ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА


RU (11) 2052230 (13) C1

(51) 6 H02K51/00, F02B41/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4936268/07 
(22) Дата подачи заявки: 1991.05.15 
(45) Опубликовано: 1996.01.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Заявка ФРГ N 3705310А, кл. F 02B 41/10, 1988. 
(71) Заявитель(и): Обухов Виталий Арсеньевич; Глазков Владимир Петрович; Потанин Вячеслав Алексеевич; Клопыжников Олег Михайлович 
(72) Автор(ы): Обухов Виталий Арсеньевич; Глазков Владимир Петрович; Потанин Вячеслав Алексеевич; Клопыжников Олег Михайлович 
(73) Патентообладатель(и): Обухов Виталий Арсеньевич; Глазков Владимир Петрович; Потанин Вячеслав Алексеевич; Клопыжников Олег Михайлович 

(54) ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА 

Использование: электротехника, электроэнергетические сети. Сущность изобретения: энергетическая установка содержит двигатель внутреннего сгорания, турбонагнетатель, батарею конденсаторов, выпрямитель, управляемый ключ, преобразователь постоянно-переменного тока, коммутирующий аппарат и электромашинный агрегат. Агрегат включает в себя две униполярные машины и синхронный генератор. Одна униполярная машина размещена на валу 13 турбонагнетателя. Она имеет статор 17 с униполярными обмотками возбуждения 18, якорь 14 с зубцами и пазами и жидкометаллические контакты. Статор и ротор выполнены в виде цилиндров. Цилиндры статора и ротора образуют первую герметичную кольцевую камеры 19. В камере 19 размещены полый ферромагнитный цилиндр 20 с немагнитными высокопроводящими стержнями, короткозамыкающими кольцами 22 и жидкометаллические контакты 23. Другая униполярная машина размещена концентрично первой. Конструкция ее аналогична первой униполярной машине. Ротор синхронного генератора 31 жестко соединен с якорем второй униполярной машины. Ротор синхронного генератора выполнен в виде цилиндра 31. Цилиндр разделен вдоль образующей диэлектриком на число частей, равное числу полюсов. Ротор синхронного генератора имеет пазы со стержнями. Стержни замкнуты с одного торца короткозамыкающим кольцом, с другого - стержни одних одноименных полюсов соединены со стержнями одной полярности цилиндра второй униполярной машины, стержни других одноименных полюсов соединены со стержнями другой полярности жидкометаллическими контактами. Статор синхронного генератора имеет две части - внешнюю 43 с выводами 45 и внутреннюю 46 с выводами 48. 2 з. п. ф-лы, 6 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электроэнергетическим установкам с приводом от двигателя внутреннего сгорания, работающим на судах, тепловозах и стационарных электроэнергетических сетях.

Известна электрическая установка, содержащая дизель с генератором, первую турбину с нагнетателем, вторую турбину с дополнительным генератором, включенным в сеть генератора.

Это техническое решение принято за прототип.

Недостатки прототипа:

1. Подача воздуха в дизель осуществляется нагнетателем, который вращает первая турбина, работающая на энергии выхлопных газов дизеля. В существующей схеме при работе дизеля на малых нагрузках количество подаваемого воздуха в дизель недостаточно для полного сгорания топлива, тогда как при работе дизеля на номинальной нагрузке количество подаваемого воздуха превышает оптимальное значение, определяемое полным сгоранием топлива. Поэтому регулирование требуемого расхода воздуха, подаваемого в дизель, осуществляется диффузором нагнетателя и сопловым кольцом турбины. Однако при этом ухудшаются характеристики нагнетателя и снижается эффективность использования энергии выхлопных газов, понижается КПД установки.

2. Реализация избыточной энергии выхлопных газов осуществляется второй турбиной с дополнительным генератором.

Цель изобретения уменьшение расхода топлива путем регулирования подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания.

