| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2118876
кінетичної ПРИСТРІЙ
Ім'я винахідника: Власов В.І.
Ім'я патентовласника: Товариство з обмеженою відповідальністю "Новолипецький металургійний комбінат"
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1996.12.24
Винахід відноситься до області електротехніки та електроенергетики, дозволяє підвищити техніко-економічні показники перетворення енергії і забезпечити гарантоване енергопостачання споживачів. Відмінною особливістю пропозиції є, то що в герметичному корпусі, в якому створено глибокий вакуум, на радіально-осьової трикулачні з обмежувачами осьового і радіального переміщення магнітних підшипниках, службовці одночасно маточиною ободкового супермаховика, навитого і високоміцних ниток, встановлений вертикально явнополюсний якір дискової уніполярної машини електромагнітного збудження з центральним і периферійним термоелетроміссіоннимі керованими струмознімання. При цьому самооцентровка ротора забезпечується конусоподібної формою магнітної опори, обмежувачі осьового і радіального переміщення виконаний у вигляді опорно-наполегливих підшипників на основі твердих самозмащувальної матеріалів, анод центрального термоемісійного струмознімання охолоджуємо, а нагріваються катоди з сітковими управлінням периферійних струмознімання і котушка збудження розділені охолоджуваних екраном. Зазначене конструктивне виконання забезпечує режими зарядки і розрядки, а й необхідну тривалість зберігання енергії в черговому режимі при максимальних показниках питомої енергоємності та економічності.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до галузі електроенергетики і може бути використано в системах гарантованого енергозабезпечення.
Відомі кінетичні акумулятори електричної енергії (КАЕЕ), що містять маховик, запасающий енергію за час зарядного циклу і віддає її в розрядному циклі, електродвигун, генератор, систему управління і редуктор.
КВЕЕ можуть виконуватися:
1) з машиною постійного струму (МПТ);
2) з асинхронним двигуном (АД) і синхронним генератором (СГ).
3) з асинхронним двигун-генератором з короткозамкненим ротором (АДГ);
4) з асинхронізованому синхронним генератором (АОГ);
5) з вентильним двигун-генератором (ВДГ).
Істотними недоліками:
1) структури КАЕЕ з МПТ є обмеження максимальної окружної швидкості колектора МПТ, яка не повинна перевищувати 50-60 м / с (див., Наприклад, Ісаєв В.С., Ковтун В.П. Характер руйнування поверхні тертя міді в електричному ковзному контакті . Електротехніка, N 8, 1976);
2) КАЕЕ з АТ і СГ конструктивно складні, споживають багато енергії при розгоні, з якої 50-60% перетворюється в тепло;
3) головною складністю при розробці КАЕЕ з АДГ є проблема регулювання напруги асинхронного генератора в широкому діапазоні зміни частоти обертання;
4) КАЕЕ на основі АСГ мають конструктивної складністю, обмеженим діапазоном зміни частоти обертання маховика, наявністю контактних кілець;
5) КАЕЕ з ВДГ на базі синхронних машин і вимагають наявності складного і ненадійного трифазного двухполуперіодного інвертора для частотно-струмового регулювання, не виключає втрат енергії в зарядному і черговому режимах, тахогенератора або датчика положення ротора і регулятора напруги, а розробка асинхронного ВДГ взагалі недоцільна -за складності регулювання напруги.
Тому питання розробки КАЕЕ і в першу чергу питання раціонального перетворення електричної енергії в механічну і назад стосовно систем електропостачання з маховиком залишаються відкритими (див. Наприклад. Ледовский А.Н., Литвинов І.І., Новиков М.Е., Тимофєєва А . Т. Проблеми створення кінетичних акумуляторів електричної енергії, Електрика, N 3, 1978).
Відомі й КАЕЕ, що містять униполярного машину (УМ) постійного струму з маховиком для харчування індуктивного накопичувача енергії, які можуть бути прийняті за прототип (див. Наприклад. Уніполярні електричні машини, доповіді конференції, Москва, березень 1969, с. 8).
Але такі КАЕЕ низьковольтних і призначені для роботи тільки в імпульсному режимі. При роботі в тривалому режимі завдання створення надійного високошвидкісного контакту як і раніше актуальна, а створення імпульсних генераторів на підвищену напругу є істотно більш складним завданням (див. Там же с.35).
Метою винаходу є створення простих, необслуговуваних КАЕЕ, придатних для практичного застосування в системах гарантованого електропостачання, що володіють більш високим ККД перетворення і питомою енергоємністю, відсутністю втрат в черговому режимі, що забезпечить необхідну тривалість зберігання енергії, легкістю управління будь-якими режимами і універсальністю роду струму як зарядного , так і розрядного циклів.
