×
29.11.2019
219.017.e74e

Газокинетический трансформатор "Паротранс"

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002707266
Дата охранного документа
26.11.2019
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относиться к энергетическому оборудованию, в частности производству электрической энергии из энергии пара или сжатого газа. В устройстве нет разделения на генерирующую и двигательную часть, благодаря чему для его построения необходим минимум частей, а также возможно обеспечение полной герметизации с созданием внутри корпуса значительного давления. Возможность полной герметизации позволяет применить устройство для выработки электроэнергии при редуцировании давления газа в газораспределительных пунктах, а также для использования энергий паров веществ с высокой температурой кипения. Это позволяет создавать высококонкурентные электрогенерирующие установки с внешним сгоранием топлива, что значительно расширяет диапазон массово используемых видов топлива. В силу простоты устройства и отсутствия необходимости обслуживания устройство может широко применяться в когенерационных схемах выработки тепла и электроэнергии на уровне индивидуальных домохозяйств. Также одним из применений устройства может быть утилизация тепла выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники:

Изобретение относится к энергетическому оборудованию. Являясь линейным электрическим генератором и одновременно двигателем, последовательно преобразует энергию давления газовой среды в механическое движение и электрическую энергию. Изобретение имеет широкую сферу применения. В сетях газоснабжения, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить электроснабжением газораспределительные пункты на которых осуществляется понижение давления газа. Изобретение позволяет создавать простые системы накопления энергии для снятия пиковых нагрузок или устранения перерывов питания с использованием сжатого воздуха. В силу простоты и компактности, при использовании пара, изобретение позволяет создавать компактные устройства попутной выработки электроэнергии в сетях теплоснабжения индивидуальных домохозяйств. С применением изобретения возможна утилизация тепла выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Объединение механической и электрической части в одном устройстве, исключение вращающихся частей и переходов, требующих уплотнений, реализованные в изобретении, позволяют выполнить корпус герметичным, не допускающим утечек и выдерживающим большие давления. Это, позволяет применить новые парообразующие вещества, с более высокими температурами кипения, например пропиленгликоль, глицерин или даже натрий. Это позволяет значительно поднять значение КПД в цикле Карно и создавать более энергоэффективные генерирующие установки, работающие с внешним сгоранием топлива или радиационными источниками теплообразования.

Уровень техники:

В технике получили распространение линейные электрогенераторы использующие вибрацию или другие механические перемещения для выработки электроэнергии. Как правило, это устройства незначительной мощности. Известны также устройства, использующие линейные электрогенераторы как часть двигателя внутреннего сгорания. Подобные устройства описаны, например, в патенте RU 112537 U1 и RU 2453970 (JP 2008-027923).

Данные устройства можно рассматривать как наиболее близкие прототипы. Устройства обладают схожестью с изобретением в том, что так же имеют деталь, являющейся общей для двигателя и для генератора. Такое совмещение, служащее упрощению конструкции в указанных устройствах, при всей его полезности, не стало ключевым фактором, способствующим массовому распространению подобных устройств. Основные причины, осложняющие широкое распространение подобных устройств, видятся в попытке использования устройств в цикле двигателя внутреннего сгорания. При этом обмотки и части магнитной системы непосредственно контактируют с продуктами сгорания, что создает дополнительные трудности для реализации. Кроме того, в конструкции указанных устройств, требуется множественное повторение обмоток и постоянных магнитов.

Поскольку в двигателях внутреннего сгорания не возможно обеспечить оптимальное протекание процессов сгорания и многотопливность, то предлагаемое изобретение использует другой вид энергии, а именно энергию газа или пара, находящегося под давлением. Это расширяет диапазон применения изобретения и значительно упрощает требования к конструкции и применяемым материалам. Другой, важной особенностью является то, что в предлагаемом изобретении используется только одна обмотка, а постоянные магниты в составе магнитопровода вынесены из зоны возможных высоких температур, что позволяет применять материалы с более низкими температурами Кюри, чем в прототипах.