Указанная цель достигается тем, что дополнительный генератор сочленен в единый агрегат с двумя концентрически расположенными униполярными машинами, одна из которых размещена на валу турбонагнетателя и состоит из двух ферромагнитных цилиндров внутреннего якоря с зубцами и пазами и внешнего являющегося статором и несущего униполярные обмотки возбуждения, между этими цилиндрами образуется первая герметичная кольцевая камера, в которой расположен полый ферромагнитный цилиндр с пазами, в которых размещены немагнитные высокопроводящие стержни, соединенные короткозамыкающими кольцами, и жидкометаллические контакты, другая униполярная машина состоит из статора с кольцевой униполярной обмоткой возбуждения, якоря, выполненного в виде полого ферромагнитного цилиндра с немагнитными высокопроводящими стержнями, замкнутыми короткозамыкающими кольцами, и жидкометаллических контактов, причем якорь второй униполярной машины соединен жестко с ротором синхронного генератора, который выполнен в виде полого ферромагнитного цилиндра, разделенного вдоль образующей на изолированные части с числом, равным числу полюсов, с пазами, в которых размещены высокопроводящие немагнитные стержни, электрически соединенные с одной стороны полюсов высокопроводящим немагнитным короткозамыкающим кольцом, а с другой стороны стержни одноименных полюсов соединены с высокопроизводящими стержнями одной полярности ферромагнитного цилиндра второй униполярной машины, стержни других одноименных полюсов посредством жидкометаллических контактов со стержнями другой полярности, жидкометаллические контакты обеих машин соединены между собой, а статор синхронного генератора состоит из двух частей внутренней и внешней с выводами, причем между внутренними поверхностями статоров второй униполярной машины и внешнего статора синхронного генератора и внешними поверхностями внешнего цилиндра первой униполярной машины и внутреннего статора синхронного генератора образована вторая герметичная камера;

кроме того, электроэнергетическая установка снабжена батареей конденсаторов, подключенной к сети переменного тока одним зажимом через выпрямитель и управляемый ключ, а другим через преобразователь постоянно-переменного тока и коммутирующий аппарат;

кроме того, преобразователь постоянно-переменного тока состоит из двух концентрически расположенных машин, одна из которых является синхронной, имеющей внутренний якорь с обмоткой и выводами, а другая вентильной, имеющая якорь с обмоткой и выводами, причем обе машины имеют общий индуктор, расположенный на подшипниковых опорах и выполненный в виде проводящего полого цилиндра, разделенного вдоль образующей на изолированные части с числом, равным числу полюсов синхронной машины и вентильной машины, на торце которого жестко расположено ферромагнитное кольцо с кольцевой камерой, в которой находятся жидкометаллические контакты и ферромагнитное кольцо с пазами, в которых размещены немагнитные проводящие стержни, замкнутые по торцам короткозамыкающими кольцами, а на торце статора расположено ферромагнитное кольцо с кольцевой обмоткой возбуждения.

Отличительные признаки изобретения:

регулируемый электромашинный агрегат, установленный на свободном конце вала турбонагревателя;

электромашинный агрегат регулируемой частоты вращения и частоты тока с герметичными жидкометаллическими контактами двух униполярных машин, с индуктором синхронной машины, возбуждаемый рабочим током якоря униполярной машины;

батарея конденсаторов с регулируемым преобразователем постоянно-переменного тока (рода тока);

регулируемый преобразователь рода тока, с коаксиальными якорями синхронной и вентильной машины, с совмещенным индуктором, возбуждаемым униполярным возбудителем с герметичными жидкометаллическими контактами.

Предложение соответствует критерию "существенные отличия" так как из известного перечня информации, установленного нормативным документом (п. 127, эз-1-74), технические решения с признаками, подобными заявленным, не обнаружены.

На фиг. 1 изображена схема электроэнергетической установки; на фиг. 2 конструктивная схема электромашинного агрегата (ЭМА); на фиг. 3-5 сечения А-А, Б-Б и В-В на фиг. 2 соответственно.

Установка содержит двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 1 с турбонагревателем (ТН) 2, на свободном конце вала которого установлен ЭМА 3. К выходным клеммам ЭМА посредством выпрямителя (В) 4, управляемых ключей (К) 5 подключены секции батареи емкости (С) 6. С 6 подключена к преобразователю рода тока (П) 7 со стороны постоянного тока. Выходные клеммы П 7 со стороны переменного тока подключены к сети переменного тока 8 через коммутирующий аппарат (КА) 9. Выходные клеммы ЭМА также подключены к сети переменного тока 8 через КА 10. Ключи 5 управляются системой управления (СУ) 11 ДВС 1. Силовой вал ДВС 1 соединен с валом приводного механизма (М) 12.

