Униполярная машина Советский патент 1939 года по МПК H02K31/04 

Уже известны униполярные машины с применением ртути для снятия тока с якоря и центробежной подачей ртути к периферии якоря. В настоящем авторском свидетельстве предлагается машина, в которой для снятия токае периферии диска применены пары ртути, образующиеся при пониженном давлении, поддерживаемом внутри герметического кожуха машины. В машине применены: полый вал и.радиальные каналы с соплами в дискообразном якоре, а также ртутный контакт для снятия тока с центрадискообразного якоря.

Машина эта может найти применение для питания телефонных сетей, системы центральной батареи цепей накала приемо-трансляционно-передаточных устройств, а также для целей электролиза (зарядка аккумуляторов).

На чертеже фиг. 1 изображает цредлагаемую машину в разрезе по главной оси; фиг. 2 - разрез (другой) второго варианта; фиг. 3-вид машины (по фиг. 2) сверху.

Корпус машины состоит из двух отдельных частей 7, /j, стянутых болтами 10, и имеет два подшипника для главного вала 5, выполненного

полым. В части / корпуса, отделенной от части /, в которой расположена униполярная машина, защитным экраном 5, помещен электродвигатель, статор 2 которого жестко закреплен кольцом 7, а ротор насажен на вал 5.

Кожух / машины имеет отверстие 9 с нарезкой, служащее для откачки воздуха.

После создания соответствующег-о вакуума отверстие наглухо завинчивается.

Выводы и вводы электрических проводов для униполярной машины и электродвигателя расположены в подшипнике 12. Диски /5 изолированы от вала 5 с помощью бакелитовых цилиндров 14. Каждый диск по периферии посеребрен, полирован и затем покрыт ртутной амальгамой. На некотором расстоянии 5 от диска расположено кольцо 15, выполняющее роль токоснимателя. Кольцо 15 с внутренней стороны обработано аналогично периферии диска, в целях уменьшения контактного сопротивления. Контактное кольцо /5 имеет соответ ствующий выводной стержень 16, укрепленный в вакуумо-уплотнительном изоляторе 17. К диску 13 крепится провод 18, проходящий через отверстие в нутрь вала 5; коммутация токов от дисков происходит внутри полого вала с помощью системы щеток в виде щтырей 19 и цилиндров 20, к которым присоединены диски 13. Соответственные поверхности щтырей и цилиндров обработаны аналогично поверхностям диска 13 и кольца 15, Путь тока через один из дисков 13 следующий. Шиновыводной стержень 16-промел-суток 5 - диск /5-провод 18 - цилиндр О-промежуток Sj-щтырь 19- щина. Пространство между щтырем 19. и кольцом заполнено жилкой ртутью.

При вращении с больщой скоростью ртуть, под действием центробежной силы, растекается по токоснимающему кольцу; так как при больщом числе оборотов в диске возникает э. д. с., то при каждом нарущении жидкостного контакта возникает местная вольтова дуга, теплота которой возгоняет ртуть в парообразное состояние; ионизированные пары ртути и являются токоснимающим элементом. Ионизация происходит постоянно, по времени, от следующих факторов, взаимно влияющих друг на друга в смысле увеличения степени ионизации: 1) термоионное излучение при дуговом разряде и 2) трение частиц паров ртути друг о друга и о стенки мащины с большой относительной скоростью, порядка 100-150 м1сек.

После возгонки ртути в парообразное состояние происходит нормальный дуговой разряд в разряженных парах. Если давление больще указанного, а температура установки 25°, то происходит конденсация мельчайщих капель ртути и стекание их в ванночку. Этот процесс периодичен и вызывает мгновенное испарение такой капельки, как только она попадает в зону теплового действия дугового разряда; это состояние мащины является ненормальным, ибо вызывает пульсацию тока при образовании местных вольтовых дуг. Быстрое вращение диска, термические потоки, специальные направляющие лопасти образуют вихревое движение паров и энергичное их перемещивание, что ведет к однородной плотности паров и обеспечивает постоянство, по времени, контактного сопротивления (в отличие от механического токоснимания, где контактное сопротивление переменное, вследствие неоднородности строения частиц щетки и механического дрожания щеток).

Потери напряжения ртутного выпрямителя составляют 15-20 вольт и пропорциональны расстоянию анодкатод; в ртутных выпрямителях больщая величина этого расстояния обусловливается возможностью обратного зал игания и составляет величину порядка 15-20 см; в предлагаемой системе токоснимания расстояние между диском и токоснимающим кольцом имеет величину порядка 5 0,1 см, т. е. в предлагаемой системе падение напряжения

/ 90

(,1 ,1 вольт,

и,1у

или в два раза меньше, чем при механическом токоснимании. По данным автора, потери напряжения в токоснимателе униполярной мащины значительно меньше, чем потери напряжения в дуге ртутного выпрямителя.

Поддержание внутри кожуха пониженного давления является необходимым условием работы машины в устойчивом режиме и может быть разрещено для машин разных мощностей и назначений по-разному.

Может оказаться, что степень ионизации будет недостаточна для пропускания данного тока; в этом случае предусмотрен добавочный ионизатор в виде спирали провода высокого сопротивлепия, который накаливается током от постороннего источника в момент пуска и от общего тока во время работы.

