ГИДРОГЕНЕРАТОР НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ ДЛЯ ГИДРОСТАНЦИЙ ПОДВОДНОГО ТИПА Российский патент 2016 года по МПК F03B17/06 F03B9/00 

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к устройствам, предназначенным для преобразования энергии потока текучей среды в электрическую энергию в условиях малых и средних рек.

Известен гидрогенератор (патент RU 2370660), который принят за ближайший аналог. Известный гидрогенератор содержит электрогенератор и гидродинамический привод. Электрогенератор выполнен биротативным в виде цилиндрического корпуса с обмоткой возбуждения внутри него и внешнего и внутреннего роторов. Гидродинамический привод выполнен в виде двух соосно расположенных турбин, одна из которых установлена на внешней поверхности внешнего ротора, а вторая на внутреннем роторе. Электрогенератор снабжен магнитами, установленными на внешнем и внутреннем роторах, расположенных соответственно снаружи и внутри корпуса. Турбины выполнены шнековыми, вторая из которых установлена на внутренней поверхности внутреннего ротора.

В известном гидрогенераторе требуется изготовление и сборка сложных узлов, выполненных из металла, корпуса, внешнего и внутренних роторов с подшипниковыми опорами с обеспечением их смазки и герметичности, изоляции обмоток возбуждения, магнитов, что приводит к сложности технологии изготовления и удорожанию агрегата. Предъявляются также требования к износостойкости, антикоррозионным свойствам материала основных узлов. Все это в целом снижает эффективность гидрогенератора.

Задачей изобретения является создание гидрогенератора на постоянных магнитах для гидростанций подводного типа с оригинальной, относительно простой, дешевой, экологичной, долговечной и эффективной конструкцией, с относительно простой технологией изготовления и сборки, что в целом повышает эффективность гидрогенератора.

Технический результат заключается в повышении долговечности, износостойкости, коррозионностойкости конструкции, повышении технологичности конструкции,

уменьшении массы и габаритов, увеличении количества магнитов и повышение КПД и мощности при небольших скоростях течения воды.

Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков.

Гидрогенератор на постоянных магнитах для гидростанций подводного типа, содержащий статоры с обмотками возбуждения и постоянные магниты, отличающийся тем, что статоры выполнены в виде труб из композитного материала с обмотками возбуждения, расположенными внутри герметично, образующих вместе с соединительными трубами кольцевую систему с условием возможности продольного перемещения по направляющим кольцевой системы ползунов, выполненных из композитного материала в виде разрезных колец с расположенными внутри герметично по контуру постоянными магнитами, при этом на наружной поверхности ползунов шарнирно установлены лопатки.

Кроме того:

- у гидрогенератора статорная обмотка расположена на минимальном расстоянии от магнитов в ползунах;

- в ползунах установлены ролики, расположенные с обеих сторон разрезного паза, выполненные с условием радиальной фиксации и качения ползунов по направляющим;

- количество ползунов установлено соответственно размерам гидростанции и ее мощности;

- лопатки, шарнирно закрепленные на ползунах, выполнены с упором с возможностью принятия максимального заданного углового положения относительно потока воды при движении ползунов по течению и складывания их при движении ползунов против течения.

- между ползунами расположены толкатели, направленные однополярными полюсами друг к другу;

- к направляющим осуществлено крепление стоек, выполненных с возможностью установки на дно водоема;

- дополнительно установлен гидрогенератор в положении - один над другим.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, и технический результат взаимосвязаны следующим образом.

Повышается долговечность, износостойкость, коррозионностойкость конструкции за счет применения композитных материалов основных узлов конструкции, повышается технологичность конструкции, уменьшаются масса и габариты, увеличивается количество магнитов и повышаются КПД и мощность при небольших скоростях течения воды, обеспечивается создание гидрогенератора на постоянных магнитах для гидростанций подводного типа с оригинальной, относительно простой, дешевой, экологичной, долговечной и эффективной конструкцией и относительно простой технологией изготовления и сборки, что в целом повышает эффективность гидрогенератора.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 изображен гидрогенератор на постоянных магнитах для гидростанций подводного типа, на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1.