Раскрытие изобретения

Предметом изобретения является устройство, преобразующее энергию газообразных веществ, находящихся под высоким давлением в электрическую энергию. На фиг. 1 приведен общий вид предлагаемого устройства, а на фиг. 2, предлагаемое устройство показано с разрезом части цилиндра, позволяющим показать детали, установленные внутри цилиндра. Устройство, в общих чертах, выглядит симбиозом трансформатора и паровой машины, откуда следует название «паротранс». Известно, что для получения электрической энергии в обмотке с проводником 1, намотанной на катушку 2, необходимо создать в ней переменное магнитное поле. Если обмотку разместить на центральном стержне 3 Ш- образного магнитопровода, состоящего из ярма 4 и боковых стержней 5 и 6, а в боковых стержнях 5 и 6 создать разнонаправленные магнитные потоки с помощью вставок из постоянных магнитов или заданием постоянной остаточной намагниченности, то при помощи чередования замыканий магнитных потоков боковых стержней на центральный стержень можно получить в обмотке переменную электродвижущую силу. Для создания таких периодических замыканий магнитного потока, используется плунжер 7, перемещающиеся внутри цилиндра 8. Плунжер выполняется из материала с высокой магнитной проницаемостью. Цилиндр выполнен тонкостенным, может быть как из ферромагнитного, так и из парамагнитного материала - при малой толщине стенки это не играет существенной роли. Однако, желательно, чтобы материал обладал высоким электрическим сопротивлением, чтобы при перемещениях плунжера для вихревых токов в контурах, образуемых стенками цилиндра, создавались максимальные сопротивления. Стенки цилиндра, не представляя значительного препятствия для магнитного поля, разграничивают среду внутри цилиндра и внешнюю среду. Это позволяет при конструировании устройства и выборе его параметров в отдельности рассматривать задачу теплового расчета обмотки и элементов магнитопровода, и задачу теплового расчета движения плунжера в цилиндре. Цилиндр закрыт с двух сторон крышками 9 и 10, имеющими патрубки для подвода и отвода газообразного энергоносителя. Плунжер, находящийся в цилиндре, образует внутри цилиндра, между собой и крышками цилиндра, полости 11 и 12 с переменным объемом, зависящим от положения плунжера. Демпферные пружины 13 служат для накопления и возврата кинетической энергии движения плунжера в крайних точках. От использования пружин возможно отказаться, в случае определенной организации моментов подачи энергоносителя в полости. В таком случае, прием и возврат кинетической энергии плунжера в крайних точках осуществляется за счет сжатия-расширения газовой среды, заключенной в полостях. Внешний, по отношению к описываемому устройству распределитель сжатой газообразной среды подает эту среду попеременно в полости 11 и 12. Распределитель может иметь любую из известных в технике конструкций. Он может повторять конструкции распределителей паровых машин 19-20 веков. Он может иметь управление с помощью электроклапанов и генератора управляющих импульсов. Также, для организации распределителя могут использоваться каналы в самом плунжере и окна в определенных местах цилиндра, управляющие потоком энергоносителя, так же, как это сделано в двухтактных двигателях внутреннего сгорания.

При подаче газообразной среды под большим давлением в полость 11, плунжер перемещается вправо. При этом, если в начале движения плунжер находился слева, то через него замыкался магнитный поток проходящий по стержням магнитопровода 3 и 5, а также части ярма 4. Совершая работу по перемещению, плунжер разрывает данный магнитный поток и, перемещаясь в крайне правое положение, замыкает магнитный поток проходящий по стержням 3, 6 и части ярма 4. Поскольку стержни 5 и 6 имеют разнонаправленные намагниченности, то в стержне 3 при перемещении плунжера магнитный поток меняет знак. При подаче энергоносителя в полость 12 плунжер совершит обратный ход, справа налево, вынуждая магнитный поток через стержень 3, а следовательно и через катушку с обмоткой 1 опять поменять направление. Магнитные потоки в элементах магнитопровода 4, 5, 6 и плунжере 7 не меняют направление, что позволяет изготавливать их из магнитотвердых ферромагнетиков и иметь низкие потери на перемагничивание. Стержень 3 работает в условиях знакопеременного магнитного поля и должен быть изготовлен из магнитомягкого ферромагнетика с небольшими потерями перемагничивания.

Фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5 представляют фрагменты результатов математического моделирования магнитного потока при различных положениях плунжера. При постановке задачи моделирования было задано, что стержень 5 имеет намагниченность с вектором, направленным вниз, а стержень 6 - с вектором, направленным вверх. Задачей моделирования являлось изучение зависимости величины и направления магнитного потока в центральном стержне 3. Программа расчета выводила результаты расчета в виде векторов 14, направление и величина которых соответствуют показателям магнитного потока в точке размещения вектора. На фиг. 3 представлены результаты моделирования в том случае, когда плунжер находиться в крайне левом положении. Результаты показывают, что стержни 5 и 3 имеют наибольшие потоки, при этом, поток в стержне 3 направлен вверх. Поток в стержне 6 мал, поскольку его магнитное поле может замкнуться только через воздушный зазор, имеющий большое магнитное сопротивление, что демонстрируют отдельные небольшие разнонаправленные вектора.

На фиг. 4 представлены результаты моделирования при нахождении плунжера в среднем положении. Поскольку стержни 5 и 6 имеют разнополярную намагниченность одинаковой величины, и замкнуты между собой ярмом, снизу и плунжером сверху, то магнитный поток идет по плунжеру, не заходя в стержень 3. Можно констатировать, что при среднем положении плунжера в стержне 3 отсутствует намагниченность. При перемещении плунжера вправо наблюдается процесс, отображенный на фиг. 5. Наибольшие потоки имеют стержни 6 и 3, при этом поток в стержне 3 направлен вниз. Таким образом, анализ процессов, отображенных на фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5 показывает, что при перемещении плунжера из одного крайнего положения в другое, в центральном стержне происходит изменение магнитного потока с максимального значения одной направленности на максимальное значение противоположенной направленности, а следовательно, в обмотке размещенной на центральном стержне, при совершении плунжером возвратно-поступательного движения, будет вырабатываться переменная ЭДС. Полученное напряжение может использоваться для питания нагрузок как непосредственно, так и с применением схем выпрямления и преобразования электроэнергии к формам необходимым потребителю по параметрам частоты и номинального напряжения.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлен общий вид устройства.

На чертеже представлено:

1 - токопроводящая обмотка изолированного проводника;

2 - катушка для размещения проводника и изоляции его от магнитопровода;

3 - центральный стержень магнитопровода;

4 - ярмо магнитопровода;

5 - стержень магнитопровода, имеющий намагниченность заданную в направлении к ярму;

6 - стержень магнитопровода, имеющий намагниченность заданную в направлении от ярма;

8 - цилиндр;

9 - левая крышка цилиндра с подводящим патрубком;

10 - правая крышка цилиндра с подводящим патрубком.

На Фиг. 2 представлен общий вид устройства с разрезом цилиндра, позволяющим показать детали установленные внутри цилиндра.

На чертеже представлено:

1 - токопроводящая обмотка изолированного проводника;

2 - катушка для размещения проводника и изоляции его от магнитопровода;

3 - центральный стержень магнитопровода; 4-ярмо магнитопровода;

5 - стержень магнитопровода, имеющий намагниченность заданную в направлении к ярму;

6 - стержень магнитопровода, имеющий намагниченность заданную в направлении от ярма;

7 - плунжер;

8 - цилиндр;

9 - левая крышка цилиндра с подводящим патрубком;

10 - правая крышка цилиндра с подводящим патрубком;

11 - полость цилиндра слева от плунжера;

12 - полость цилиндра справа от плунжера;

13 - демпферные пружины.

На Фиг. 3 показан фрагмент результатов пространственного математического моделирования магнитного потока в частях магнитопровода при крайнем левом положении плунжера.

На чертеже представлено:

3 - центральный стержень магнитопровода;

4 - ярмо магнитопровода;

5 - стержень магнитопровода, имеющий намагниченность заданную в

направлении к ярму;

6 - стержень магнитопровода, имеющий намагниченность заданную в

направлении от ярма;

7 - плунжер;

14 - векторы магнитного потока.

На Фиг. 4 показан фрагмент результатов пространственного математического моделирования магнитного потока в частях магнитопровода при среднем положении плунжера.

