Патент на изобретение №2208893
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ
(57) Реферат: Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашинным преобразователям механической энергии в электрическую энергию. Сущность изобретения состоит в следующем. Автономный источник энергии содержит авиационный бесконтактный электрический генератор с системой распылительного масляного охлаждения, а также систему автоматического регулирования напряжения 14 и электромеханический нагреватель, представляющий собой синхронную машину, на роторе которого расположена обмотка индуктора, а на статоре находится полая короткозамкнутая якорная обмотка 19 из полого проводника, являющаяся нагревательным элементом. В качестве теплоносителя в автономном источнике энергии используется трансформаторное масло, которое с помощью насоса 20 подается в полую короткозамкнутую якорную обмотку нагревателя 19 и в полый вал генератора 1. В полой короткозамкнутой якорной обмотке нагревателя 19 масло нагревается и поступает в теплообменник 21, первый вход которого соединен с каналом генератора для сброса масла, второй вход – с картером электромеханического нагревателя, третий вход теплообменника соединен с выходом полой короткозамкнутой обмотки нагревателя, а выход теплообменника соединен с входом насоса. В полый вал 1 встроены форсунки 3 и 4 для разбрызгивания горячего масла. Часть масла поступает в полый вал нагревателя 2, присоединенный к полому валу генератора 1. В теплообменнике 21 расположен змеевик 22, внутри которого протекает вода. Нагреваясь и охлаждая масло, вода поступает к потребителю. Технический результат состоит в создании автономного источника тепловой энергии и качественной электрической энергии, работающего при переменной скорости вращения приводного двигателя и имеющего повышенную удельную мощность и низкие массу и габариты. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашинным преобразователям механической энергии в электрическую энергию. Известны генераторы переменного тока, которые выполняют функцию производства электрической энергии и работают в режиме автономного источника при переменной скорости вращения приводного двигателя. Их работа осуществляется с помощью преобразования механической энергии вращения вала в электрическую энергию посредством энергии магнитного поля, которая создается индуктором генератора, расположенным на роторе, и передается через воздушный зазор в якорь генератора, находящийся на статоре (В. А. Балагуров, И. М. Беседин, Ф. Ф. Галтеев, Н. Т. Коробан, Н. З. Мастяев. Электроснабжение летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1975 – [1, стр.117]). За прототип взят авиационный бесконтактный электрический генератор с вращающимся выпрямителем и распылительным масляным охлаждением, имеющий систему автоматического регулирования напряжения. Входом генератора является полый вал, к которому подводится механическая энергия, на его роторе расположены: индуктор подвозбудителя с постоянными магнитами, вращающийся выпрямитель, якорь возбудителя и индуктор генератора. На статоре машины находятся якорь подвозбудителя, индуктор возбудителя и якорь генератора, обмотка которого является электрическим выходом генератора [1, стр. 237]. Недостатками прототипа являются невозможность получения тепловой энергии без применения нагревательных устройств, например, для отопления зданий при наличии энергоснабжения в них, а также выработка напряжения нестабильной частоты в то время, как часто возникает необходимость питания потребителей электрической энергией напряжением, стабилизированным по величине и по частоте. Заявляемое изобретение решает задачу создания автономного источника тепловой энергии в виде горячей воды с одновременным получением качественной электрической энергии (напряжение стабилизируется по величине и по частоте), работающего при переменной скорости вращения приводного двигателя. Поставленная задача решается следующим образом. В автономный источник энергии, содержащий авиационный бесконтактный электрический генератор с системой распылительного масляного охлаждения и с системой автоматического регулирования напряжения, где входом для подведения механической энергии является вал со встроенными форсунками, а электрическим выходом является обмотка якоря генератора, соединенная с системой автоматического регулирования напряжения, при этом система распылительного масляного охлаждения имеет насос, посаженный на вал, и