ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ Российский патент 2009 года по МПК F03B13/10 F03B3/04 F03B11/00 

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 и 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. FR 1137394 А, 28.05.1957, F03B 13/10, прототип. Этот источник энергии содержит электрогенератор и гидродинамический привод, при этом электрогенератор выполнен биротативным, содержащим внутренний и внешний роторы и гидродинамический привод, содержащий внутренний и внешний валы привода, при этом внешний вал соединен с внешним ротором электрогенератора и на нем установлены ступени рабочих лопаток, а рабочие лопатки противоположного вращения связаны с внутренним ротором.

Недостаток: малая мощность и большие габариты источника энергии, обусловленные тем, что применение в схеме более двух ступеней рабочих лопаток и механических муфт приведет к необходимости применения многовальной схемы и редукторов.

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

Заявленный технический результат достигается в источнике энергии, содержащем электрогенератор, выполненный биротативным, с внешним и внутренним роторами и гидродинамический привод, с внутренним и внешним валами привода, причем внешний вал соединен с внешним ротором электрогенератора и на нем установлены рабочие лопатки, а с внутренним ротором связаны рабочие лопатки противоположного вращения, отличающийся тем, что на внешнем роторе электрогенератора установлены ступени рабочих лопаток, между которыми установлены ступени рабочих лопаток противоположного вращения, связанные с внутренним ротором электрогенератора через магнитные муфты, количество которых соответствует числу ступеней рабочих лопаток противоположного вращения. Электрогенератор может быть размещен в корпусе, имеющем шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, закрепленный на стойке 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 может быть герметизирована и заполнена смазочной жидкостью и сообщается с компенсатором давления.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1…5, где:

на фиг.1 приведена схема альтернативного источника энергии,

на фиг.2 приведен вид А на фиг.1,

на фиг.3 приведен вид Б, на фиг.1

на фиг.4 приведен вид В на фиг.1,

на фиг.5 приведен вид В на фиг.1.

Альтернативный источник энергии (фиг.1) содержит электрогенератор 1 и присоединенный к нему гидродинамический привод 2, работающий от энергии воды.

Электрогенератор 1 содержит статор 3, внешний ротор 4 и внутренний ротор 5, т.е. он выполнен биротативным. Внешний ротор 4 установлен на подшипниках 6. Подшипники 6 уплотнены от окружающей среды.

Обмотка возбуждения 7 установлена внутри корпуса 8, а магниты 9 на внешнем и внутреннем роторах 4 и 5. Внутренний ротор 5 установлен на подшипниках 10 и 11. Применение такой схемы позволит уменьшить диаметральные габариты электрогенератора 1.

Гидродинамический привод 2 содержит внешний вал 12 привода 1 и внутренний вал 13 привода, при этом внешний вал 12 привода соединен с внешним ротором 4, а внутренний вал 13 привода - с внутренним ротором 5. На внешнем вале 12 привода жестко закреплены ступени рабочих лопаток 14. В кольцевых проточках «Г», выполненных на внешнем вале 12 привода, установлены с возможностью вращения относительно него кольца 15. На кольцах 15 закреплены ступени рабочих лопаток противоположного вращения 16. Более детально это показано на фиг.3. Передача крутящего момента на ступени рабочих лопаток противоположного вращения 16 осуществляется через магнитные муфты 17, количество которых соответствует числу ступеней рабочих лопаток противоположного вращения 16. При этом роль ведущих дисков магнитной муфты 17 выполняют кольца 15 с установленными на них магнитами 18, а роль ведомых дисков магнитной муфты 17 выполняет внутренний вал 13 привода с установленными на нем магнитами 19. При этом внешний вал 12 привода или, по крайней мере, его части, размещенные между магнитами 18 и 19, должны быть выполнен из магнитопроницаемого материала.

К статору 3 электрогенератора 1 (фиг.1 и 2) прикреплен кронштейн 20, к основанию 21 которого прикреплен шарнир 22. Шарнир 22 допускает вращение электрогенератора 1 в горизонтальной плоскости и поворот на небольшой угол α - в вертикальной плоскости. Шарнир 22 имеет ограничители вертикального поворота 23. Применение ограничителей вертикального поворота 23 предотвращает самоустановку альтернативного источника энергии вертикально. От обмотки возбуждения 7 проведены провода 24 к разъему 25.

