RU153940U1

RU153940U1 - HYDRO-GENERATOR ON PERMANENT MAGNETS

Info

Publication number: RU153940U1
Application number: RU2014143358/06U
Authority: RU
Inventors: Сергей Григорьевич Игнатьев
Original assignee: Сергей Григорьевич Игнатьев; Спиридонов Николай Иванович
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2015-08-10

Abstract

1. Гидрогенератор на постоянных магнитах, 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 устан�1. A permanent magnet hydrogenerator comprising stators with field windings and permanent magnets, characterized in that the stators are made in the form of pipes made of composite material with field windings sealed inside, forming an annular system together with connecting pipes with the condition of the possibility of longitudinal movement along the guides annular system of sliders made of composite material in the form of split rings with permanent magnets located inside hermetically around the contour, while blades are pivotally mounted on the outer surface of the sliders. 2. The hydrogenerator according to claim 1, characterized in that the stator winding is located at a minimum close distance from the magnets in the sliders. The hydrogenerator according to claim 1, characterized in that the sliders are equipped with rollers located on both sides of the split groove, made with the condition of radial fixation and rolling of the sliders along the guides. The hydrogenerator according to claim 1, characterized in that the number of sliders is set according to the size of the hydrogenerator and its power. The hydrogenerator according to claim 1, characterized in that the blades pivotally mounted on the sliders are made with emphasis with the possibility of taking the maximum specified angular position relative to the water flow when the sliders move with the flow and folding them when the sliders move against the flow. The hydrogenerator according to claim 1, characterized in that on the sliders are magnetic pushers directed by unipolar poles to each other. The hydrogenerator according to claim 1, characterized in that the racks are fastened to rails made with the possibility of

Description

Полезная модель относится к области гидроэнергетики, в частности к устройствам, предназначенным для преобразования энергии потока текучей среды в электрическую энергию в условиях малых и средних рек.The utility model relates to the field of hydropower, in particular to devices designed to convert the energy of a fluid flow into electrical energy in small and medium-sized rivers.

Обзор уровня техники показал, что близкого аналогов у заявляемой полезной модели нет.A review of the prior art showed that the claimed utility model has no close analogues.

Известен, например, Гидрогенератор (патент RU 2370660), который принят за 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 и, расположенных соответственно снаружи и внутри корпуса. Турбины и выполнены шнековыми, вторая из которых установлена на внутренней поверхности внутреннего ротора.Known, for example, Hydrogen generator (patent RU 2370660), which is taken as an analogue. Known hydrogenerator contains an electric generator and a hydrodynamic drive. The electric generator is made birotative in the form of a cylindrical body with an excitation winding inside it and the external and internal rotors. The hydrodynamic drive is made in the form of two coaxially arranged turbines, one of which is installed on the outer surface of the outer rotor, and the second on the inner rotor. The generator is equipped with magnets mounted on the outer and inner rotors and located respectively outside and inside the housing. The turbines are also made screw, the second of which is installed on the inner surface of the inner rotor.

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.The well-known hydrogenerator requires the manufacture and assembly of complex assemblies made of metal: a housing, external and internal rotors with bearing supports, ensuring their lubrication and tightness, isolation of the field windings, magnets, which leads to the complexity of manufacturing technology and the cost of the unit. There are also requirements for wear resistance, anticorrosive properties of the material of the main components. All this in general reduces the efficiency of the hydrogenerator.

Задачей полезной модели 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.The objective of the utility model is to create a permanent magnet hydrogenerator for subsea-type hydropower plants with an original, relatively simple, cheap, environmentally friendly, durable and efficient design, with relatively simple manufacturing and assembly technology, which generally increases the efficiency of the hydrogenerator.

Технический результат заключается в повышении долговечности, износостойкости, коррозионостойкости конструкции, повышения технологичности конструкции, уменьшения массы и габаритов, увеличение количества магнитов и повышение кпд и мощности при небольших скоростях течения воды.The technical result consists in increasing the durability, wear resistance, corrosion resistance of the structure, increasing the manufacturability of the structure, reducing the weight and dimensions, increasing the number of magnets and increasing the efficiency and power at low speeds of the water flow.

Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков:The technical result is provided by the following set of features:

Гидрогенератор на постоянных магнитах, 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 и 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.A permanent magnet hydrogenerator comprising stators with field windings and permanent magnets, characterized in that the stators are made in the form of pipes made of composite material with field windings sealed inside and forming an annular system together with connecting tubes, provided that longitudinal movement along the ring guides is possible systems of sliders made of composite material in the form of split rings, with permanent magnets located inside hermetically around the contour, while and the outer surface of the slides, is pivotally mounted blades.

Кроме того:Besides:

- у гидрогенератора статорная обмотка расположена на минимальном расстоянии от магнитов в ползунах;- in the hydro generator, the stator winding is located at a minimum distance from the magnets in the sliders;

- в ползунах установлены ролики, расположенные с обеих сторон разрезного паза, выполненные с условием радиальной фиксации и качения ползунов по направляющим;- rollers are installed in the sliders, located on both sides of the split groove, made with the condition of radial fixation and rolling of the sliders along the guides;

- количество ползунов, установлено соответственно размерам гидростанции и ее мощности;- the number of sliders, set according to the size of the hydroelectric station and its capacity;

- 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.- the blades pivotally mounted on the sliders are made with emphasis, with the possibility of taking the maximum specified angular position relative to the water flow when the sliders move with the flow and folding them when the sliders move against the stream.

