RU2370662C1

RU2370662C1 - Source of energy

Info

Publication number: RU2370662C1
Application number: RU2008106098/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин
Original assignee: Николай Борисович Болотин
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2009-10-20

Abstract

FIELD: power engineering. ^ SUBSTANCE: source of energy comprises electric generator 1, arranged as birotary with internal and external rotors 5 and 4 and hydrodynamic drive 2 with internal and external shafts 13 and 12 of drive. On external rotor 4 of electric generator 1 there are stages of working blades 14 installed, between which here are stages of opposite rotation working blades 16 installed, being connected to internal rotor 5 of electric generator, through magnetic couplings 17, number of which corresponds to number of stages of opposite rotation working blades 16. ^ EFFECT: increased efficiency of plant with reduction of its size and simultaneous increase of power. ^ 4 cl, 5 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 rotation frequency of, for example, 3000 ... 10000 rpm, then you cannot 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,For example, at n = 10,000 rpm and D = 1 m / s,

скорость вращения винта по периферии будетthe speed of rotation of the screw on the periphery will be

т.е. почти в 2 раза превышает скорость звука в воздухе и соизмерима со скоростью распространения звука в воде и недопустима по условиям прочности.those. almost 2 times the speed of sound in air and is comparable 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. FR 1137394 А, 28.05.1957, F03B 13/10, прототип. Этот источник энергии содержит электрогенератор и гидродинамический привод, при этом электрогенератор выполнен биротативным, содержащим внутренний и внешний роторы и гидродинамический привод, содержащий внутренний и внешний валы привода, при этом внешний вал соединен с внешним ротором электрогенератора и на нем установлены ступени рабочих лопаток, а рабочие лопатки противоположного вращения связаны с внутренним ротором.A known source of energy according to US Pat. FR 1137394 A, 05/28/1957, F03B 13/10, prototype. This energy source contains an electric generator and a hydrodynamic drive, while the electric generator is made biotative, containing internal and external rotors and a hydrodynamic drive containing internal and external drive shafts, while the external shaft is connected to the external rotor of the electric generator and the stages of the blades are installed on it, and the working blades of opposite rotation are connected with the inner rotor.

Недостаток: малая мощность и большие габариты источника энергии, обусловленные тем, что применение в схеме более двух ступеней рабочих лопаток и механических муфт приведет к необходимости применения многовальной схемы и редукторов.Disadvantage: low power and large dimensions of the energy source, due to the fact that the use of more than two stages of working blades and mechanical couplings in the circuit will necessitate the use of a multi-shaft circuit and gearboxes.

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.

Заявленный технический результат достигается в источнике энергии, содержащем электрогенератор, выполненный биротативным, с внешним и внутренним роторами и гидродинамический привод, с внутренним и внешним валами привода, причем внешний вал соединен с внешним ротором электрогенератора и на нем установлены рабочие лопатки, а с внутренним ротором связаны рабочие лопатки противоположного вращения, отличающийся тем, что на внешнем роторе электрогенератора установлены ступени рабочих лопаток, между которыми установлены ступени рабочих лопаток противоположного вращения, связанные с внутренним ротором электрогенератора через магнитные муфты, количество которых соответствует числу ступеней рабочих лопаток противоположного вращения. Электрогенератор может быть размещен в корпусе, имеющем шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, закрепленный на стойке 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 может быть герметизирована и заполнена смазочной жидкостью и сообщается с компенсатором давления.The claimed technical result is achieved in an energy source containing a generator made biotative, with external and internal rotors and a hydrodynamic drive, with internal and external drive shafts, the external shaft being connected to the external rotor of the electric generator and working blades mounted on it, and connected to the internal rotor rotor blades of the opposite rotation, characterized in that on the external rotor of the electric generator are installed the stages of the working blades, between which the stages of the working blades CIWA opposite rotation associated with an internal power generator rotor through the magnetic clutch, whose number corresponds to the number of stages of counter-rotating working blades. The generator can be placed in a housing having a hinge located in a vertical plane passing through the center of mass, mounted on a rack 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 can be sealed and filled with lubricating fluid and communicates with a pressure compensator.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1…5, где:The invention is illustrated in figure 1 ... 5, where:

на фиг.1 приведена схема альтернативного источника энергии,figure 1 shows a diagram of an alternative energy source,

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.1figure 3 shows a view of B, figure 1

на фиг.4 приведен вид В на фиг.1,figure 4 shows a view in figure 1,

на фиг.5 приведен вид В на фиг.1.figure 5 shows a view in figure 1.

Альтернативный источник энергии (фиг.1) содержит электрогенератор 1 и присоединенный к нему гидродинамический привод 2, работающий от энергии воды.An alternative energy source (Fig. 1) contains an electric generator 1 and an attached hydrodynamic drive 2 operating from the energy of water.