Возможна несколько иная форма выполнения униполярной машины (фиг. 2-3), в которой применено ртутно-центробежно-струйное снятие тока с центра диска.

На фиг. 2 показано устройство мащины но второму варианту.

На общем вертикальном валу 8 укреплены два диска, один 10 из

которых показан на чертеже. Оба диска изолированы от вала и друг от друга. На том же валу укреплен ротор электродвигателя 13, вращающего мащину. Вертикальное расположение вала выбрано ио следующим причинам: 1) облегчено стекание (возврат) ртути в ванночку; 2) вес вращающихся частей компенсирует стремление диска „прилипнуть к одному из полюсов; 3) мащина занимает малую площадь (в виде „тумбы). Цифрой 14 обозначен корпус машины, 15-крыщка. В данной машине применены постоянные магниты 16 в виде кирпичеобразных брусков, смонтированных между двумя железными шайбами 17, 18 (на электросварке). Материал - магнито-никельалюминиевый сплав.

В конструкции все выводы от обоих дисков выведены за пределы машины, что обеспечивает возможность включать ее последовательно или параллельно - по надобности - или использовать оба диска в отдельности-для разных взаимно не связанных цепей; снятие тока с центров обоих дисков-- ртутно-жидкостное. Внутри нолого вала расположены два взаимно (и от вала) изолированных сосуда 19, 20 с ртутью, В эти сосуды введены провода 21, 22 от центров дисков (внутри ртути они свернуты в спираль и амальгамированы). В сосуды с ртутью опущены два медных провода 23, 24, изолированных взаимно и от корпуса.

Здесь жидкая ртуть имеет следующий путь: ванночка 1 на дне мащины, полый вал 2, радиальные отверстия 5 в диске машины, направляющее сопло 4 на периферии диска 10, воздушный промежуток длиной т 1-3 мм, медная густая амальгамированная сетка, собирательное кольцо 7, ванночка /. Ванночка /, медная сетка 6 и кольцо 7 изолированы от корпуса машины. Ртуть 2, находящаяся внутри полого вала 8 и радиальных отверстий 5, электрически изолирована от диска 10 и вала 8 с помощью изоляционных трубочек 9, 11, вставленных внутрь полого вала и внутрь радиальных отверстий 3 в диске машины. Направляющее сопло 4 сделано из металла, амальгамировано в отверстии и ввинчено в периферию диска; ртуть, протекая через сопло и далее через воздушный промежуток -, попадает на медную сетку 6 и кольцо 7 и, таким образом, образует жидкостно-струйный контакт периферии диска с токособирающей сеткой. Центробежная сила при вращении диска действует на радиальный столб ртути 6 и давит с такой силой, которая обеспечивает вытекание струи ртути с достаточной скоростью; последняя может быть регулирована в весьма широких пределах калибровкой и подбором отношений между сечениями отверстий сопла и радиального отверстия 5. Направление силы от центра к периферии, т. е. при работе машины аналогично между этой системой и центробежным насосом; сопло 4 направляет струю ртути почти касательно к данной точке на периферии диска, со скоростью,почти равной линейной скорости данной точки, но в направлении, противоположном направлению вращения диска. Таким образом, в любой точке сонрикосиовения струи ртути с неподвижной медной сеткой относительная скорость струи ртути и сетки близка к нулю, что обеспечивает: 1) отсутствие разбрызгивания струи (вследствие удара) и 2) постоянство во времени переходного (контактного) сопротивления.

Автор полагает, что потери на трекие в предлагаемом токоснимающем устройстве будут меньше, чем в существующих униполярных машинах.

При этом активный материал - ртуть - при токоснимании не портится и не уничтожается со временем и может служить неограниченно долго; конечно, постепенно ртуть будет окисляться от соприкосновения с воздухом, но очень медленно, так как температура струи не превысит при работе 50-60°. Окислившаяся ртуть нормальной работе машины мешать не будет, ибо, как более легкая, она всплывает на поверхность ванночки. Назначение медной амальгамированной сетки следующее: при падении ртутной струи на сетку с малой скоростыо ртуть прилипает, растекается и далее стекает по ней в ванночку на дне машины.

С точки зрения простоты и экономии более выгодно, для малых и средних машин, делать магнитную цепь из постоянных магнитов, применяя сборную конструкцию из отдельных кирпичеобразных кусков 21 специальной никель - алюминиевой стали, обладающей значительной коэрцитивной силой и неразмагничивающейся от тряски и высокой температуры, Токоснимание в машине достигается проводимостью ионизированных ртутных паров (дуговой разряд) в прод ежутке S, между периферией диска и подвижным токоснимающим кольцом.

Предмет изобретения.

1.Униполярная машина с применением ртути для снятия тока с якоря машины и центробежной подачей ртути к периферии якоря, отличающаяся тем, что для снятия тока с периферии диска применены пары ртути, образующиеся при пониженном давлении, поддерживаемом внутри герметического кожуха машины.

2.В глашине по п. 1 применение полого вала и радиальных каналов с соплами в дискообразном якоре.

3.В машине по п. 1 применение ртутного контакта для снятия тока с центра дискообразного якоря.

йиг.З

С

о:) -Tti

iO iO

cc W О

НЧ

I-I

PH О

БН

нЗ

f

05

о

h«4

и о

-

о

«-W

)-Ч

p.

w «б

СЪ

4i -13.