Результат интеллектуальной деятельности: ГИДРОГЕНЕРАТОР НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ ДЛЯ ГИДРОСТАНЦИЙ ПОДВОДНОГО ТИПА

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к устройствам, предназначенным для преобразования энергии потока текучей среды в электрическую энергию в условиях малых и средних рек.

Известен гидрогенератор (патент RU 2370660), который принят за ближайший 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, расположенных соответственно снаружи и внутри корпуса. Турбины выполнены шнековыми, вторая из которых установлена на внутренней поверхности внутреннего ротора.

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.

Задачей изобретения 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.

Технический результат заключается в повышении долговечности, износостойкости, коррозионностойкости конструкции, повышении технологичности конструкции,

уменьшении массы и габаритов, увеличении количества магнитов и повышение КПД и мощности при небольших скоростях течения воды.

Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков.

Гидрогенератор на постоянных магнитах для гидростанций подводного типа, 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.

Кроме того:

- у гидрогенератора статорная обмотка расположена на минимальном расстоянии от магнитов в ползунах;

- в ползунах установлены ролики, расположенные с обеих сторон разрезного паза, выполненные с условием радиальной фиксации и качения ползунов по направляющим;

- количество ползунов установлено соответственно размерам гидростанции и ее мощности;

- 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.

- между ползунами расположены толкатели, направленные однополярными полюсами друг к другу;

- к направляющим осуществлено крепление стоек, выполненных с возможностью установки на дно водоема;

- дополнительно установлен гидрогенератор в положении - один над другим.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, и технический результат взаимосвязаны следующим образом.

Повышается долговечность, износостойкость, коррозионностойкость конструкции за счет применения композитных материалов основных узлов конструкции, повышается технологичность конструкции, уменьшаются масса и габариты, увеличивается количество магнитов и повышаются КПД и мощность при небольших скоростях течения воды, обеспечивается 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.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 изображен гидрогенератор на постоянных магнитах для гидростанций подводного типа, на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1.

Осуществление изобретения

Изобретение может быть осуществлено следующим образом.

У гидрогенератора на постоянных магнитах для гидростанций подводного типа, содержащего статоры с обмотками возбуждения и постоянные магниты, 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.

Кроме того:

- у гидрогенератора статорная обмотка расположена на минимальном расстоянии от магнитов в ползунах;

- в ползунах установлены ролики, расположенные с обеих сторон разрезного паза, выполненные с условием радиальной фиксации и качения ползунов по направляющим;

- количество ползунов установлено соответственно размерам гидростанции и ее мощности;

- 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;

- между ползунами расположены толкатели, направленные однополярными полюсами друг к другу;

- к направляющим осуществлено крепление стоек, выполненных с возможностью установки на дно водоема;

- дополнительно установлен гидрогенератор в положении - один над другим.

Таким образом, назначение изобретения в качестве электрического гидрогенератора реализуется.

Описание конструкции устройства.

Гидрогенератор состоит из двух статоров 1 из композитного материала, выполненных в виде труб с обмотками возбуждения 2, герметично запаянные максимально близко к внешней поверхности статоров 1. К статорам 1 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 разрезных колец, внутри которых максимально близко к внутренней поверхности расположены герметично закрытые постоянные магниты 3 в количестве соразмерно диаметрам ползунов 5. 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 6. 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 5. Между ползунами 5 расположены толкатели 9 с магнитами 3, взаимодействующие друг с другом одноименными полюсами и создающие дополнительное кинетическое воздействие. С одной стороны ползуна 5 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.

Гидрогенератор работает следующим образом.

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 лопаткам 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.

Композитный материал, применяемый в заявляемом изобретении, из которого выполнены основные узлы, обладает высокими прочностными, антикоррозионными, диэлектрическими свойствами, низким коэффициентом трения, технологичен, что касается механической обработки или литья, обладает в 3-5 раз меньшим весом в сравнении с металлом, долговечен. Композитный материал и данная конструкция экологически безопасны. Конструкция 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 со средним и слабым течением.

Таким образом, у предлагаемого электрического гидрогенератора, в отличие от прототипа, повышается эффективность.