На свободном конце вала 13 ТН 2 размещен ферромагнитный цилиндр 14 с зубцами 15 и пазами 16. Цилиндр 14 установлен внутри полого ферромагнитного цилиндра 17 с кольцевыми униполярными обмотками возбуждения 18 и первой герметичной кольцевой камерой 19. Внутри камеры 19 установлен другой полый ферромагнитный цилиндр 20 с пазами, с возможностью свободного вращения, заполненными немагнитными высокопроводящими стержнями 21, соединенными короткозамыкающими кольцами 22 и жидкометаллическими контактами 23. Внешняя поверхность ферромагнитного цилиндра 17 снабжена второй герметичной кольцевой камерой 24. Внутри камеры 24 установлены на подшипниковых опорах 25 второй полый ферромагнитный цилиндр 26 с немагнитными высокопроводящими стержнями 27, замкнутыми короткозамыкающими высокопроводящими немагнитными кольцами 28, 29, 30. Цилиндр жестко соединен с третьим полым ферромагнитным цилиндром 31 индуктором (ротором) синхронной машины (генератора). Цилиндр 31 разделен вдоль образующей диэлектриком 32 на разноименные полюса 33 и 34 (в данном случае на 2 полюса) и содержит высокопроводящие немагнитные стержни 35, замкнутые с одного торца высокопроводящим немагнитным короткозамыкающим кольцом 36, с другой стержни 35 полюса 33 соединяются с кольцом 30, стержни 35 полюса 34 соединены с высокопроводящим немагнитным короткозамыкающим кольцом 37, изолированным от цилиндра 26, кольца 30 и полюса 33 диэлектриком 38.

Кольца 28, 29 и 37 соединены с контактами 23 при помощи жидкометаллических контактов 39 и токоведущих шин 40. На внешней поверхности камеры 24 установлен ферромагнитный статор 41 с кольцевой униполярной обмоткой возбуждения 42, якорь синхронной машины 43 с обмоткой 44 и выводами 45. Дополнительным магнитопроводом синхронной машины является сердечник 46, состоящий из листов электротехнической стали, в котором также может быть установлена якорная обмотка синхронной машины 47 с выводами 48.

На фиг. 6 изображена структурная конструктивная схема преобразователя постоянно-переменного тока. Преобразователь содержит вентильную 49 и синхронную 50 машины. На внешнем статоре размещен якорь 51 вентильной машины 49 с обмоткой 52, выводами переменного тока 53, с коммутатором 54 и выводами постоянного тока 55.

На внутреннем статоре размещен якорь 56 синхронной машины 50 с обмоткой 57 и выводами 58, а также индуктор 59 с кольцевой обмоткой возбуждения 60 униполярного возбудителя 61. В воздушном зазоре между якорями 51 и 56 размещен совмещенный индуктор 62, установленный на подшипниковых опорах 63. Числа полюсов вентильной 49 и синхронной 50 машин равны. Совмещенный индуктор 62 выполнен аналогично индуктору 31 (см. фиг. 2 и 5, сечение Г-Г соответствует фиг. 5). На торце индуктора 62 размещен якорь униполярного возбудителя 61, выполненный в виде ферромагнитного кольца, с кольцевой герметичной камерой 64, жидкометаллическими контактами 65 и тоководом 66. Токовод 66 выполнен аналогично цилиндру 20, индуктор 59 имеет пазы аналогично пазам 16 в цилиндре 14 (сечение Д-Д соответствует фиг. 3). Короткозамыкающие кольца 67 токовода 66 посредством контактов 65 электрически соединены с индуктором 62. Кольца 67 одновременно выполняют функцию опор скольжения.

Соединение возбудителя 61 и индуктора 62 выполнено аналогично соединению цилиндров 26 и 31 (фиг. 2).

Электроэнергетическая установка работает следующим образом.