Мета досягається органічним об'єднанням і взаємним доповненням властивостей і достоїнств крученого супермаховика, трикулачні магнітної опори, дискової уніполярної електричної машини і керованого термоемісіонного генератора.
Суть винаходу полягає в тому, що в герметичному корпусі, в якому створено глибокий вакуум, на радіально-осьової трикулачні з обмежувачами осьового і радіального переміщення магнітних підшипниках, що служить одночасно маточиною ободкового супермаховика, навитого з високоміцних ниток, встановлений вертикально явнополюсной якір дискової уніполярної машини електромагнітного збудження з центральним і периферійним термоемісійного керованими струмознімання. При цьому самоцентруванню ротора забезпечується конусоподібної формою магнітної опори, обмежувачі осьового і радіального переміщення виконані у вигляді опорно-наполегливих підшипників на основі твердих самозмащувальних матеріалів, анод центрального термоемісійного струмознімання охолоджуємо, а нагріваються катоди з сітковим керуванням периферійних токос'мов і котушка збудження розділені охолоджуваних екраном з немагнітного матеріалу.
Проведений патентний пошук показав відсутність КАЕЕ з пропонованої сукупністю ознак.
Таким чином, в даному випадку відомі елементи об'єднані новими зв'язками, надають нові властивості КАЕЕ, що проявилися в позитивних ефектах, внаслідок чого рішення може бути визнано мають винахідницький рівень.
Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому показаний поздовжній осі обертання ротора розріз КАЕЕ в варіанті суміщення диска якоря з рухомою частиною муздрамтеатру (конструктивна схема).
 |
КАЕЕ складається з герметичного корпусу 1 з силовими входом 2, виходом 3 і управлінськими 4 електричними висновками. Усередині корпусу 1 на радіально-осьової магнітних підшипниках 5 вертикально закріплений вал 6. Магнітна опора 5 складається з рухомої 5а і нерухомою 5б частин; являє собою два конусоподібних диска постійних магнітів зі сплавів рідкоземельних металів і кобальту, намагнічених вздовж осі і зустрічно. У загальному випадку при необхідності магнітна опора 5 складатиметься з розрахункової кількості пар рухомих і нерухомих 5б дисків до повного урівноваження ваги рухомих частин КАЕЕ, самоцентруванню яких забезпечується конусоподібної формою дисків 5а і 5б. |
Рухомий диск 5а магнітної опори одночасно може служити маточиною ободкового супермаховика 7, навитого з високоміцних ниток, наприклад, скловолокна, бору, кевлара, графіту, кварцу, полімерів і т.д.
Масивний обід, навитий з надміцних волокон, забезпечує високу щільність накопиченої енергії і безпечний (Безосколкове) вихід з ладу в разі перевищення гранично допустимої швидкості обертання маховика.
Якщо це сталевий дріт міцністю 5000 Н / мм 2, то питома енергія акумулятора складе 3 × 10 5 Дж / кг.
Графітове волокно або кевлар забезпечить 10 6 Дж в кілограмі маси. Кварцові волокна (отримані в 70-х роках) міцністю 37000 н / мм 2 і щільністю в 2 рази більшою, ніж у графіту, забезпечать щільність енергії понад 5 · 10 6 Дж / кг або 1400 Вт · год / кг, тобто більше, ніж у двигунів внутрішнього згоряння (1000 Вт · год / кг).
Нові матеріали з вуглецю зі структурою графіту і алмазу забезпечать щільність енергії 2400 і 4200 Вт · год / кг (див. Наприклад Гулиа Н.В. Накопичувачі енергії. - М .: Наука, 1980, с. 88). Слід мати на увазі, що вже отримані полімерні матеріали, що перевершують по міцності алмази.
На валу 6 насаджений або виточується заодно якір 8 уніполярної машини, що складається з статорної муздрамтеатру 9, котушки збудження 10, периферійного термоемісійного (безконтактного) струмознімання 11 з сітковим керуванням 12 і центрального струмознімання 3, що працює за принципом термоемісіонного генератора. При цьому рухливий катод К центрального струмознімання 3 нагрівається струмами високої частоти від нерухомої обмотки 13, а анодом А служить охолоджуваний скачаний 14, ізольований від корпуса 1 і статора 9 уніполярної машини.
Нерухомий катод одного або декількох периферійних струмознімання 11 може нагріватися прямими струмами напруження.
Оскільки магнітна опора 5 володіє порівняно малою жорсткістю, для виключення руйнування ротора при випадковому поштовху, якір 8 виконаний циліндричним поєднаним з магнітопроводом з можливістю значного осьового переміщення вгору і вниз до упорів 15 і незначного горизонтального переміщення до упорів 16, службовців обмежувачами осьового і радіального переміщення.