теплообменник, вход которого соединен с каналом генератора для сброса масла, а выход соединен с насосом с помощью маслопровода, дополнительно введен электромеханический нагреватель, представляющий собой синхронную электрическую машину, вал которого со встроенными форсунками соединен с полым валом электрического генератора, образуя вал автономного источника энергии, у которого индуктор находится на роторе и соединен с выходом обмотки якоря подвозбудителя электрического генератора и с системой автоматического регулирования напряжения, а якорная обмотка, соединенная с насосом, находится на статоре и имеет короткозамкнутое исполнение из полого проводника, в теплообменнике дополнительно предусмотрены два входа, один из которых соединен с картером электромеханического нагревателя, а другой – с выходом полой короткозамкнутой якорной обмотки электромеханического нагревателя, при этом внутри теплообменника находится змеевик, вход которого являемся входом холодной воды, а выход – выходом горячей воды. Кроме того, введены датчик частоты вращения вала, расположенный на валу автономного источника энергии, и система автоматического регулирования частоты вращения вала автономного источника энергии, вход которой соединен с выходом обмотки якоря подвозбудителя электрического генератора, с системой автоматического регулирования напряжения и с выходом датчика частоты вращения вала, а выход соединен с обмоткой индуктора нагревателя. На чертеже представлен один из вариантов реализации заявляемого изобретения. Здесь: ОЯ ПВ – обмотка якоря подвозбудителя, ОЯ Г – обмотка якоря генератора, ОИ В – обмотка индуктора возбудителя, 1 – полый вал генератора, 2 – полый вал нагревателя, 3, 4 – форсунки генератора, 5, 6 – форсунки нагревателя, 7 – индуктор подвозбудителя, 8 – якорь возбудителя, 9 – вращающийся выпрямитель, 10 – индуктор генератора, 11 – якорь подвозбудителя, 12 – индуктор возбудителя, 13 – якорь генератора, 14 – система автоматического регулирования напряжения, 15 – индуктор нагревателя, 16 – система автоматического регулирования частоты вращения вала, 17 – контактные кольца, 18 – датчик частоты вращения вала, 19 – полая короткозамкнутая якорная обмотка нагревателя, 20 – насос, 21 – теплообменник, 22 – змеевик, 23 – вход холодной воды, 24 – выход горячей воды, 25, 26, 27 – маслопровод, 28 – канал для сброса масла, 29 – потребители электрической энергии, 30 – штуцер, 31, 32 – подшипник, 33, 34, 35, 36, 37 – электрический провод, 38 – крышка, 39 – трансформатор тока. Автономный источник энергии состоит из авиационного бесконтактного электрического генератора и электромеханического нагревателя, чьи полые валы 1 и 2 со встроенными форсунками 3, 4 и 5, 6 соединены между собой. На роторе генератора расположен индуктор подвозбудителя с постоянными магнитами 7, якорь возбудителя 8, вращающийся выпрямитель 9 и индуктор генератора 10, а на статоре находятся якорь подвозбудителя 11, индуктор возбудителя 12 и якорь генератора 13. При этом обмотка якоря подвозбудителя 11 и обмотка якоря генератора 13 соединены с входом системы автоматического регулирования напряжения 14, выход которой соединен с обмоткой индуктора возбудителя 12. На роторе электромеханического нагревателя расположен индуктор 15 с обмоткой, соединенной с выходом системы автоматического регулирования частоты вращения вала 16 с помощью контактных колец 17, вход которой соединен с обмоткой якоря подвозбудителя 11 и выходом датчика частоты вращения вала 18, а на статоре находится голая короткозамкнутая якорная обмотка 19. Система циркуляции масла содержит насос 20, посаженный на общий вал, теплообменник 21, внутри которого расположен змеевик 22 с входами для холодной и горячей воды 23 и 24, и маслопроводы 25, 26 и 27. При этом выход насоса 20 соединен с полой короткозамкнутой якорной обмоткой нагревателя 19 и с полым валом генератора 1 с помощью маслопроводов 26 и 27, а вход соединен с выходом теплообменника, имеющего три входа. Один вход соединен с картером нагревателя, другой соединен с полой короткозамкнутой якорной обмоткой нагревателя 19, а третий – с каналом для сброса масла 28 генератора. Автономный источник энергии работает следующим образом. При вращении приводного двигателя генератор осуществляет производство электрической энергии, преобразуя механическую энергию вращения полого вала 1 в электрическую энергию посредством энергии магнитного поля, которая создается индуктором генератора 10, расположенным