Осуществление изобретения

Изобретение может быть осуществлено следующим образом.

У гидрогенератора на постоянных магнитах для гидростанций подводного типа, содержащего статоры с обмотками возбуждения и постоянные магниты, статоры выполнены в виде труб из композитного материала с обмотками возбуждения, расположенными внутри герметично, образующих вместе с соединительными трубами кольцевую систему с условием возможности продольного перемещения по направляющим кольцевой системы ползунов, выполненных из композитного материала в виде разрезных колец с расположенными внутри герметично по контуру постоянными магнитами, при этом на наружной поверхности ползунов шарнирно установлены лопатки.

Кроме того:

- у гидрогенератора статорная обмотка расположена на минимальном расстоянии от магнитов в ползунах;

- в ползунах установлены ролики, расположенные с обеих сторон разрезного паза, выполненные с условием радиальной фиксации и качения ползунов по направляющим;

- количество ползунов установлено соответственно размерам гидростанции и ее мощности;

- лопатки, шарнирно закрепленные на ползунах, выполнены с упором с возможностью принятия максимального заданного углового положения относительно потока воды при движении ползунов по течению и складывания их при движении ползунов против течения;

- между ползунами расположены толкатели, направленные однополярными полюсами друг к другу;

- к направляющим осуществлено крепление стоек, выполненных с возможностью установки на дно водоема;

- дополнительно установлен гидрогенератор в положении - один над другим.

Таким образом, назначение изобретения в качестве электрического гидрогенератора реализуется.

Описание конструкции устройства.

Гидрогенератор состоит из двух статоров 1 из композитного материала, выполненных в виде труб с обмотками возбуждения 2, герметично запаянные максимально близко к внешней поверхности статоров 1. К статорам 1 крепятся соединительные трубы 4 того же диаметра, что и у статоров 1, выполненные в виде полуколец. Статоры 1 с соединительными трубами 4 образуют кольцевую систему. К кольцевой системе крепятся направляющие 6 с прямоугольным профилем, выполненные из композитного материала. На кольцевой системе находятся подвижные ползуны 5 из композитного материала. Ползуны 5 выполнены в виде разрезных колец, внутри которых максимально близко к внутренней поверхности расположены герметично закрытые постоянные магниты 3 в количестве соразмерно диаметрам ползунов 5. Ползуны 5 одеты на кольцевую систему и передвигаются по направляющим 6. В ползунах 5 установлены ролики 10, расположенные с обеих сторон разрезного паза, выполненные с условием радиальной фиксации и качения ползунов 5 по направляющим 6. С внешней стороны ползунов 5 расположены несколько лопаток 7 с радиальным изгибом, шарнирно закрепленные с упором, который ограничивает положение лопаток 7 в одном направлении. Лопатки 7 также выполнены из композитного материала. Количество

ползунов 5 установлено соответственно размерам гидрогенератора и его необходимой мощности и расстоянию между ползунами 5 в соотношении 1:3 к ширине ползуна 5. Между ползунами 5 расположены толкатели 9 с магнитами 3, взаимодействующие друг с другом одноименными полюсами и создающие дополнительное кинетическое воздействие. С одной стороны ползуна 5 толкатель 9 имеет форму стержня, с другой - плоскую форму большего диаметра. Для улучшения обтекаемости с одной торцевой стороны ползун 5 выполнен с фаской. Направляющие 6 образуют жесткую раму и выполнены с поперечинами, к которым осуществляется крепление стоек 8. Стойки 8 выполнены с возможностью установки гидрогенератора на дно водоема.

Гидрогенератор работает следующим образом.