- между ползунами, расположены толкатели, направленные однополярными полюсами друг к другу;- between the sliders, pushers are located, directed by unipolar poles to each other;

- к направляющим осуществлено крепление стоек, выполненных с возможностью установки на дно водоема;- to the rails mounted racks made with the possibility of installation on the bottom of the reservoir;

- ползуны выполнены с внутренними полостями, с условием облегчения веса.- the sliders are made with internal cavities, with the condition of lightening the weight.

- дополнительно установлен гидрогенератор в положении - один над другим.- additionally installed hydrogenerator in position - one above the other.

Задача, на решение которой направлено заявляемая полезная модель и технический результат взаимосвязаны следующим образом.The problem to be solved by the claimed utility model and the technical result are interconnected as follows.

Повышение долговечности, износостойкости, коррозионостойкости конструкции, за счет применения композитных материалов основных узлов конструкции, повышение технологичности конструкции, уменьшение массы и габаритов, увеличение количества магнитов и повышение кпд и мощности при небольших скоростях течения воды, обеспечивает 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.Increasing the durability, wear resistance, corrosion resistance of the structure due to the use of composite materials of the main components of the structure, increasing the manufacturability of the structure, reducing the weight and dimensions, increasing the number of magnets and increasing the efficiency and power at low speeds of the water flow, provides the creation of a permanent magnet hydro generator for subsea-type hydropower plants with an original, relatively simple, cheap, environmentally friendly, durable and efficient design and relatively simple technology iey manufacturing and assembly, in general, increases the efficiency of hydraulic generator.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

На фиг.1 изображен гидрогенератор на постоянных магнитах.Figure 1 shows a permanent magnet hydrogenerator.

На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.Figure 2 is a section aa in figure 1.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Полезная модель может быть осуществлена следующим образом.A utility model can be implemented as follows.

У гидрогенератора на постоянных магнитах, содержащего статоры с обмотками возбуждения и постоянные магниты, статоры выполнены в виде труб из композитного материала с обмотками возбуждения, расположенными внутри герметично и 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.For a permanent magnet hydrogenerator containing stators with field windings and permanent magnets, the stators are made in the form of pipes made of composite material with field windings sealed inside and together with connecting pipes forming a ring system, with the condition of the possibility of longitudinal movement along the guides of the ring system of sliders, made of composite material in the form of split rings, with permanent magnets located inside hermetically along the contour, while on the outside crawlers, articulated blades.

Кроме того:Besides:

- лопатки, шарнирно закрепленные на ползунах, выполнены с упором, с возможностью принятия максимального заданного углового положения относительно потока воды при движении позунов по течению и складывания их при движении ползунов против течения.- the blades pivotally mounted on the sliders are made with emphasis, with the possibility of taking the maximum specified angular position relative to the water flow when the slider moves with the stream and fold them when the sliders move against the stream.

- ползуны выполнены с внутренними полостями, с условием облегчения веса;- the sliders are made with internal cavities, with the condition of lightening the weight;

Таким образом, назначение полезной модели в качестве гидрогенератора на постоянных магнитах для гидростанций подводного типа реализуется.Thus, the purpose of the utility model as a permanent magnet hydro generator for subsea-type hydropower plants is realized.

Описание конструкции устройства.Description of the design of the device.

Гидрогенератор на постоянных магнитах состоит из двух статоров 1 из композитного материала, выполненные в виде труб с обмотками возбуждения 2, герметично запаянные максимально близко к внешней поверхности статоров 1, к статорам 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 разрезного колец, внутри которых, максимально близко к внутренней поверхности расположены, герметично закрытые постоянные магниты 3, в количестве соразмерно диаметрам ползунов. 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. 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. Между ползунами 5 расположены толкатели 9 с магнитами 3, взаимодействующие друг с другом одноименными полюсами и создающие дополнительное кинетическое воздействие. С одной стороны ползуна 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.The permanent magnet hydrogenerator consists of two stators 1 made of composite material, made in the form of tubes with field windings 2, hermetically sealed as close as possible to the outer surface of the stators 1, connecting pipes 4 of the same diameter as the stators 1 made in in the form of half rings. Stators 1 with connecting pipes 4 form an annular system. Guides 6, with a rectangular profile, made of composite material, are attached to the ring system. On the ring system are movable sliders 5 of composite material. The sliders 5 are made in the form of split rings, inside of which, hermetically closed permanent magnets 3 are located, as close as possible to the inner surface, in an amount commensurate with the diameters of the sliders. The sliders 5 are dressed on the ring system and move along the guides 6. In the sliders 5, rollers 10 are installed, located on both sides of the split groove, made with the condition of radial fixation and rolling of the sliders 5 along the guides. On the outside of the sliders 5 there are several blades 7 with a radial bend, pivotally fixed with a stop, which limits the position of the blades 7 in one direction. The blades 7 are also made of composite material. The number of sliders 5 is set according to the size of the hydrogenerator and its required power and the distance between the sliders 5 in a ratio of 1: 3 to the width of the slide. Between the sliders 5 there are pushers 9 with magnets 3, interacting with each other by the same poles and creating an additional kinetic effect. On the one hand, the slider pusher 9 has the shape of a rod, on the other - a flat shape of a larger diameter. To improve streamlining on one end side, the slider 5 is made with a bevel. The guides 6 form a rigid frame and are made with cross members to which the posts are mounted 8. The posts 8 are made with the possibility of installing a hydrogenerator at the bottom of the reservoir.

