько твердо вошла тепло- и электроэнергия, что человек даже и не мыслит своего существования без нее и потребляет само собой разумеющиеся неисчерпаемые ресурсы. С другой стороны, человек все больше и больше свое внимание заостряет на экономическом аспекте энергетики и требует экологически чистых энергетических производств. Это говорит о необходимости решения комплекса вопросов, среди которых перераспределение средств на покрытие нужд человечества, практическое использование в народном хозяйстве достижений, поиск и разработка новых альтернативных технологий для выработки тепла и электроэнергии и т.д.

Известна гидроэнергетическая установка по заявке РФ на изобретение №93029865, содержащая два винта, вращающиеся в разные стороны, соединенные валами соответственно с ротором и статором генератора. При этом статор генератора вращается.

Это является большим недостатком, т.к. статор необходимо разместить в неподвижном корпусе, предназначенном для крепления к опоре и вывода электрических проводов. Кроме того, ротор, статор и винты вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Если спроектировать высокоскоростной генератор, имеющий частоту вращения, например, 3000…10000 об/мин, то спроектировать винт диаметром более 1 м не удастся по соображениям прочности из-за больших центробежных нагрузок.

Например, при n=10000 об/мин и D=1 м/с скорость вращения винта по периферии будет

т.е почти в 2 раза превышает скорость звука в воздухе, соизмерима со скоростью распространения звука в воде и недопустима по условиям прочности.

Для промышленных гидрогенераторов для получения максимальной мощности необходимо иметь винты диаметром 5…10 м и более. В этом случае скорость вращения винтов не должна превышать 50 об/мин, т.е. необходима установка мультипликатора, повышающего частоту вращения роторов в 10…20 раз. Кроме того, предпочтительно статор генератора выполнить невращающимся.

Известен источник энергии по пат. US 6476513 B1, 05.11.2002, F03D 9/00, прототип, содержащий электрогенератор и гидродинамический привод, при этом электрогенератор выполнен биротативным и включает корпус и два ротора, а гидродинамический привод выполнен в виде двух соосно расположенных винтов, установленных на валах и расположенных на обоих торцах электрогенератора.

Известен гидрогенератор по пат. FR 1137394 A, 28.05.1957, F03В 13/10, прототип. Этот гидрогенератор содержит электрогенератор и гидродинамический привод, при этом электрогенератор выполнен биротативным в виде цилиндрического корпуса с обмоткой возбуждения внутри него и внешнего и внутреннего роторов, а гидродинамический привод выполнен в виде двух соосно расположенных турбин, одна из которых установлена на внешней поверхности внешнего ротора, а другая на внутреннем роторе.

Недостатки те же.

Задача создания изобретения - увеличение КПД установки при уменьшении ее габаритов и одновременном увеличении мощности.

Технический результат достигается за счет того, что в гидрогенераторе, содержащем электрогенератор и гидродинамический привод, при этом электрогенератор выполнен биротативным, в виде цилиндрического корпуса с обмоткой возбуждения внутри него и внешнего и внутреннего роторов, а гидродинамический привод выполнен в виде двух соосно расположенных турбин, одна из которых установлена на внешней поверхности внешнего ротора, а вторая на внутреннем роторе, согласно изобретению электрогенератор снабжен магнитами, установленными на внешнем и внутреннем роторах, расположенных соответственно снаружи и внутри корпуса, причем турбины выполнены шнековыми, вторая из которых установлена на внутренней поверхности внутреннего ротора. Электрогенератор может быть размещен в кожухе. К корпусу может быть прикреплен шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, и обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Шарнир может быть выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим винты от повреждения о стойку. Полость электрогенератора герметизирована, заполнена смазочной жидкостью и сообщается с компенсатором давления.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:

на фиг.1 приведена схема гидрогенератора,

на фиг.2 приведен вид А на фиг.1,

на фиг.3 приведен вид Б на фиг.1.

Гидрогенератор (фиг.1) содержит электрогенератор 1, выполненный заодно с ним гидродинамический привод 2, работающий от энергии воды, и состоит в свою очередь из цилиндрического корпуса 3, внешнего ротора 4 и внутреннего ротора 5, установленных соответственно снаружи и внутри цилиндрического корпуса 3 концентрично ему. Электрогенератор 1 содержит обмотку возбуждения 6, выполненную внутри цилиндрического корпуса 3, и внешние магниты 7 и внутренние магниты 8, установленные соответственно на внешнем и внутреннем роторах 4 и 5.

Гидродинамический привод 2 (фиг.1) состоит из двух шнековых турбин - внешней 9 и внутренней 10. Шнековая турбина - гидротурбина, рабочие лопатки которой выполнены в виде шнека. Внешняя шнековая турбина 9 установлена на внешнем роторе 4, а внутренняя шнековая турбина 10 - на внутреннем роторе 5.