Гидрогенератор устанавливается на дно и закрепляется с помощью стоек 8. Ползуны 5 на кольцевой системе и направляющих 6 на участке первого статора 1, благодаря течению реки и самоустанавливающимся в фиксированное положение лопаткам 7, передвигаются по первому статору 1 и через соединительные трубы 3 поступают на второй статор 1, где встречное течение прижимает лопатки 7, и ползуны 5 продолжают движение против течения за счет кинетического импульса ползунов 5, двигающихся по течению и дополнительного импульса, заданного магнитными толкателями 9. При передвижении ползунов 5 по кольцевой системе силовые линии полей постоянных магнитов 3 пересекают витки обмоток возбуждения 2, расположенных на статоре 1. В них возникает ЭДС электромагнитной индукции, величина которой зависит от скорости передвижения ползунов 5 и их количества.

Композитный материал, применяемый в заявляемом изобретении, из которого выполнены основные узлы, обладает высокими прочностными, антикоррозионными, диэлектрическими свойствами, низким коэффициентом трения, технологичен, что касается механической обработки или литья, обладает в 3-5 раз меньшим весом в сравнении с металлом, долговечен. Композитный материал и данная конструкция экологически безопасны. Конструкция не загрязняет воду, не повреждает фауну. Данный гидрогенератор возможно эксплуатировать круглый год. Подводное расположение и малые габариты не препятствуют судоходству. Предлагаемая конструкция гидрогенератора с двумя статорами и большим количеством ползунов соответственно позволяет увеличить количество постоянных магнитов и наряду с наличием лопаток и магнитных толкателей на ползунах обеспечивает повышение КПД и мощности гидрогенератора, что позволяет использовать его в реках со средним и слабым течением.

Таким образом, у предлагаемого электрического гидрогенератора, в отличие от прототипа, повышается эффективность.

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к устройствам, предназначенным для преобразования энергии потока текучей среды в электрическую энергию в условиях малых и средних рек. Гидрогенератор на постоянных магнитах для гидростанций подводного типа содержит статоры (1) с обмотками возбуждения (2) и постоянные магниты. Статоры (1) выполнены в виде труб из композитного материала с обмотками возбуждения (2), расположенными внутри герметично, образующих вместе с соединительными трубами (4) кольцевую систему с условием возможности продольного перемещения по направляющим (6) кольцевой системы ползунов (5). Ползуны (5) выполнены из композитного материала в виде разрезных колец с расположенными внутри герметично по контуру постоянными магнитами. Изобретение направлено на повышение долговечности, износостойкости, коррозионностойкости, технологичности конструкции, уменьшение массы и габаритов, повышение КПД и мощности при небольших скоростях течения воды. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидрогенератор на постоянных магнитах для гидростанций подводного типа, содержащий статоры с обмотками возбуждения и постоянные магниты, отличающийся тем, что статоры выполнены в виде труб из композитного материала с обмотками возбуждения, расположенными внутри герметично, образующих вместе с соединительными трубами кольцевую систему с условием возможности продольного перемещения по направляющим кольцевой системы ползунов, выполненных из композитного материала в виде разрезных колец с расположенными внутри герметично по контуру постоянными магнитами, при этом на наружной поверхности ползунов шарнирно установлены лопатки.

2. Гидрогенератор по п. 1, отличающийся тем, что статорная обмотка расположена на минимально близком расстоянии от магнитов в ползунах.

3. Гидрогенератор по п. 1, отличающийся тем, что в ползунах установлены ролики, расположенные с обеих сторон разрезного паза, выполненные с условием радиальной фиксации и качения ползунов по направляющим.

4. Гидрогенератор по п. 1, отличающийся тем, что количество ползунов установлено соответственно размерам гидрогенератора и его мощности.

5. Гидрогенератор по п. 1, отличающийся тем, что лопатки, шарнирно закрепленные на ползунах, выполнены с упором с возможностью принятия максимального заданного углового положения относительно потока воды при движении ползунов по течению и складывания их при движении ползунов против течения.

6. Гидрогенератор по п. 1, отличающийся тем, что на ползунах расположены магнитные толкатели, направленные однополярными полюсами друг к другу.

7. Гидрогенератор по п. 1, отличающийся тем, что к направляющим осуществлено крепление стоек, выполненных с возможностью установки на дно водоема.

8. Гидрогенератор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно установлен гидрогенератор в положении - один над другим.