На чертеже представлено:

3 - центральный стержень магнитопровода;

4 - ярмо магнитопровода;

5 - стержень магнитопровода, имеющий намагниченность заданную в

направлении к ярму;

6 - стержень магнитопровода, имеющий намагниченность заданную в направлении от ярма;

7 - плунжер;

14 - векторы магнитного потока.

На Фиг. 5 показан фрагмент результатов пространственного математического моделирования магнитного потока в частях магнитопровода при крайне правом положении плунжера.

На чертеже представлено:

3 - центральный стержень магнитопровода;

4 - ярмо магнитопровода;

5 - стержень магнитопровода, имеющий намагниченность заданную в направлении к ярму;

6 - стержень магнитопровода, имеющий намагниченность заданную в направлении от ярма;

7 - плунжер;

14 - векторы магнитного потока.

Осуществление изобретения

Простота конструкции позволяет реализовать устройство большинством предприятий электротехнической промышленности без существенных капиталовложений. Конструкция устройства и простые принципы работы, позволяют воспользоваться хорошо проработанным математическим аппаратом расчета электрических машин, а также современным программным обеспечением, упрощающим применение такого математического аппарата с практическими целями. В большинстве вариантов конструкторских решений цилиндр будет находиться выше уровня катушки с проводником и магнитопровода, что позволяет теплу, образуемому при прохождении тока через обмотку уходить в сторону цилиндра, а цилиндру, в случае использования пара, не нагревать катушку и магнитопровод. Однако, в ряде случаев, возможно более удобным будет размещать цилиндр ниже катушки и магнитопровода. Выбор ферромагнитных свойств материалов магнитопровода, в частности температуры Кюри, должен осуществляться с учетом температуры энергоносителя. Работоспособность устройства проверена на математической модели и физической модели. Источники информации

1. Патент на изобретение RU 112537 U1 «Электрический генератор переменного тока»;

2. Патент на изобретение RU 2453970 «Линейный генератор».


Газокинетический трансформатор
Газокинетический трансформатор
Газокинетический трансформатор
Газокинетический трансформатор
Газокинетический трансформатор
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-8 из 8.
29.12.2017
№217.015.fb39

Способ контроля исправности работы преобразователей переменного тока в постоянный

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение сигнализации и отключения преобразователя при выявлении нарушений его работы. Согласно способу измеряют интервалы времени между последовательными срабатываниями порогового элемента, подключенного к шинам...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640195
Дата охранного документа: 27.12.2017
27.04.2019
№219.017.3c42

Способ построения схемы управления системой возбуждения

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено при конструировании систем возбуждения синхронных электрических машин повышенной надежности. Технический результат заключается в улучшении электромагнитной совместимости системы управления возбуждением. Согласно изобретению система...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686061
Дата охранного документа: 24.04.2019
27.04.2019
№219.017.3d7f

Устройство контроля потенциала на контуре заземления электроустановки

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для диагностики контуров заземления. Технический результат: возможность непрерывного контроля состояния контура в процессе текущей эксплуатации. Сущность: устройство использует измерение потенциалов в узлах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686322
Дата охранного документа: 25.04.2019
20.06.2019
№219.017.8dd7

Устройство релейной защиты и автоматики узла электрической сети с измерительными органами, использующими оптические каналы связи с частотным кодированием

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - отказ от объемного кабельного хозяйства и возможность концентрации всех функций защиты и управления в одном устройстве. Устройство релейной защиты и автоматики узла электрической сети имеет в своем составе: генераторы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691943
Дата охранного документа: 19.06.2019
19.07.2019
№219.017.b6aa

Учебное пособие для закрепления навыка распознавания времени по стрелочным часам

Изобретение относится к учебному пособию для закрепления навыка распознавания времени по стрелочным часам, которое состоит из основания с циферблатом и имитаторов часовой и минутной стрелок, причем знакоместа циферблата выполнены индикаторами в виде треугольных поворачивающихся призм, имеющих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002694807
Дата охранного документа: 16.07.2019
05.09.2019
№219.017.c6f1