Электрогенератор 1 содержит статор 3, внешний ротор 4 и внутренний ротор 5, т.е. он выполнен биротативным. Внешний ротор 4 установлен на подшипниках 6. Подшипники 6 уплотнены от окружающей среды.The generator 1 comprises a stator 3, an external rotor 4 and an internal rotor 5, i.e. it is made birotative. The outer rotor 4 is mounted on bearings 6. The bearings 6 are sealed against the environment.

Обмотка возбуждения 7 установлена внутри корпуса 8, а магниты 9 на внешнем и внутреннем роторах 4 и 5. Внутренний ротор 5 установлен на подшипниках 10 и 11. Применение такой схемы позволит уменьшить диаметральные габариты электрогенератора 1.The field winding 7 is installed inside the housing 8, and the magnets 9 on the outer and inner rotors 4 and 5. The inner rotor 5 is mounted on the bearings 10 and 11. The use of such a circuit will reduce the diametrical dimensions of the generator 1.

Гидродинамический привод 2 содержит внешний вал 12 привода 1 и внутренний вал 13 привода, при этом внешний вал 12 привода соединен с внешним ротором 4, а внутренний вал 13 привода - с внутренним ротором 5. На внешнем вале 12 привода жестко закреплены ступени рабочих лопаток 14. В кольцевых проточках «Г», выполненных на внешнем вале 12 привода, установлены с возможностью вращения относительно него кольца 15. На кольцах 15 закреплены ступени рабочих лопаток противоположного вращения 16. Более детально это показано на фиг.3. Передача крутящего момента на ступени рабочих лопаток противоположного вращения 16 осуществляется через магнитные муфты 17, количество которых соответствует числу ступеней рабочих лопаток противоположного вращения 16. При этом роль ведущих дисков магнитной муфты 17 выполняют кольца 15 с установленными на них магнитами 18, а роль ведомых дисков магнитной муфты 17 выполняет внутренний вал 13 привода с установленными на нем магнитами 19. При этом внешний вал 12 привода или, по крайней мере, его части, размещенные между магнитами 18 и 19, должны быть выполнен из магнитопроницаемого материала.The hydrodynamic drive 2 comprises an external shaft 12 of the drive 1 and an internal shaft 13 of the drive, while the external shaft 12 of the drive is connected to the external rotor 4, and the internal shaft 13 of the drive is connected to the internal rotor 5. On the external shaft 12 of the drive, the stages of the working blades 14 are rigidly fixed. In the annular grooves "G" made on the external drive shaft 12, rings 15 are mounted for rotation relative to it. The steps 15 of the blades of the opposite rotation 16 are fixed on the rings 15. This is shown in more detail in Fig. 3. The torque is transmitted to the stages of the blades of the opposite rotation 16 through magnetic couplings 17, the number of which corresponds to the number of stages of the blades of the opposite rotation 16. In this case, the role of the driving disks of the magnetic coupling 17 is performed by the rings 15 with the magnets 18 mounted on them, and the role of the driven disks by the magnetic the clutch 17 performs the internal shaft 13 of the drive with magnets mounted on it 19. In this case, the external shaft 12 of the drive or at least its parts located between the magnets 18 and 19 should be filled from magnetically permeable material.

К статору 3 электрогенератора 1 (фиг.1 и 2) прикреплен кронштейн 20, к основанию 21 которого прикреплен шарнир 22. Шарнир 22 допускает вращение электрогенератора 1 в горизонтальной плоскости и поворот на небольшой угол α - в вертикальной плоскости. Шарнир 22 имеет ограничители вертикального поворота 23. Применение ограничителей вертикального поворота 23 предотвращает самоустановку альтернативного источника энергии вертикально. От обмотки возбуждения 7 проведены провода 24 к разъему 25.A bracket 20 is attached to the stator 3 of the electric generator 1 (FIGS. 1 and 2), to the base 21 of which a hinge 22 is attached. The hinge 22 allows rotation of the electric generator 1 in the horizontal plane and rotation through a small angle α in the vertical plane. The hinge 22 has vertical rotation limiters 23. The use of vertical rotation limiters 23 prevents self-installation of an alternative energy source vertically. From the field winding 7, wires 24 to the connector 25 are drawn.