При больших нагрузках в установившихся процессах ДВС 1 мощность выхлопных газов превосходит мощность ТН 2, необходимую для подачи оптимального расхода воздуха в ДВС. В связи с этим избыточная мощность выхлопных газов передается на ферромагнитный цилиндр 14, фиг. 2, 3. При подаче тока возбуждения в обмотку 18 униполярный магнитный поток замыкается в цилиндрах 14 и 17 и через зубцы 15 и цилиндр 20. Под действием магнитного потока возникает сила, удерживающая цилиндр 20 неподвижным относительно цилиндра 14, и он придет во вращение с частотой, равной частоте вращения цилиндра 14 (то есть вала 13 ТН 2). На контактах 23 возникает униполярная ЭДС, величина которой может регулироваться током возбуждения в обмотке 18. Под действием ЭДС в цепи, образованной цилиндрами 20, 26, 31 и контактами 23 и 39, потечет постоянный ток. При подаче возбуждения в униполярную катушку 42 в магнитной цепи, образованной цилиндрами 17, 26 и 41, возбудится магнитный поток, и цилиндры 26 и 31, конструктивно представляющие единое целое, придут во вращение. Частота вращения этих цилиндров регулируется токами возбуждения обмоток 18 и 42. Униполярный ток, протекающий по цилиндру 26 через кольцо 30 последовательно по стержням 35 полюсов 33 и 34 к кольцу 37, образует систему магнитных полюсов синхронной машины, причем число полюсов равно числу прокладок (из диэлектрика) 32. В обмотках якоря 44 и 47 синхронной машины наводится ЭДС, частота которой определяется частотой вращения цилиндра 31 и числом полюсов синхронной машины. Генерируемая синхронной машиной электроэнергия подается через выводы 45 и 47 и коммутирующий аппарат 10 в сеть переменного тока 8 на электропривод механизмов. Поскольку частота вращения цилиндров 26 и 31 регулируется токами возбуждения катушек 18 и 42, то она может поддерживаться постоянной и не зависеть от частоты вращения цилиндра 14 ТН 2. Это позволяет при переменной нагрузке частоту вращения вала 13 ТН 2 выбирать оптимальной, определяемой требуемым количеством воздуха, подаваемого в ДВС 1, при этом параметры электроэнергии, генерируемой синхронной машиной, будут соответствовать параметрам сети переменного тока.

При малых нагрузках в установившихся режимах ДВС 1 мощность выхлопных газов недостаточна для обеспечения требуемой частоты вращения ТН 2. В этом случае электроэнергия, поступающая из сети 8 в обмотку якоря синхронной машины 44, 47, вращает цилиндры 31 и 26, фиг. 2, с постоянной частотой. При этом на жидкометаллических контактах 39 наводится униполярная ЭДС, величина которой регулируется током возбуждения в обмотке 42. По цепи, образованной цилиндрами 20, 26, 31 и контактами 23 и 39, протекает постоянный ток. При подаче возбуждения в обмотку 18 появляется вращающий момент на цилиндре 20 и магнитно связанном с ним цилиндре 14 на валу 13 ТН 2. Вал 13 ТН 2 получает дополнительный вращающий момент, при этом величина момента и частота вращения, оптимальные по условию подачи требуемого расхода воздуха в ДВС 1, регулируются токами возбуждения катушек 18 и 42.

В неустановившихся кратковременных процессах ДВС 1 при сбросе нагрузки сеть переменного тока 8 ограниченной мощности не может принять избыточную энергию вследствие достаточно высокой инерционности систем управления ее генераторных установок. В этом случае СУ 11 подает сигнал на открытие К 5. При этом избыточная электроэнергия от ЭМА 3 идет через В 4 на зарядку малоинерционной емкости С 6. При достижении полной зарядки С 6 ток в цепи зарядки становится равным нулю, С 6 отключается от ЭМА 3. После окончания переходного процесса в ДВС 1 С 6, фиг. 1, постепенно разряжается на сеть 8 через коммутирующий аппарат 9. Регулирование времени полной разрядки конденсатора достигается использованием П 7.

