Изобретение относится к механике и может быть использовано в энергетике и применено с двигателями и механизмами различных мощностей. Технический результат состоит в повышении мощности. Центробежный усилитель мощности двигателя может крепиться на свободные концы двусторонних валов двигателей, на выходные валы редукторов и коробок передач, на транспортные колеса и вращающиеся валы. Он может быть изготовлен как отдельная машина в отдельном корпусе с собственным вращающимся валом с широким диапазоном мощностей и скоростей вращения. В центробежном усилителе мощности применены две пружины кручения и четыре центробежных груза. Пружины кручения витками расположены на втулках, которые расположены на валу двигателя. Один конец пружин кручения закреплен на вертикальной диагонали ромба, а на их вторые концы подвешены Z-образные фигуры, на которых подвешены на стропах центробежные грузы. Развиваемая мощность в эксперименте составила 61 Вт, а его коэффициент усиления составил 6,8. 1 ил.
Область техники, к которой относится изобретение.
Центробежный усилитель мощности двигателя относится к области энергетики. Центробежный усилитель мощности двигателя может крепиться на свободные концы двусторонних валов двигателей, выходные валы редукторов, коробок передач, транспортные колеса, вращающиеся валы. Он может изготовляться как отдельный механизм с собственным вращающимся валом с широким диапазоном мощностей и скоростей вращения. Центробежный усилитель мощности найдет применение к различным мощностям двигателей и механизмов.
Сущность изобретения.
Целью изобретения является увеличение мощности двигателя за счет центробежной силы вращающихся центробежных грузов.
Центробежный усилитель мощности двигателя, показанный на чертеже, состоит из усеченного ромба 1. В центре ромба сделано отверстие. На вертикальной диагонали ромба, на одинаковом расстоянии от центра, сделаны два отверстия по диаметру пружинной проволоки. В эти отверстия вставляются свободные концы винтовых пружин кручения 2 и 3. На этих концах пружин сделана резьба под круглые гайки 4 и 5. Вторая сторона свободных концов пружин 2 и 3 имеет по два смежных угла по 73°. На концах этой стороны пружин сделана резьба под гайки 6 и 7, в которых сделаны отверстия под винты 8 и 9. Раствор сторон пружин кручения составляет 70°. Угол наклона пружинной проволоки, где крепятся концы проволоки гайками 4 и 5, к вертикальной диагонали ромба составляет 15°. Стороны витков пружин кручения, где крепятся гайки 4 и 5, изогнуты на определенном расстоянии перпендикулярно плоскости витков. Проведем сборку центробежного усилителя мощности на свободный конец двустороннего вала электродвигателя. На вал электродвигателя 10 надеваем для нагрузки стальной круг, затем зажимную шайбу с наружным диаметром, большим наружного диаметра витков пружин 2 и 3, затем втулку 11, на нее надеваем винтовую пружину кручения 3, затем надеваем на вал электродвигателя ромб 1, конец пружины 3 вставляем в отверстие ромба и крепим гайкой 4. Затем надеваем вторую втулку 11, на нее вторую винтовую пружину кручения 2, ее конец вставляем в отверстие ромба и крепим круглой гайкой 5. Снова надеваем на вал электродвигателя вторую зажимную шайбу с наружным диаметром, большим наружного диаметра витков пружины 2, и закручиваем зажимную гайку. Витки пружин 2 и 3 находятся на втулках 11 и имеют свободный шарнирный ход. Ромб зажимается гайкой на валу электродвигателя через две втулки 11 и две зажимные шайбы. Сползание пружин 2 и 3 с втулок 11 ограничивают зажимные шайбы. На изогнутую сторону пружин 2 и 3 надеваем рычаги 12 и 13. Наклон этих рычагов к стороне пружин составляет 53°. В этих рычагах проделаны отверстия, одним отверстием рычаги надеваются на пружины 2 и 3, во вторые отверстия вставляем алюминиевые трубки 14 и 15. На вторые концы алюминиевых трубок вставляем рычаги 16 и 17, на которые вешаются центробежные грузы 18 и 19 при помощи стропов 20 и 21. В алюминиевых трубках 14 и 15 с торца проделаны вертикальные пазы и проделаны горизонтальные отверстия под винты 22 и 23. При помощи винтов 22 и 23 на алюминиевых трубках крепим детали 24 и 25 и стропы 26 и 27, на стропы вешаем центробежные грузы 28 и 29. На свободный конец пружины 2 накручиваем гайку 6 и при помощи винта 8 крепим деталь 24, гибкую связь 30 и гибкую связь 31. Гибкая связь 30 пропущена через отверстие ромба 1, гибкая связь 31 пропущена через отверстие детали 12.
Угол наклона гибкой связи 30 к горизонтальной диагонали ромба составляет 127°. В детали 24 проделан продольный открытый паз. Деталь 24 удерживает Z-образную фигуру с центробежными грузами в плоскости вращения. Гибкая связь 31 предотвращает сползание Z-образной фигуры по пружинной проволоке 2. На свободный конец пружины 3 накручиваем гайку 7 и при помощи винта 9 крепим деталь 25, гибкую связь 32 и гибкую связь 33. Гибкая связь 33 имеет угол наклона к диагонали 127°. Гибкая связь 33 пропущена через отверстие ромба 1, а гибкая связь 32 - через отверстие детали 13. В детали 25 проделан открытый паз. Назначение детали 25, гибких связей 32 и 33 аналогично назначению деталей 24, 31, 30.
Принцип работы.