Гидрогенератор работает следующим образом.The hydrogenerator operates as follows.

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 лопаток 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.The hydrogenerator is installed on the bottom and secured with racks 8. The sliders 5 on the ring system and the guides 6 on the section of the first stator 1, due to the flow of the river and the blades 7 self-adjusting to the fixed position, move along the first stator 1 and enter the second stator through connecting pipes 3 1, where the oncoming flow presses the blades 7 and the sliders 5 continue to move against the flow, due to the kinetic momentum of the sliders 5 moving along the stream and an additional impulse defined by magnetic pushers 9. When the sliders 5 move around the ring system, the field lines of the permanent magnets 3 intersect the turns of the field windings 2 located on the stator 1. An emf of electromagnetic induction arises in them, the magnitude of which depends on the speed of the sliders 5 and their number.

Композитный материал, применяемый в заявляемой полезной модели из которого выполнены основные узлы и, обладают высокими прочностными, антикоррозионными, диэлектрическими свойствами, низким коэффициентом трения, технологичны, что касается механической обработки или литья, обладают в 3-5 раз меньшим весом в сравнении с металлом, долговечны. Композитный материал и данная конструкция экологически безопасны, 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, как с сильным, так и со средним и слабым течением. Выполнение ползунов с внутренними полостями также облегчает вес конструкции и уравновешивает ползуны под водой, что дополнительно облегчает движение ползунов по кольцевой системе, и облегчает монтаж и демонтаж конструкции. Возможность дополнительной установки на одних стойках второго гидрогенератора позволяет увеличить мощность гидростанции.Composite material used in the claimed utility model of which the main components are made and have high strength, anti-corrosion, dielectric properties, low friction coefficient, are technological, with regard to machining or casting, have 3-5 times less weight in comparison with metal, durable. The composite material and this design are environmentally friendly, does not pollute water, does not damage the fauna. This hydrogenerator can be operated year-round. The underwater location and small dimensions do not impede shipping. The proposed design of the hydrogenerator with two stators and a large number of sliders, respectively, allows to increase the number of permanent magnets and, along with the presence of blades and magnetic pushers on the sliders, provides an increase in the efficiency and power of the hydrogenerator, which allows its use in rivers, both strong and medium and weak over current. The execution of the sliders with internal cavities also lightens the weight of the structure and balances the sliders under water, which further facilitates the movement of the sliders on the ring system, and facilitates the installation and dismantling of the structure. The possibility of additional installation on the same racks of the second hydrogenerator allows you to increase the power of the hydroelectric station.

Таким образом, у предлагаемого гидрогенератора, в отличие от прототипа, повышается эффективность.Thus, the proposed hydrogenerator, in contrast to the prototype, increases efficiency.

Claims

1. A permanent magnet hydrogenerator comprising stators with field windings and permanent magnets, characterized in that the stators are made in the form of pipes made of composite material with field windings sealed inside, forming an annular system together with connecting pipes with the condition of the possibility of longitudinal movement along the guides annular system of sliders made of composite material in the form of split rings with permanent magnets located inside hermetically around the contour, while and the blades are pivotally mounted on the outer surface of the sliders.

2. The hydrogenerator according to claim 1, characterized in that the stator winding is located at a minimum close distance from the magnets in the sliders.

3. The hydrogenerator according to claim 1, characterized in that the sliders are equipped with rollers located on both sides of the split groove, made with the condition of radial fixation and rolling of the sliders along the guides.

4. The hydrogenerator according to claim 1, characterized in that the number of sliders is set according to the size of the hydrogenerator and its power.

5. The hydrogenerator according to claim 1, characterized in that the blades pivotally mounted on the sliders are made with emphasis with the possibility of taking the maximum specified angular position relative to the water flow when the sliders move with the flow and folding them when the sliders move against the stream.

6. The hydrogenerator according to claim 1, characterized in that on the sliders are magnetic pushers directed by unipolar poles to each other.

7. The hydrogenerator according to claim 1, characterized in that the racks are fastened to rails made with the possibility of installation on the bottom of the reservoir.

8. The hydrogenerator according to claim 1, characterized in that the sliders are made with internal cavities with the condition of light weight.

9. The hydrogenerator according to claim 1, characterized in that the hydrogenerator is additionally installed in position - one above the other.