При включении П 7 в сеть переменного тока 8 индуктор 62 придет во вращение с частотой, близкой к синхронной частоте синхронной машины. При подаче тока возбуждения в униполярную обмотку возбуждения 60 униполярный магнитный поток замыкается в возбудителе 61 через токовод 66, при этом зубцы токовода расположатся против зубцов индуктора 59 (фиг. 6 и 3), что обеспечит момент, удерживающий токовод 66 неподвижно относительно индуктора 59. Униполярный магнитный поток наведет униполярную ЭДС во вращающемся якоре униполярного возбудителя 61 и соответственно постоянный ток в индукторе 62 и магнитный поток по магнитопроводам якорей 51 и 56. При этом индуктор 62 войдет в синхронизм с электромагнитным полем синхронной машины. При подаче напряжения с батареи емкости 6 на вентильную машину 49 через коммутатор 54 она будет работать в режиме двигателя. При этом накопленная в С 6 электрическая энергия, преобразованная в электроэнергию переменного тока требуемых параметров, синхронной машиной 50 будет передаваться в сеть переменного тока.

Преимущество предлагаемой электроэнергетической установки по сравнению с прототипом заключается в том, что она снабжена регулируемым электромашинным агрегатом, размещенным на свободном конце вала турбонагревателя. Это позволяет повысить экономичность установки за счет более эффективного использования энергии выхлопных газов и исключить дополнительную (вспомогательную) турбину, а следовательно, уменьшить массогабариты установки. Кроме того, установка снабжена регулируемым малоинерционным накопителем электроэнергии (конденсаторная батарея с регулируемым преобразователем), что исключает потери в неустановившихся процессах и повышает экономичность электроэнергетической установки. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая двигатель внутреннего сгорания, турбонагнетатель, синхронный генератор и дополнительный генератор, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения расхода топлива путем регулирования подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, дополнительный генератор сочленен в единый агрегат с двумя концентрически расположенными униполярными машинами, одна из которых размещена на валу турбонагнетателя и состоит из двух ферромагнитных цилиндров - внутреннего - якоря с зубцами и пазами и внешнего являющегося статором и несущего униполярные обмотки возбуждения, между этими цилиндрами образуется первая герметичная кольцевая камера, в которой расположен полый ферромагнитный цилиндр с пазами, в которых размещены немагнитные высокопроводящие стержни, соединенные короткозамыкающими кольцами, и жидкометаллические контакты, другая униполярная машина состоит из статора с кольцевой униполярной обмоткой возбуждения, якоря, выполненного в виде полого ферромагнитного цилиндра с немагнитными высокопроводящими стержнями, замкнутыми короткозамыкающими кольцами, и жидкометаллических контактов, причем якорь второй униполярной машины соединен жестко с ротором синхронного генератора, который выполнен в виде полого ферромагнитного цилиндра, разделенного вдоль образующей на изолированные части числом, равным числу полюсов, с пазами, в которых размещены высокопроводящие немагнитные стержни, электрически соединенные с одной стороны полюсов высокопроводящим немагнитным короткозамыкающим кольцом, а с другой стороны стержни одних одноименных полюсов соединены с высокопроводящими стержнями одной полярности ферромагнитного цилиндра второй униполярной машины, стержни других одноименных полюсов посредством жидкометаллических контактов - со стержнями другой полярности, жидкометаллические контакты обеих машин соединены между собой, а статор синхронного генератора состоит из двух частей - внутренней и внешней с выводами, причем между внутренними поверхностями статоров второй униполярной машины и внешнего статора синхронного генератора и внешними поверхностями внешнего цилиндра первой униполярной машины и внутреннего статора синхронного генератора образована вторая герметичная камера.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для экономии расхода топлива в переходных режимах она снабжена батареей конденсаторов, подключенной к сети переменного тока одним зажимом через выпрямитель и управляемый ключ, а другим - через преобразователь постоянно-переменного тока и коммутирующий аппарат.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что преобразователь постоянно-переменного тока состоит из двух концентрически расположенных машин, одна из которых является синхронной, имеющей внутренний якорь с обмоткой и выводами, индуктор с кольцевой обмоткой возбуждения, а другая - вентильной, имеющей якорь с обмоткой и выводами, причем обе машины имеют общий индуктор, расположенный на подшипниковых опорах и выполненный в виде проводящего полого цилиндра, разделенного вдоль образующей на изолированные части числом, равным числу полюсов синхронной машины и вентильной машины, на торце которого жестко расположено ферромагнитное кольцо с кольцевой герметичной камерой, в которой находятся жидкометаллические контакты и вращающееся кольцо с пазами, в которых размещены немагнитные проводящие стержни, замкнутые по торцам короткозамыкающими кольцами.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru