RU2370660C1

RU2370660C1 - Hydrogenerator

Info

Publication number: RU2370660C1
Application number: RU2008107241/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин
Original assignee: Николай Борисович Болотин
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-10-20

Abstract

FIELD: power engineering. ^ SUBSTANCE: hydrogenerator comprises electric generator 1 and hydrodynamic drive 2. Electric generator 1 is arranged as birotary in the form of cylindrical body 3 with excitation winding 6 inside of it and external and internal rotors 4 and 5. Hydrodynamic drive 2 is arranged in the form of two coaxially installed turbines 9 and 10, one of which is installed on external surface of external rotor 4, and the second one - on internal rotor 5. Electric generator 1 is equipped with magnets 7 and 8, installed on external and internal rotors 4 and 5, located accordingly inside and outside body 3. Turbines 9 and 19 are arranged as auger, the second of which is installed on internal surface of internal rotor 5. ^ EFFECT: higher efficiency factor of plant with reduction of its dimensions and simultaneous increase of power. ^ 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям установок для преобразования энергии набегающего потока воды в электрическую энергию.The invention relates to the construction of installations for converting the energy of the incoming flow of water into electrical energy.

Производство энергии, являющееся необходимым средством для существования и развития человечества, оказывает воздействие на природу и окружающую человека среду. С одной стороны, в быт и производственную деятельность человека настолько твердо вошла тепло- и электроэнергия, что человек даже и не мыслит своего существования без нее и потребляет само собой разумеющиеся неисчерпаемые ресурсы. С другой стороны, человек все больше и больше свое внимание заостряет на экономическом аспекте энергетики и требует экологически чистых энергетических производств. Это говорит о необходимости решения комплекса вопросов, среди которых перераспределение средств на покрытие нужд человечества, практическое использование в народном хозяйстве достижений, поиск и разработка новых альтернативных технологий для выработки тепла и электроэнергии и т.д.Energy production, which is a necessary means for the existence and development of mankind, has an impact on nature and the human environment. On the one hand, heat and electricity so firmly entered into the life and production of a person that a person does not even think of his existence without it and consumes inexhaustible resources for granted. On the other hand, people are increasingly focusing their attention on the economic aspect of energy and require environmentally friendly energy production. This suggests the need to address a range of issues, including the redistribution of funds to meet the needs of mankind, the practical use of achievements in the national economy, the search and development of new alternative technologies for generating heat and electricity, etc.

Известна гидроэнергетическая установка по заявке РФ на изобретение №93029865, содержащая два винта, вращающиеся в разные стороны, соединенные валами соответственно с ротором и статором генератора. При этом статор генератора вращается.Known hydropower installation according to the application of the Russian Federation for invention No. 93029865, containing two screws rotating in different directions, connected by shafts respectively to the rotor and stator of the generator. In this case, the generator stator rotates.

Это является большим недостатком, т.к. статор необходимо разместить в неподвижном корпусе, предназначенном для крепления к опоре и вывода электрических проводов. Кроме того, ротор, статор и винты вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Если спроектировать высокоскоростной генератор, имеющий частоту вращения, например, 3000…10000 об/мин, то спроектировать винт диаметром более 1 м не удастся по соображениям прочности из-за больших центробежных нагрузок.This is a big disadvantage because the stator must be placed in a fixed housing designed for mounting to a support and the output of electrical wires. In addition, the rotor, stator and screws rotate at the same angular speeds. If you design a high-speed generator having a speed of, for example, 3000 ... 10000 rpm, then you will not be able to design a screw with a diameter of more than 1 m due to strength considerations due to high centrifugal loads.

Например, при n=10000 об/мин и D=1 м/с скорость вращения винта по периферии будетFor example, at n = 10,000 rpm and D = 1 m / s, the rotational speed of the screw on the periphery will be

т.е почти в 2 раза превышает скорость звука в воздухе, соизмерима со скоростью распространения звука в воде и недопустима по условиям прочности.that is, almost 2 times the speed of sound in air, is commensurate with the speed of sound in water and is unacceptable under the conditions of strength.