Контактор ускоренного гашения поля ротора синхронной машины

Изобретение относится к контактору ускоренного гашения поля ротора синхронной машины. От скорости гашения поля машины значительно зависит объем повреждений в месте аварии. Контактор предназначен для ускорения гашения магнитного поля синхронных машин. Несмотря на распространение полностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002699044
Дата охранного документа: 03.09.2019
19.06.2020
№220.018.2845

Высоковольтный изолятор с инваровым геометрическим стабилизатором

Изобретение относится к высоковольтной технике, а именно к высоковольтным изоляторам, и направлено на повышение надежности их работы. Изолятор содержит геометрический стабилизатор для компенсации термических расширений проводника, роль которого выполняет оболочка, выполненная из инварового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723637
Дата охранного документа: 17.06.2020
04.06.2023
№223.018.76bf

Способ параллельно-последовательного переключения источников однонаправленного тока с использованием шинных диодов

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к схемам построения источников электропитания и может быть использовано для включения нескольких источников постоянного напряжения, таких как химические источники постоянного тока, генераторов переменного тока или многообмоточных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002796644
Дата охранного документа: 29.05.2023
Показаны записи 1-8 из 8.
29.12.2017
№217.015.fb39

Способ контроля исправности работы преобразователей переменного тока в постоянный

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение сигнализации и отключения преобразователя при выявлении нарушений его работы. Согласно способу измеряют интервалы времени между последовательными срабатываниями порогового элемента, подключенного к шинам...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640195
Дата охранного документа: 27.12.2017
27.04.2019
№219.017.3c42

Способ построения схемы управления системой возбуждения

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено при конструировании систем возбуждения синхронных электрических машин повышенной надежности. Технический результат заключается в улучшении электромагнитной совместимости системы управления возбуждением. Согласно изобретению система...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686061
Дата охранного документа: 24.04.2019
27.04.2019
№219.017.3d7f

Устройство контроля потенциала на контуре заземления электроустановки

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для диагностики контуров заземления. Технический результат: возможность непрерывного контроля состояния контура в процессе текущей эксплуатации. Сущность: устройство использует измерение потенциалов в узлах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686322
Дата охранного документа: 25.04.2019
20.06.2019
№219.017.8dd7

Устройство релейной защиты и автоматики узла электрической сети с измерительными органами, использующими оптические каналы связи с частотным кодированием

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - отказ от объемного кабельного хозяйства и возможность концентрации всех функций защиты и управления в одном устройстве. Устройство релейной защиты и автоматики узла электрической сети имеет в своем составе: генераторы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691943
Дата охранного документа: 19.06.2019
19.07.2019
№219.017.b6aa

Учебное пособие для закрепления навыка распознавания времени по стрелочным часам

Изобретение относится к учебному пособию для закрепления навыка распознавания времени по стрелочным часам, которое состоит из основания с циферблатом и имитаторов часовой и минутной стрелок, причем знакоместа циферблата выполнены индикаторами в виде треугольных поворачивающихся призм, имеющих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002694807
Дата охранного документа: 16.07.2019
05.09.2019
№219.017.c6f1

Контактор ускоренного гашения поля ротора синхронной машины

Изобретение относится к контактору ускоренного гашения поля ротора синхронной машины. От скорости гашения поля машины значительно зависит объем повреждений в месте аварии. Контактор предназначен для ускорения гашения магнитного поля синхронных машин. Несмотря на распространение полностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002699044
Дата охранного документа: 03.09.2019
19.06.2020
№220.018.2845

Высоковольтный изолятор с инваровым геометрическим стабилизатором

Изобретение относится к высоковольтной технике, а именно к высоковольтным изоляторам, и направлено на повышение надежности их работы. Изолятор содержит геометрический стабилизатор для компенсации термических расширений проводника, роль которого выполняет оболочка, выполненная из инварового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723637
Дата охранного документа: 17.06.2020
04.06.2023
№223.018.76bf

Способ параллельно-последовательного переключения источников однонаправленного тока с использованием шинных диодов

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к схемам построения источников электропитания и может быть использовано для включения нескольких источников постоянного напряжения, таких как химические источники постоянного тока, генераторов переменного тока или многообмоточных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002796644
Дата охранного документа: 29.05.2023
+ добавить свой РИД