Полость генератора «Д» заполнена смазочной жидкостью и сообщается каналом с компенсатором давления, который на фиг.1…5 не приведен. Конструктивно он может быть выполнен в виде подпружиненного поршня. Компенсатор давления предназначен для компенсации давления воды на большой глубине и компенсации расхода смазывающей жидкости через уплотнения. Компенсатор давления поддерживает в полости «Д» давление выше, чем давление окружающей среды. От обмотки возбуждения 7 отведены провода 24, которые соединяют ее с разъемом 25.The cavity of the generator "D" is filled with lubricating fluid and communicates with a channel with a pressure compensator, which is not shown in Fig.1 ... 5. Structurally, it can be made in the form of a spring-loaded piston. The pressure compensator is designed to compensate for the pressure of water at great depths and to compensate for the flow of lubricating fluid through seals. The pressure compensator maintains a higher pressure in the cavity "D" than the ambient pressure. From the excitation winding 7 are wires 24, which connect it to the connector 25.

Ступени рабочих лопаток 14 и 16 выполнены аналогично, и рабочие лопатки 16, образующие их, наклонены в противоположные стороны (фиг.4).The stages of the working blades 14 and 16 are made similarly, and the working blades 16 forming them are tilted in opposite directions (Fig. 4).

К внешнему ротору 4 может быть прикреплен шнек 27 (фиг.5). Шнек 27 позволяет электрогенератору 1 повысить КПД гидравлического привода 2 и установки в целом.To the outer rotor 4 can be attached a screw 27 (figure 5). The screw 27 allows the generator 1 to increase the efficiency of the hydraulic drive 2 and the installation as a whole.

При эксплуатации установки ее устанавливают в районе постоянного течения воды. Поток воды приводит в действие гидродинамический привод 2 (фиг.1), т.е. проходит через ступени рабочих лопаток 14 и ступени рабочих лопаток противоположного вращения 16 и раскручивает внешний и внутренний роторы электрогенератора, соответственно 4 и 5. В обмотке возбуждения 7 через валы 12 и 13 приводят во вращательное движение роторы 4 и 5 электрогенератора 1. Магнитное поле пересекает обмотки возбуждения 7 и в них возникает ЭДС. Вырабатываемая электрическая энергия поступает по электрическим проводам 24 к разъему 25 и далее к потребителям электроэнергии (на фиг.1…5 потребители электроэнергии не показаны).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. passes through the stages of the working blades 14 and the stages of the working blades of the opposite rotation 16 and untwists the external and internal rotors of the generator, respectively 4 and 5. In the field winding 7 through the shafts 12 and 13 rotate the rotors 4 and 5 of the generator 1. The magnetic field crosses the windings excitation 7 and EMF occurs in them. The generated electric energy is supplied via electric wires 24 to the connector 25 and further to the consumers of electricity (in Figs. 1 to 5, the consumers of electricity are not shown).

При изменении направления течения воды автоматически корректируется установка оси электрогенератора 1 в нужном направлении, что дополнительно увеличивает КПД установки и ее мощность. Шнек 27 позволяет дополнительно увеличить КПД установки.When changing the direction of the water flow, the installation of the axis of the generator 1 in the desired direction is automatically corrected, which further increases the efficiency of the installation and its power. Screw 27 allows you to further increase the efficiency of the installation.

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

1. Обеспечить высокий КПД установки за счет применения большого числа ступеней рабочих лопаток.1. To ensure high efficiency of the installation due to the use of a large number of stages of the working blades.

2. Получить большую мощность за счет применения биротативной схемы электрогенератора и привода.2. Get more power through the use of a biotic scheme of the electric generator and drive.

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. Обеспечить снижение уровень шума, создаваемого рабочими лопатками.4. To reduce the noise level created by the working blades.

5. Повысить надежность и ресурс установки за счет ее полной изоляции от окружающей среды и уменьшения центробежных сил за счет уменьшения диаметра устройства.5. To increase the reliability and resource of the installation due to its complete isolation from the environment and reduce centrifugal forces by reducing the diameter of the device.

6. Уменьшить вес устройства за счет уменьшения его диаметральных габаритов и применения биротативной схемы.6. Reduce the weight of the device by reducing its diametrical dimensions and the use of a biotic scheme.

Claims

1. An energy source comprising a bi-rotational power generator with internal and external rotors and a hydrodynamic drive with internal and external drive shafts, the external shaft being connected to the external rotor of the electric generator and working blades mounted thereon, and working rotor blades of opposite rotation connected to the internal rotor characterized in that on the external rotor of the electric generator are installed the stages of the working blades, between which are installed the stages of the working blades of the opposite rotation, connected with the inside by the electric generator’s rotor through magnetic couplings, the number of which corresponds to the number of stages of the working blades of the opposite rotation.

2. The energy source according to claim 1, characterized in that the generator is placed in a housing having a hinge located in a vertical plane passing through the center of mass, mounted on a rack and allowing rotation in horizontal and vertical planes.

3. The energy source according to claim 2, characterized in that the hinge is made with a vertical rotation limiter that protects the screws from damage to the rack.

4. An energy source according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the cavity of the generator is sealed, filled with lubricating fluid and communicates with a pressure compensator.