Для промышленных гидрогенераторов для получения максимальной мощности необходимо иметь винты диаметром 5…10 м и более. В этом случае скорость вращения винтов не должна превышать 50 об/мин, т.е. необходима установка мультипликатора, повышающего частоту вращения роторов в 10…20 раз. Кроме того, предпочтительно статор генератора выполнить невращающимся.For industrial hydrogenerators, to obtain maximum power, it is necessary to have screws with a diameter of 5 ... 10 m or more. In this case, the speed of rotation of the screws should not exceed 50 rpm, i.e. it is necessary to install a multiplier that increases the rotor speed by 10 ... 20 times. In addition, it is preferable to make the stator of the generator non-rotating.

Известен источник энергии по пат. US 6476513 B1, 05.11.2002, F03D 9/00, прототип, содержащий электрогенератор и гидродинамический привод, при этом электрогенератор выполнен биротативным и включает корпус и два ротора, а гидродинамический привод выполнен в виде двух соосно расположенных винтов, установленных на валах и расположенных на обоих торцах электрогенератора.A known source of energy according to US Pat. US 6476513 B1, 11/05/2002, F03D 9/00, a prototype containing an electric generator and a hydrodynamic drive, while the electric generator is made biotative and includes a housing and two rotors, and the hydrodynamic drive is made in the form of two coaxially located screws mounted on shafts and located on both ends of the generator.

Известен гидрогенератор по пат. FR 1137394 A, 28.05.1957, F03В 13/10, прототип. Этот гидрогенератор содержит электрогенератор и гидродинамический привод, при этом электрогенератор выполнен биротативным в виде цилиндрического корпуса с обмоткой возбуждения внутри него и внешнего и внутреннего роторов, а гидродинамический привод выполнен в виде двух соосно расположенных турбин, одна из которых установлена на внешней поверхности внешнего ротора, а другая на внутреннем роторе.Known hydrogenerator according to US Pat. FR 1137394 A, 05/28/1957, F03B 13/10, prototype. This hydrogenerator contains an electric generator and a hydrodynamic drive, while 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, and the hydrodynamic drive is made in the form of two coaxially arranged turbines, one of which is installed on the outer surface of the external rotor, and another on the inner rotor.

Недостатки те же.The disadvantages are the same.

Задача создания изобретения - увеличение КПД установки при уменьшении ее габаритов и одновременном увеличении мощности.The objective of the invention is to increase the efficiency of the installation while reducing its size and at the same time increasing the power.

Технический результат достигается за счет того, что в гидрогенераторе, содержащем электрогенератор и гидродинамический привод, при этом электрогенератор выполнен биротативным, в виде цилиндрического корпуса с обмоткой возбуждения внутри него и внешнего и внутреннего роторов, а гидродинамический привод выполнен в виде двух соосно расположенных турбин, одна из которых установлена на внешней поверхности внешнего ротора, а вторая на внутреннем роторе, согласно изобретению электрогенератор снабжен магнитами, установленными на внешнем и внутреннем роторах, расположенных соответственно снаружи и внутри корпуса, причем турбины выполнены шнековыми, вторая из которых установлена на внутренней поверхности внутреннего ротора. Электрогенератор может быть размещен в кожухе. К корпусу может быть прикреплен шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, и обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Шарнир может быть выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим винты от повреждения о стойку. Полость электрогенератора герметизирована, заполнена смазочной жидкостью и сообщается с компенсатором давления.The technical result is achieved due to the fact that in the hydrogenerator containing the electric generator and the 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, and 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, according to the invention, the generator is equipped with magnets mounted on the outer and Cored oil rotors disposed respectively inside and outside the housing, the screw turbine executed, the second of which is mounted on the inner surface of the inner rotor. The generator can be placed in the casing. A hinge can be attached to the housing, located in a vertical plane passing through the center of mass, and allowing rotation in horizontal and vertical planes. The hinge can be made with a vertical rotation limiter that protects the screws from damage to the rack. The cavity of the generator is sealed, filled with lubricating fluid and communicates with the pressure compensator.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:The invention is illustrated in the drawings, where:

на фиг.1 приведена схема гидрогенератора,figure 1 shows a diagram of a hydrogenerator,

на фиг.2 приведен вид А на фиг.1,figure 2 shows a view of figure 1,

на фиг.3 приведен вид Б на фиг.1.figure 3 shows a view of B in figure 1.

