PL231168B1 - Bezłopatkowy zespół pompowy z uzwojeniem twornika w wirniku - Google Patents

Abstract

Bezłopatkowy zespół pompowy z uzwojeniem twornika w wirniku, zawiera wirnik, który składa się z jednej lub wielu tarcz wirnikowych (1) 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 na kole tarczy wirnika (1) znajduje się nadrukowane z obu stron tarczy uzwojenia twornika. Z kolei w otworach (10) i w rowkach (11) wykonanych w pokrywach (5) i (6) obudowy (7) lub w tarczach stojana w przypadku wirników wielotarczowych, umieszczone są magnesy trwałe (8) i pierścienie (9), przy czym sąsiadujące magnesy trwałe (8) są zamocowane naprzemiennie biegunami N i S, a pierścienie (9) wykonane z materiału ferromagnetycznego, zamykają obwód strumienia magnetycznego. Doprowadzenie energii elektrycznej do uzwojenia twornika jest zrealizowane poprzez szczotki ślizgowe (12), które umieszczone są w otworach (15) pokrywy (5) i (6). Wlot czynnika roboczego w postaci cieczy następuje poprzez otwory (18) w pokrywie (5) i (6), przy czym czynnik roboczy przepływając spiralnie przez szczeliny (19) między tarczą wirnikowa (1) i pokrywami (5) i (6) obudowy (1), dzięki zjawiskom występujących w warstwie przyściennej przejmuje energię kinetyczną od obracającej się tarczy wirnika (1). Z kolei wylot cieczy zrealizowany jest przez dyfuzor (20) umieszczony na powierzchni obudowy (1), przy czym w dyfuzorze (20) zachodzi zamiana energii kinetycznej cieczy w energię potencjalną ciśnienia. Zaletą zespołu pompowego jest to, że jedna lub wiele tarcz wirnikowych pełni rolę zarówno tarczy silnika elektrycznego, jak i tarczy wirnika pompy, co wydatnie zmniejsza koszty wykonania oraz poprawia eksploatację i charakterystyki dynamiczne wirnika. Ponadto zaletą zespołu pompowego jest to, że nadrukowane uzwojenie twornika silnika elektrycznego, umieszczone są w tarczy wirnika, a magnesy stałe z pierścieniami zamykającymi strumień magnetyczny umieszczone są w pokrywach obudowy zespołu lub w tarczach stojana w przypadku wirników wielotarczowych. Dzięki temu minimalizuje się gabaryty i ciężar zespołu oraz poprawia charakterystyki eksploatacyjne.

Description

Przedmiotem wynalazku jest bezłopatkowy zespół pompowy z uzwojeniem twornika w wirniku.

Bezłopatkowa maszyna adhezyjna została zaprojektowana przez Nikolę Teslę. W stosowanych dotychczas rozwiązaniach konstrukcyjnych energia mechaniczna potrzebna do napędu wirnika pompy 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 pompy z wałem silnika przed sprzęgnięciem - niezbędnego ze względu na wysokie prędkości obrotowe, przy których pracuje pompa adhezyjna. Ponadto stosowanie oddzielnej pompy i silnika zwiększa gabaryty, koszt zespołu pompowego i wpływa niekorzystnie na jego charakterystyki eksploatacyjne. 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. znanych 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 pompowy zawiera wirnik turbogeneratora, który składa się z jednej lub wielu tarcz wirnikowych zamocowanych do piasty wału lub bezpośrednio do wału, przy czym wał osadzony jest w łożyskach umieszczonych w otworach wewnątrz pokrywy i obudowy, a na tarczy wirnika znajdują się z obu stron tarczy uzwojenia twornika. Z kolei w obudowie lub tarczach stojanowych w przypadku wirników wielotarczowych, umieszczone są magnesy trwałe i pierścienie, przy czym sąsiadujące magnesy trwałe są zamocowane naprzemiennie biegunami N i S, a pierścienie wykonane z materiału ferromagnetycznego, zamykają obwód strumienia magnetycznego. Doprowadzenie energii elektrycznej do uzwojenia twornika jest zrealizowane poprzez szczotki ślizgowe, które umieszczone są w otworach pokrywy. Wlot czynnika roboczego w postaci cieczy następuje poprzez otwory w pokrywach, przy czym ciecz przepływając spiralnie przez szczeliny między tarczą wirnikową i pokrywami obudowy lub między tarczami wirnikowymi a tarczami stojanowymi w przypadku wirników wielotarczowych, dzięki zjawiskom występujących w warstwie przyściennej przejmuje energię kinetyczną od obracającej się tarczy wirnika. Z kolei wylot cieczy zrealizowany przez dyfuzor umieszczony na powierzchni obudowy, przy czym w dyfuzorze zachodzi zamiana energii kinetycznej cieczy w energię potencjalną ciśnienia.

Zaletą zespołu pompowego według wynalazku jest to, że ta sama tarcza wirnikowa pełni rolę zarówno tarczy silnika elektrycznego, jak i tarczy pompy, co wydatnie zmniejsza koszty wykonania oraz poprawia charakterystyki dynamiczne wirnika.

