PL231166B1 - Bezłopatkowy zespół sprężarkowy z elementami magnetycznymi w wirniku - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest bezłopatkowy zespół sprężarkowy z elementami magnetycznymi w wirniku.

Bezłopatkowa maszyna adhezyjna została zaproponowana przez Nikolę Teslę. W stosowanych dotychczas rozwiązaniach energia mechaniczna potrzebna do napędu wirnika sprężarki była doprowadzana z zewnątrz, zazwyczaj przez oddzielny silnik (najczęściej elektryczny), sprzęgnięty z wałem sprężarki. Rozwiązanie to jest kłopotliwe w montażu, ze względu na konieczność precyzyjnego wyosiowania wału sprężarki z wałem silnika przed sprzęgnięciem - niezbędnego ze względu na wysokie prędkości obrotowe, przy których pracuje sprężarka adhezyjna. Ponadto stosowanie oddzielnej sprężarki oraz silnika zwiększa gabaryty oraz koszt zespołu sprężarkowego. Znane są konstrukcje maszyn wirnikowych (niektórych pomp i turbin wodnych), w których wirnik maszyny i część elektryczna stanowią jeden układ wirujący. W tych rozwiązaniach, np. znanym z opisu WO9206301A1, w tarczach wirnikowych (oraz tzw. bandażach) umieszczane są magnesy stałe, a cewki elektryczne montowane na obudowie. Dotyczy to jednak klasycznych maszyn łopatkowych, tj. takich, w których elementem roboczym, odpowiedzialnym za zmianę parametrów (ciśnienia) czynnika roboczego są odpowiednio ukształtowane łopatki, a tarcze wirnikowe i tzw. bandaże (w których umieszcza się elementy generatora lub silnika elektrycznego) stanowią jedynie zewnętrzne ograniczenia kanału przepływowego.

W proponowanym rozwiązaniu rolę elementów maszyny elektrycznej i rolę roboczej części przepływowej pełni ten sam element - wirująca tarcza.

Bezłopatkowy zespół sprężarkowy zawiera wirnik zespołu sprężarki, który składa się z jednej lub wielu tarcz wirnikowych zamocowanych do piasty wału lub bezpośredni do wału, przy czym wał osadzony jest w łożyskach umieszczonych w obudowie. W dysku wirnikowym (lub dyskach wirnikowych) zamocowany jest jeden lub wiele elementów magnetycznych (np. magnesów trwałych lub elektromagnesów). Tarcza wirnikowa sprężarki pełni jednocześnie funkcję wirnika silnika elektrycznego. Uzwojenie twornika jest nieruchome (np. jest zamocowane w obudowie). Wlot czynnika roboczego w postaci gazu następuje poprzez otwory w obudowie, przy czym sprężany gaz przepływając spiralnie przez szczeliny dzięki zjawiskom występujących w warstwie przyściennej przejmuje energię kinetyczną od obracającej się tarczy wirnika (jako silnika elektrycznego), a wylot gazu zrealizowany jest przez dyfuzor, umieszczony na powierzchni obudowy, przy czym w dyfuzorze zachodzi zamiana energii kinetycznej gazu w energię potencjalną ciśnienia. Kolejno szczeliny umiejscowione są pomiędzy tarczą wirnikową i pokrywami lub między tarczami wirnikowymi a tarczami stojana w przypadku wirników wielotarczowych. Ponadto uzwojenia drukowane stojana są nadrukowane na cienkich tarczach z materiału izolacyjnego i umieszczone są w otworach wykonanych na obwodzie koła lub kół w obudowie lub w tarczach stojana w przypadku wirników wielotarczowych.

Zaletą zespołu sprężarkowego według wynalazku jest to, że jedna lub wiele tarcz wirnikowych pełni rolę zarówno tarczy dwufazowego silnika asynchronicznego, jak i tarczy wirnika sprężarki, co wydatnie zmniejsza koszty wykonania oraz poprawia eksploatację i charakterystyki dynamiczne wirnika.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy bezłopatkowego zespołu sprężarkowego, a na fig. 2 - schemat uzwojenia drukowanego jednej z faz.

Bezłopatkowy zespół sprężarkowy według wynalazku stanowi konstrukcję, pełniącą jednocześnie funkcję sprężarki adhezyjnej i dwufazowego silnika asynchronicznego, przy czym elementy magnetyczne umieszczone są w tarczy wirnika, a drukowane uzwojenia twornika i pierścienie stalowe umieszczone są w ściankach obudowy.

Wirnik zespołu pokazany na fig. 1 składa się przykładowo z jednej tarczy aluminiowej o bardzo małym momencie bezładności 1 zamocowanej do piasty 3 wału 2, przy czym wał 2 osadzony jest w łożyskach 4 umieszczonych w otworach wewnątrz pokrywy 5 i 6 obudowy 7. W tarczy wirnikowej zamocowane są rozmieszczone wokół obwodu tarczy magnesy trwałe. Magnesy są zamontowane w taki sposób, że jednoimienne bieguny ułożone są naprzemiennie. Obwód strumienia magnetycznego zostaje zamknięty przez wykonany z materiału ferromagnetycznego pierścień, zamontowa ny w tarczy wirnikowej, bezpośrednio przy elementach magnetycznych. Z kolei obudowa 7 zespołu jest wykonana z materiału niemagnetycznego. Rdzenie twornika wraz z uzwojeniem zamocowane są do nieruchomego element stojana umieszczonego obok tarczy wirnikowej.

Przykładowo na fig. 2 pokazano, schemat drukowanego uzwojenia 8 stojana dla jednej z faz, uzwojenie drugiej fazy ma identyczny kształt, jest jednak obrócone względem pierwszej o 45°, przy

PL 231 166 B1 czym uzwojenie 8 jest nadrukowane na cienkich tarczach z materiału izolacyjnego. W otworach 10 i 11 w pokrywie 5 i 6, umieszczone są kolejno pierścień stalowy i cienka tarcza z nadrukowanym uzwojeniem 8 stojana. Wlot czynnika roboczego w postaci sprężonego gazu zrealizowany jest przez otwory 14 w pokrywach 5 i 6 obudowy 1, umieszczone w pobliżu osi zespołu, przy czym czynnik przepływa spiralnie przez szczeliny 12 umiejscowione pomiędzy tarczą wirnikową 1 i pokrywą 5 i 6 obudowy 1. Sprężany gaz, przepływając spiralnie przez szczeliny 12, dzięki zjawiskom występujących w warstwie przyściennej przejmuje energię kinetyczną od obracającej się tarczy wirnikowej 1. Z kolei wylot gazu zrealizowany jest przez dyfuzor 13 umieszczony na powierzchni obudowy 1. W dyfuzorze wylotowym 13 zachodzi zamiana energii kinetycznej gazu w energię potencjalną ciśnienia.

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe

1. Bezłopatkowy zespół sprężarkowy będący połączeniem sprężarki adhezyjnej z silnikiem elektrycznym typu tarczowego, polegającym na umieszczeniu elementów magnetycznych silnika (np. magnesów trwałych lub elektromagnesów) w wirniku tarczowym sprężarki, a elementów twornika w obudowie, znamienny tym, że wirnik zespołu składa się z jednej lub wielu tarcz wirnikowych (1), stanowiących jednocześnie tarcze silnika elektrycznego, zamocowanych do piasty (2) wału (3) lub bezpośrednio do wału, przy czym wał (3) osadzony jest w łożyskach (4) umieszczonych w otworach wewnątrz pokrywy (5) i (6) obudowy (7), a w otworach (11) i (10) pokryw (5) i (6) obudowy (7) lub w tarczach stojanowych w przypadku wirników wielotarczowych umieszczone są nadrukowane uzwojenia (8) i stalowe pierścienie (9), z kolei pomiędzy pokrywami i wirnikiem jest szczelina (12), a w pokrywie (5) i (6) umiejscowione są otwory wlotowe (14), a na obudowie znajduje się dyfuzor wylotowy (13).

2. Zespół sprężarkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że szczeliny (12) umiejscowione są pomiędzy tarczą wirnikową (1) i pokrywą (5) i (6) lub między tarczami wirnikowymi (1) a tarczami stojana w przypadku wirników wielotarczowych.

3. Zespół sprężarkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że uzwojenia drukowane (8) stojana są nadrukowane na cienkich tarczach z materiału izolacyjnego i umieszczone są w otworach (11) wykonanych na obwodzie koła lub kół w pokrywie (5) i (6) obudowy (7) lub w tarczach stojana w przypadku wirników wielotarczowych.

4. Zespół sprężarkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wirnik wykonany jest z materiału nieferromagnetycznego.

5. Zespół sprężarkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że otwory (14) w pokrywie (5) i (6) obudowy (7) zlokalizowane są na wewnętrznej średnicy tarczy.