на роторе, и передается через воздушный зазор в якорь генератора 13, находящийся на статоре, и поступает к потребителям 29. Величина напряжения стабилизируется с помощью системы автоматического регулирования напряжения 14. Электромеханический нагреватель, полый вал которого 2 соединен с полым валом генератора 1, преобразует механическую энергию в электрическую энергию посредством магнитного поля индуктора 15, которая, проникая в полую короткозамкнутую якорную обмотку 19 в виде электромагнитной волны, преобразуется в тепловую энергию. На валу автономного источника энергии установлен датчик частоты вращения 18, с которого сигнал поступает на систему автоматического регулирования частоты вращения вала 16, изменяющую ток обмотки индуктора нагревателя 15 с целью изменения нагрузки на валу для стабилизации частоты напряжения генератора. В результате потребитель электрической энергии 29 получает напряжение, стабилизированное по величине и по частоте. Система циркуляции масла состоит из двух параллельных замкнутых контуров, объединенных между собой теплообменником 21. Нагнетание масла в системе осуществляется с помощью одного шестеренчатого насоса 20, приводимого в действие валом автономного источника энергии. В первом контуре масло подается в полую короткозамкнутую якорную обмотку нагревателя 19, из которой масло в горячем состоянии поступает в теплообменник 21. Во втором контуре масло проходит через фланец генератора в маслопровод 27 и по штуцеру 30 попадает в полость полого вала генератора 1. Перемещаясь внутри полого вала генератора 1 справа налево, масло охлаждает выпрямитель 9 и якорь возбудителя 8. С обеих сторон индуктора генератора 10 в полом валу имеется по четыре форсунки 3 и 4, через которые масло под давлением разбрызгивается на боковые поверхности катушек возбуждения индуктора генератора 10. С катушек возбуждения масло разбрызгивается на лобовые части обмотки якоря генератора 13. Части генератора, на которые непосредственно масло не разбрызгивается, охлаждаются масляным туманом и теплопередачей к местам непосредственного охлаждения. Масло, выливающееся через форсунки 3 и 4, собирается в корпусе генератора и поступает в теплообменник 21. Подшипник генератора 31 смазывается потоком масла, которое просачивается через уплотнения между штуцером 30 и полым валом 1. Прошедшее через подшипник 31 масло центробежными силами разбрызгивается на втулку и обмотку якоря возбудителя 8. Часть масла через выходной конец полого вала поступает в полость полого вала нагревателя 2. Через форсунки 5 и 6, расположенные в полом валу нагревателя 2 с обеих сторон индуктора 15, масло разбрызгивается на боковые поверхности катушек возбуждения индуктора 15. С катушек возбуждения масло разбрызгивается на лобовые части полой короткозамкнутой якорной обмотки нагревателя 19. Масло, выливающееся через форсунки 5 и 6, собирается в корпусе нагревателя и поступает в теплообменник 21. На вход холодной воды 23 змеевика 22, расположенного в полости теплообменника 21, подается холодная вода, которая, нагреваясь и охлаждая масло, через выход горячей воды 24 поступает к потребителю. Заявляемое изобретение отличается от прототипа введением электромеханического нагревателя, датчика частоты вращения вала и системы автоматического регулирования частоты вращения вала, что позволяет решать задачу создания автономного источника тепловой энергии и электрической энергии с напряжением, стабилизированным по величине и по частоте, работающего при переменной скорости вращения приводного двигателя и имеющего повышенную удельную мощность и низкие массу и габариты. Заявляемое изобретение, в сравнении с прототипом, имеет следующие преимущества: возможность получения тепловой энергии путем нетрадиционного подхода к использованию электрической машины, работающей в качестве нагревателя, в которой полая короткозамкнутая якорная обмотка на статоре служит нагревательным элементом; одновременно с получением тепловой энергии возможность получения электрической энергии с напряжением, стабилизированным по величине и по частоте, с помощью оригинального решения, образующего автономный источник энергии, в котором осуществлена совместная работа двух машин и использованы датчик частоты вращения вала и система автоматического регулирования частоты вращения вала. Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 04.12.2007
Извещение опубликовано: 27.07.2009 БИ: 21/2009
|
||||||||||||||||||||||||||