Гидрогенератор (фиг.1) содержит электрогенератор 1, выполненный заодно с ним гидродинамический привод 2, работающий от энергии воды, и состоит в свою очередь из цилиндрического корпуса 3, внешнего ротора 4 и внутреннего ротора 5, установленных соответственно снаружи и внутри цилиндрического корпуса 3 концентрично ему. Электрогенератор 1 содержит обмотку возбуждения 6, выполненную внутри цилиндрического корпуса 3, и внешние магниты 7 и внутренние магниты 8, установленные соответственно на внешнем и внутреннем роторах 4 и 5.The hydrogenerator (Fig. 1) contains an electric generator 1, made at the same time as a hydrodynamic drive 2, powered by water energy, and in turn consists of a cylindrical body 3, an external rotor 4 and an internal rotor 5, respectively mounted outside and inside the cylindrical body 3 concentrically him. The generator 1 contains an excitation winding 6, made inside the cylindrical body 3, and external magnets 7 and internal magnets 8 mounted respectively on the outer and inner rotors 4 and 5.

Гидродинамический привод 2 (фиг.1) состоит из двух шнековых турбин - внешней 9 и внутренней 10. Шнековая турбина - гидротурбина, рабочие лопатки которой выполнены в виде шнека. Внешняя шнековая турбина 9 установлена на внешнем роторе 4, а внутренняя шнековая турбина 10 - на внутреннем роторе 5.The hydrodynamic drive 2 (Fig. 1) consists of two screw turbines - external 9 and internal 10. Screw turbine - a hydraulic turbine, the working blades of which are made in the form of a screw. The external screw turbine 9 is installed on the external rotor 4, and the internal screw turbine 10 is installed on the internal rotor 5.

Роторы 4 и 5 установлены на корпусе 3 на подшипниках 11 и уплотнены уплотнениями 12. Полость «В» генератора 1 заполнена смазывающей жидкостью.The rotors 4 and 5 are mounted on the housing 3 on bearings 11 and sealed with seals 12. The cavity “B” of the generator 1 is filled with a lubricating fluid.

Применение такой схемы позволит уменьшить диаметральные габариты электрогенератора 1 и винтов 3 и 4, увеличить их КПД, уменьшить диаметр установки почти в 1,5 раза и уменьшить уровень шума, создаваемого шнековыми турбинами 9 и 10.The use of such a scheme will reduce the diametrical dimensions of the generator 1 and screws 3 and 4, increase their efficiency, reduce the installation diameter by almost 1.5 times and reduce the noise level created by screw turbines 9 and 10.

К корпусу 3 электрогенератора 1 (фиг.1 и 2) в его средней части радиально присоединены опоры 13, к ним прикреплено основание 14, имеющее шарнир 15 в районе центра тяжести ЦТ. Шарнир 15 допускает вращение электрогенератора 1 в горизонтальной плоскости и поворот на небольшой угол α в вертикальной плоскости. Шарнир 15 имеет ограничители вертикального поворота 16. Применение ограничителей вертикального поворота 16 предотвращает самоустановку альтернативного источника энергии вертикально.To the housing 3 of the electric generator 1 (Figs. 1 and 2), in its middle part, bearings 13 are radially connected, a base 14 is attached to them, having a hinge 15 in the region of the center of gravity of the central heating unit. The hinge 15 allows rotation of the generator 1 in the horizontal plane and rotation by a small angle α in the vertical plane. The hinge 15 has vertical rotation limiters 16. The use of vertical rotation limiters 16 prevents self-installation of an alternative energy source vertically.

Внешняя шнековая турбина 10 может быть заключена в кожух 17 (фиг.3).The external screw turbine 10 may be enclosed in a casing 17 (figure 3).