Для цілей електромагнітного утримання (і повернення) якоря 8 в нормальне середнє положення служить і явнополюсное його виконання за рахунок серединної кільцевої виточки 17.
Обмежувачі осьового 15 і радіального 16 переміщення є підшипники ковзання з твердим мастилом, оскільки рідкі мастила в вакуумі не працездатні.
Як твердого змащення можуть бути використані різні композиції з наповнювачами з дисульфіду молібдену або більш термостійкого дисульфіду вольфраму, який витримує температуру до 3000 o C (див. Наприклад: А.А.Сілін Тертя і його роль в розвитку техніки. - М .: Наука , 1983, с. 126 - 128).
Як відомо мінімальна робоча температура катодів K і 11 повинна бути 700-800 o C.
Для захисту котушки збудження 10 від тепловипромінювання катода 11 периферійного струмознімання служить екран 18, який може бути виконаний у вигляді водяного каналу охолодження.
Усередині корпусу 1 створюється розрядження близько 10 -7 мм.рт. ст. У середовищі стільки розрядженого газу електрони поширюються практично безперешкодно, а потрібна величина знімається струму навантаження забезпечується розрахунковою площею нагрівається катода.
Наприклад, імпрегноване катод може дати струмознімання 8 а / см 2 при температурі 1000 o C, тобто такий же як і електрографітние щітки (див. Менкен Х., Гундлах Ф. Радіотехнічний довідник, тому. II., Госенергоіздат, М. - Л., 1962, с. 45).
Важливою особливістю термоемісійного струмознімання є незалежність втрат в ньому від швидкості обертання якоря 8. Крім того, якщо анод охолоджувати, то можливе отримання приросту, а не падіння напруги в такому змінному / контакті (див., Наприклад, Рогінський В.Ю. Сучасні джерела живлення , Енергія, 1969, с.53 - 59)
Для забезпечення незмінності прийнятого розташування катодів і анодів в зарядному і разрядном циклах прийнятий електромагнітний спосіб створення робочого магнітного потоку Ф, полярність якого в цьому випадку легко змінити напрямком струму в обмотці збудження 10, тобто режим роботи (зарядний або розрядний) при незмінному напрямку обертання якоря 8 визначається напрямом регульованого в широких межах струму в обмотці збудження 10.
Харчування якоря 8 постійним або змінним (безконтактний струмознімання працює випрямлячем при постійному потенціалі керуючої сітки 12) струмом через висновок 2 периферійного струмознімання і висновок 3 центрального струмознімання (поверхня А) при наявності напруження катодів і магнітного потоку збудження зумовить за законом електромагнітних сил розгін ротора і накопичення енергії в маховику 7.
Черговий режим характеризується відключенням нагрівання катодів периферійного і центрального струмознімання і зняттям струму збудження. При цьому всі види втрат в КАЕЕ будуть відсутні, що забезпечить необхідну тривалість зберігання енергії.
Відновлення харчування нагріваються катодів, сітки, що 12 і зміна напрямку струму в обмотці збудження 10 зумовлять розрядний режим роботи КАЕЕ.
При цьому ЕРС, що розвивається уніполярним генератором, буде дорівнює 
тобто пропорційна швидкості обертання якоря 8 і пронизливого його магнітного потоку, а характер і величина керуючого потенціалу сітки по нелінійному закону зумовить характер і величину вихідної напруги.
Незважаючи на те, що в принципі обмежень в отриманні потрібної одиничної потужності і енергоємності немає, в загальному випадку описану конструкцію треба розглядати як елемент, послідовно-паралельне з'єднання яких дозволить отримати будь-який діапазон по енергоємності, напрузі, струму і, отже, потужності.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Кінетичний акумулятор електричної енергії переважно для систем електропостачання споживачів, що містить корпус, Маховиковим накопичувач енергії, зарядно-розрядний електромагнітний орган і систему управління режимами роботи, що відрізняється тим, що в герметичному корпусі, в якому створено глибокий вакуум, на радіально-осьової трикулачні з обмежувачами осьового і радіального переміщення магнітних підшипниках, що служить одночасно маточиною ободкового супермаховика, навитого з високоміцних ниток, встановлений вертикально явнополюсний якір дискової уніполярної машини електромагнітного збудження з центральним і периферійних термоемісійного керованими струмознімання, при цьому самоцентруванню ротора забезпечується конусоподібної формою магнітної опори, обмежувачі осьового і радіального переміщення виконані у вигляді опорно-наполегливих підшипників на основі твердих самозмащувальних матеріалів, анод центрального термоемісійного струмознімання охолоджуємо, а нагріваються катоди з сітковим керуванням периферійних струмознімання і котушка збудження розділені охолоджуваних екраном.
Версія для друку
Дата публікації 10.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.