Полость генератора «Д» заполнена смазочной жидкостью и сообщается каналом с компенсатором давления, который на фиг.1…5 не приведен. Конструктивно он может быть выполнен в виде подпружиненного поршня. Компенсатор давления предназначен для компенсации давления воды на большой глубине и компенсации расхода смазывающей жидкости через уплотнения. Компенсатор давления поддерживает в полости «Д» давление выше, чем давление окружающей среды. От обмотки возбуждения 7 отведены провода 24, которые соединяют ее с разъемом 25.

Ступени рабочих лопаток 14 и 16 выполнены аналогично, и рабочие лопатки 16, образующие их, наклонены в противоположные стороны (фиг.4).

К внешнему ротору 4 может быть прикреплен шнек 27 (фиг.5). Шнек 27 позволяет электрогенератору 1 повысить КПД гидравлического привода 2 и установки в целом.

При эксплуатации установки ее устанавливают в районе постоянного течения воды. Поток воды приводит в действие гидродинамический привод 2 (фиг.1), т.е. проходит через ступени рабочих лопаток 14 и ступени рабочих лопаток противоположного вращения 16 и раскручивает внешний и внутренний роторы электрогенератора, соответственно 4 и 5. В обмотке возбуждения 7 через валы 12 и 13 приводят во вращательное движение роторы 4 и 5 электрогенератора 1. Магнитное поле пересекает обмотки возбуждения 7 и в них возникает ЭДС. Вырабатываемая электрическая энергия поступает по электрическим проводам 24 к разъему 25 и далее к потребителям электроэнергии (на фиг.1…5 потребители электроэнергии не показаны).

При изменении направления течения воды автоматически корректируется установка оси электрогенератора 1 в нужном направлении, что дополнительно увеличивает КПД установки и ее мощность. Шнек 27 позволяет дополнительно увеличить КПД установки.

Применение изобретения позволит:

1. Обеспечить высокий КПД установки за счет применения большого числа ступеней рабочих лопаток.

2. Получить большую мощность за счет применения биротативной схемы электрогенератора и привода.

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

4. Обеспечить снижение уровень шума, создаваемого рабочими лопатками.

5. Повысить надежность и ресурс установки за счет ее полной изоляции от окружающей среды и уменьшения центробежных сил за счет уменьшения диаметра устройства.

6. Уменьшить вес устройства за счет уменьшения его диаметральных габаритов и применения биротативной схемы.

Изобретение относится к конструкциям установок для преобразования энергии течения воды в электрическую энергию. Источник энергии содержит электрогенератор 1, выполненный биротативным с внутренним и внешним роторами 5 и 4, и гидродинамический привод 2 с внутренним и внешним валами 13 и 12 привода. На внешнем роторе 4 электрогенератора 1 установлены ступени рабочих лопаток 14, между которыми установлены ступени рабочих лопаток противоположного вращения 16, связанные с внутренним ротором 5 электрогенератора 1 через магнитные муфты 17, количество которых соответствует числу ступеней рабочих лопаток противоположного вращения 16. Изобретение направлено на повышение КПД установки при уменьшении ее габаритов и одновременном увеличении мощности. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Источник энергии, содержащий электрогенератор, выполненный биротативным, с внутренним и внешним роторами и гидродинамический привод с внутренним и внешним валами привода, причем внешний вал соединен с внешним ротором электрогенератора и на нем установлены рабочие лопатки, а с внутренним ротором связаны рабочие лопатки противоположного вращения, отличающийся тем, что на внешнем роторе электрогенератора установлены ступени рабочих лопаток, между которыми установлены ступени рабочих лопаток противоположного вращения, связанные с внутренним ротором электрогенератора через магнитные муфты, количество которых соответствует числу ступеней рабочих лопаток противоположного вращения.

2. Источник энергии по п.1, отличающийся тем, что электрогенератор размещен в корпусе, имеющем шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, закрепленный на стойке и обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

3. Источник энергии по п.2, отличающийся тем, что шарнир выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим винты от повреждения о стойку.

4. Источник энергии по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что полость электрогенератора герметизирована, заполнена смазочной жидкостью и сообщается с компенсатором давления.