При эксплуатации установки ее устанавливают в районе постоянного течения воды. Поток воды приводит в действие гидродинамический привод 2 (фиг.1), т.е. шнековые турбины 9 и 10, которые приводят во вращательное движение роторы 4 и 5. При этом предпочтительно, чтобы роторы 4 и 5 вращались в противоположные стороны, это увеличит скорость изменения магнитного потока, проходящего через обмотки (обмотку) возбуждения 6 электрогенератора 1. Магнитное поле пересекает обмотки возбуждения 6 и в них возникает ЭДС. Вырабатываемая электрическая энергия поступает по электрическим проводам к потребителям энергии (на фиг.1…3 схема вывода проводов не показана).During operation of the installation, it is installed in the area of constant flow of water. The flow of water drives the hydrodynamic actuator 2 (Fig. 1), i.e. screw turbines 9 and 10, which rotate the rotors 4 and 5, while it is preferable that the rotors 4 and 5 rotate in opposite directions, this will increase the rate of change of the magnetic flux passing through the windings (winding) of the excitation 6 of the generator 1. Magnetic field crosses the field winding 6 and EMF appears in them. The generated electrical energy is supplied via electric wires to energy consumers (in Figs. 1 ... 3, the wire output circuit is not shown).

Кожух 17 предотвращает радиальный переток воды под действием центробежных сил и увеличивает КПД установки.The casing 17 prevents radial flow of water under the action of centrifugal forces and increases the efficiency of the installation.

Применение изобретения позволит:The application of the invention will allow:

1. Обеспечить высокий КПД установки за счет применения двух шнековых турбин, их вращения в противоположные стороны и применения кожуха.1. To ensure high efficiency of the installation due to the use of two screw turbines, their rotation in opposite directions and the use of a casing.

2. Получить большую мощность за счет применения винтов максимально возможного диаметра для того, чтобы через него проходил максимальный расход воды, применения максимальной угловой скорости вращения шнековых турбин из условия прочности, применения шнековых турбин, имеющих большую активную поверхность и позволяющих получить большую мощность электрогенератора без увеличения его диаметральных габаритов и веса.2. To obtain greater power through the use of screws of the largest possible diameter so that the maximum water flow passes through it, the use of the maximum angular rotation speed of screw turbines from the strength conditions, the use of screw turbines having a large active surface and allowing to obtain a large power of the generator without increasing its diametrical dimensions and weight.

3. Уменьшить диаметральные габариты электрогенератора за счет применения биротативной схемы.3. To reduce the diametrical dimensions of the electric generator through the use of a birotative scheme.

4. Упростить конструкцию устройства в целом за счет совмещения основных узлов - генератора и гидродинамического привода, и уменьшения числа деталей.4. To simplify the design of the device as a whole by combining the main components - the generator and the hydrodynamic drive, and reducing the number of parts.

5. Обеспечить снижение уровня шума, создаваемого винтами за счет применения кожуха.5. To reduce the noise generated by the screws through the use of a casing.

6. Обеспечить установку устройства на дне океана на любой глубине.6. Ensure the installation of the device on the ocean floor at any depth.

Claims

1. A hydrogenerator comprising an electric generator and a hydrodynamic drive, wherein the electric generator is made birotative in the form of a cylindrical body with an excitation coil inside it and the external and internal rotors, and the hydrodynamic drive is made in the form of two coaxially arranged turbines, one of which is mounted on the outer surface of the external rotor and the second - on the inner rotor, characterized in that the generator is equipped with magnets mounted on the outer and inner rotors located respectively Ruzhi and within the housing, wherein the turbine auger performed, the second of which is mounted on the inner surface of the inner rotor.

2. The generator according to claim 1, characterized in that the generator is located in the casing.

3. The hydrogenerator according to claim 1 or 2, characterized in that a hinge is attached to the housing, located in a vertical plane passing through the center of mass, allowing rotation in horizontal and vertical planes.

4. The hydrogenerator according to claim 3, characterized in that the hinge is made with a vertical rotation limiter that protects the screws from damage to the rack.

5. The hydrogenerator according to claim 1 or 2, characterized in that the cavity of the electric generator is sealed and filled with lubricating fluid and communicates with a pressure compensator.