Ponadto zaletą zespołu pompowego jest to, że uzwojenie twornika umieszczone jest w tarczy wirnika, a magnesy stałe z pierścieniami zamykającymi strumień magnetyczny umieszczone są w pokrywach obudowy generatora lub w tarczach stojana w przypadku wirników wielotarczowych. Dzięki temu minimalizuje się gabaryty i ciężar zespołu oraz poprawia charakterystyki eksploatacyjne.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 - schemat ideowy bezłopatkowego zespołu pompowego, fig. 2 - zezwój uzwojenia drukowanego tarczy wirnikowej bezłopatkowego zespołu pompowego (linia przerywana - część zezwoju po przeciwnej stronie tarczy), fig. 3 - uzwojenia drukowanego tarczy wirnikowej bezłopatkowego zespołu pompowego, fig. 4 - rozmieszczenie magnesów trwałych w obudowie bezłopatkowego zespołu pompowego, a na fig. 5 - obwód magnetyczny w bezłopatkowym zespole pompowym.

Bezłopatkowy zespół pompowy według wynalazku stanowi konstrukcję, w której pompa adhezyjna jest połączona z silnikiem elektrycznym typu tarczowego. W tarczowym wirniku pompy umieszczone są uzwojenia twornika, a elementy magnetyczne w obudowie lub tarczach stojana w przypadku wirników wielotarczowych tak, aby uzwojenie twornika pracowało w wytworzonym polu magnetycznym. Bezłopatkowy zespół pompowy jest zasilany prądem stałym.

Wirnik zespołu pokazany na fig. 1 składa się przykładowo z jednej tarczy wirnikowej 1 z piastą 2 wału 3, przy czym wał 3 osadzony jest w łożyskach 4 umieszczonych w otworach wewnątrz pokrywy 5 i 6 obudowy 7. Przykładowo na fig. 2 pokazano koła tarczy wirnika 1, z nadrukowanym jednym zezwojem 16 po jednej stronie tarczy i nadrukowanym jednym zezwojem 16 po drugiej stronie tarczy (linią

PL 231 168 B1 przerywaną). Z kolei na fig. 3 pokazano kompletne uzwojenie drukowane twornika 17 po jednej stronie tarczy wirnikowej 1. Silnik zespołu pompowego nie posiada komutatora, szczotki ślizgowe 12 zasilające uzwojenie twornika pracują bezpośrednio na powierzchni uzwojenia nadrukowanego 17 tarczy wirnikowej. Przy czym szczotki ślizgowe 12 są dociskane do uzwojenia nadrukowanego 17 poprzez sprężyny 13 i śruby 14, przy czym szczotki ślizgowe 12 umieszczone są w otworach 15 pokrywy 5 albo 6. W otworach 10 i 11 wykonanych w pokrywach 5 i 6 obudowy 7 umieszczone są magnesy trwałe 8 i pierścienie 9, przy czym przykładowo jak pokazano na fig. 1 magnesy trwałe 8 i pierścienie 9, umieszczone są na obwodzie koła, a sąsiadujące magnesy trwałe 8 są zamocowane naprzemiennie biegunami N i S jak na fig. 4 i fig. 5, a ponadto pierścienie 9 wykonane z materiału ferromagnetycznego, zamykają obwód strumienia magnetycznego. Wlot czynnika roboczego w postaci cieczy następuje poprzez otwory 18 w pokrywie 5 i 6, umieszczone w pobliżu osi zespołu, przy czym czynnik przepływa spiralnie przez szczeliny 19 umiejscowione pomiędzy tarczą wirnikową 1 i pokrywą 5 i 6 lub między tarczami wirnikowymi a tarczami stojanowymi w przypadku wirników wielotarczowych.

Czynnik roboczy przepływając spiralnie przez szczeliny 19, dzięki zjawiskom występujących w warstwie przyściennej przejmuje energię kinetyczną od obracającej się tarczy wirnikowej 1. Z kolei wylot cieczy zrealizowany jest przez dyfuzor 20 umieszczony na powierzchni obudowy 1. W dyfuzorze wylotowym 20 zachodzi zamiana energii kinetycznej cieczy w energię potencjalną ciśnienia.

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe

1. Bezłopatkowy zespół pompowy z uzwojeniem twornika w wirniku, znamienny tym, że wirnik zespołu składa z jednej lub wielu tarcz wirnikowych (1) 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 na tarczy wirnika (1) znajduje się nadrukowane z obu stron tarczy uzwojenia twornika (17) z kolei w otworach (10) i (11) wykonanych w pokrywach (5) i (6) obudowy (7) umieszczone są magnesy trwałe (8) i pierścienie ferromagnetyczne (9), przy czym sąsiadujące magnesy trwałe (8) są zamocowane naprzemiennie biegunami N i S, z kolei w pokrywach (5) i (6) znajdują się otwory (15) ze szczotkami ślizgowymi (12) oraz otwory wlotowe (18), a między tarczą i pokrywami są szczeliny (19), a na obudowie umieszczony jest dyfuzor wylotowy (20).

2. Zespół pompowy według zastrz. 1, znamienny tym, że szczeliny (19) umiejscowione są pomiędzy tarczą wirnikową (1) i pokrywą (5) i (6) obudowy (1) lub między tarczami wirnikowymi (1) a tarczami stojana w przypadku wirników wielotarczowych.

3. Zespół pompowy według zastrz. 1, znamienny tym, że magnesy trwałe (8), umieszczone są w otworach (11) wykonanych na obwodzie koła lub kół w pokrywie (5) i (6) w obudowie (7) lub w tarczach stojana w przypadku wirników wielotarczowych.

4. Zespół pompowy według zastrz. 1, znamienny tym, że elementami ustalającymi szczotek ślizgowych (12) są sprężyny (13) i śruby (14).

5. Zespół pompowy według zastrz. 1, znamienny tym, że otwory (18) w pokrywie (5) i (6) obudowy (7) zlokalizowane są na średnicy wewnętrznej tarczy.