Роторы 4 и 5 установлены на корпусе 3 на подшипниках 11 и уплотнены уплотнениями 12. Полость «В» генератора 1 заполнена смазывающей жидкостью.

Применение такой схемы позволит уменьшить диаметральные габариты электрогенератора 1 и винтов 3 и 4, увеличить их КПД, уменьшить диаметр установки почти в 1,5 раза и уменьшить уровень шума, создаваемого шнековыми турбинами 9 и 10.

К корпусу 3 электрогенератора 1 (фиг.1 и 2) в его средней части радиально присоединены опоры 13, к ним прикреплено основание 14, имеющее шарнир 15 в районе центра тяжести ЦТ. Шарнир 15 допускает вращение электрогенератора 1 в горизонтальной плоскости и поворот на небольшой угол α в вертикальной плоскости. Шарнир 15 имеет ограничители вертикального поворота 16. Применение ограничителей вертикального поворота 16 предотвращает самоустановку альтернативного источника энергии вертикально.

Внешняя шнековая турбина 10 может быть заключена в кожух 17 (фиг.3).

При эксплуатации установки ее устанавливают в районе постоянного течения воды. Поток воды приводит в действие гидродинамический привод 2 (фиг.1), т.е. шнековые турбины 9 и 10, которые приводят во вращательное движение роторы 4 и 5. При этом предпочтительно, чтобы роторы 4 и 5 вращались в противоположные стороны, это увеличит скорость изменения магнитного потока, проходящего через обмотки (обмотку) возбуждения 6 электрогенератора 1. Магнитное поле пересекает обмотки возбуждения 6 и в них возникает ЭДС. Вырабатываемая электрическая энергия поступает по электрическим проводам к потребителям энергии (на фиг.1…3 схема вывода проводов не показана).

Кожух 17 предотвращает радиальный переток воды под действием центробежных сил и увеличивает КПД установки.

Применение изобретения позволит:

1. Обеспечить высокий КПД установки за счет применения двух шнековых турбин, их вращения в противоположные стороны и применения кожуха.

2. Получить большую мощность за счет применения винтов максимально возможного диаметра для того, чтобы через него проходил максимальный расход воды, применения максимальной угловой скорости вращения шнековых турбин из условия прочности, применения шнековых турбин, имеющих большую активную поверхность и позволяющих получить большую мощность электрогенератора без увеличения его диаметральных габаритов и веса.

3. Уменьшить диаметральные габариты электрогенератора за счет применения биротативной схемы.

4. Упростить конструкцию устройства в целом за счет совмещения основных узлов - генератора и гидродинамического привода, и уменьшения числа деталей.

5. Обеспечить снижение уровня шума, создаваемого винтами за счет применения кожуха.

6. Обеспечить установку устройства на дне океана на любой глубине.

Изобретение относится к конструкциям установок для преобразования энергии течения воды в электрическую энергию. Гидрогенератор содержит электрогенератор 1 и гидродинамический привод 2. Электрогенератор 1 выполнен биротативным в виде цилиндрического корпуса 3 с обмоткой возбуждения 6 внутри него и внешнего и внутреннего роторов 4 и 5. Гидродинамический привод 2 выполнен в виде двух соосно расположенных турбин 9 и 10, одна из которых установлена на внешней поверхности внешнего ротора 4, а вторая на внутреннем роторе 5. Электрогенератор 1 снабжен магнитами 7 и 8, установленными на внешнем и внутреннем роторах 4 и 5, расположенных соответственно снаружи и внутри корпуса 3. Турбины 9 и 19 выполнены шнековыми, вторая из которых установлена на внутренней поверхности внутреннего ротора 5. Изобретение направлено на повышение КПД установки при уменьшении ее габаритов и одновременном увеличении мощности. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Гидрогенератор, содержащий электрогенератор и гидродинамический привод, при этом электрогенератор выполнен биротативным в виде цилиндрического корпуса с обмоткой возбуждения внутри него и внешнего и внутреннего роторов, а гидродинамический привод выполнен в виде двух соосно расположенных турбин, одна из которых установлена на внешней поверхности внешнего ротора, а вторая - на внутреннем роторе, отличающийся тем, что электрогенератор снабжен магнитами, установленными на внешнем и внутреннем роторах, расположенных соответственно снаружи и внутри корпуса, причем турбины выполнены шнековыми, вторая из которых установлена на внутренней поверхности внутреннего ротора.

2. Гидрогенератор по п.1, отличающийся тем, что электрогенератор размещен в кожухе.

3. Гидрогенератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что к корпусу прикреплен шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

4. Гидрогенератор по п.3, отличающийся тем, что шарнир выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим винты от повреждения о стойку.

5. Гидрогенератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что полость электрогенератора герметизирована и заполнена смазочной жидкостью и сообщается с компенсатором давления.