При вращении центробежного усилителя мощности по часовой стрелке (см.чертеж) центробежные грузы 19 и 28 слева от вертикальной диагонали ромба, 18 и 29 справа от вертикальной диагонали ромба при помощи центробежных сил вытягивают стропы, раскручивают пружины 2 и 3 и при этом создают пару сил в отверстиях крепления гибких связей 30 и 33 и пару сил в местах крепления пружин круглыми гайками. Эти две пары сил создают суммарный вращающий момент, и он направлен в сторону вращения двигателя по часовой стрелке. Суммарный вращающий момент создает дополнительную мощность двигателю.
Расчет центробежного усилителя мощности двигателя.
Расчет усилителя проведем по экспериментальным данным. При эксперименте использовался электродвигатель мощностью 250 Вт, напряжением -220 В, 1500 оборотов в минуту.
Для подсчета мощности применялся амперметр переменного тока на 3 А. На вал электродвигателя насажена нагрузка.
Расчет центробежных сил проведем для центробежных грузов 19 и 28. Для центробежных грузов 18 и 23 силы будут аналогичны.
При вращении электродвигателя на центробежных грузах образуется сила
Fц=m·ω2·r,
m - масса центробежного груза, кг;
ω - угловая скорость вращения вала электродвигателя;
r - расстояние от оси вращения до центробежного груза, м;
P=5 г=0,005 кг;
для центробежного груза 19
r=90 мм=0,009 м
для центробежного груза 28
r=70 мм=0,007 м
центробежная сила для груза 19
Fц=m·ω2·r=0,0005·1502·0,09=1 кг
центробежная сила для груза 28
Fц=m·ω2·r=0,0005·1502·0,07=0,78 кг
| грузы 28 и 29 на расстоянии | 70 мм |
| грузы 18 и 19 на расстоянии | 90 мм |
I1=1,7 A
2. Определим ток, затраченный на вращение нагрузки при снятом с вала электродвигателя центробежного усилителя
I2=1,65 A
3. Определим ток, затраченный на вращение центробежного усилителя
I3=I1-I2=1,7-1,65=0,05 А
4. Определим мощность, затраченную на вращение центробежного усилителя
P1=I3·U·cosf=0,05·220·0,8=9 Вт
5. Определим ток, затраченный на вращение нагрузки и центробежного усилителя при действии центробежных сил
I4=1,3 A
6. Определим ток компенсации при действии центробежных сил
I5=I1-I4=1,7-1,3=0,4 А
7. Определим мощность, развиваемую центробежным усилителем
p2=I5·U·cosf=0,4·220·0,8=70,4 Вт
8. Определим полезную мощность, развиваемую центробежным усилителем
p3=p2-p1=70,4-9=61,4 Вт
9. Определим коэффициент усиления центробежного усилителя
Центробежный усилитель мощности двигателя, содержащий усеченный ромб, в центре которого сделано отверстие, на вертикальной диагонали ромба на одинаковом расстоянии от центра сделаны два отверстия по диаметру пружинной проволоки, в эти отверстия вставляются и крепятся гайками свободные концы пружинных проволок, которые изогнуты перпендикулярно плоскости витков винтовых пружин кручения, другие свободные концы пружинной проволоки имеют по два смежных угла по 73°, раствор сторон пружинных проволок на винтовых пружинах кручения составляет 70°, винтовые пружины кручения расположены по разные стороны усеченного ромба, витки винтовых пружин кручения надеты на втулки, которые надеваются на вал двигателя, с обеих сторон втулок расположены зажимные шайбы, которые зажимаются зажимной гайкой, наружный диаметр зажимных шайб больше наружного диаметра витков винтовых пружин кручения, на свободные концы изогнутых сторон пружин кручения надеты рычаги, по концам которых сделаны цилиндрические отверстия, во вторые отверстия рычагов вставляются алюминиевые трубки перпендикулярно рычагам, на вторые концы алюминиевых трубок надеваются рычаги перпендикулярно алюминиевым трубкам, на этих рычагах на стропах вешаются центробежные грузы, одна из сторон алюминиевых трубок выпущена из рычагов и в них сделаны вертикальные пазы, перпендикулярно пазам в трубках проделаны горизонтальные отверстия, в этих отверстиях при помощи винтов крепятся плоские детали и стропы, на которые вешаются центробежные грузы, на свободных концах изогнутой части винтовых пружин кручения расположены гайки, в которых проделаны горизонтальные отверстия, в этих отверстиях при помощи винтов закреплены плоские детали и по две гибкие связи, одни гибкие связи соединены с отверстиями, расположенными на горизонтальной диагонали ромба, эти гибкие связи имеют угол наклона к горизонтальной диагонали ромба 127°, вторые гибкие связи соединены с рычагами ромба, которые расположены на пружинных проволоках, угол наклона этих рычагов к пружинной проволоке составляет 53°, отверстия на горизонтальной диагонали ромба расположены на одинаковом расстоянии от центра.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано, например, для насосной техники по перекачке жидкостей. Технически результатом является защита статорной обмотки электродвигателя двигатель-насоса от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, уменьшение нагрева перекачиваемой жидкости и двигатель-насоса в целом, повышение энергетических показателей, снижение потери энергии, повышение КПД и улучшение массогабаритных показателей насосного агрегата. В аксиальном центробежном двигателе-насосе статор электродвигателя герметично отделен от проточной части двигатель-насоса мембраной, изготовленной из диэлектрического материала. Магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо с лопастями. Рабочее колесо-ротор установлено на неподвижно закрепленную в корпусе ось с возможностью свободного вращения. 2 ил. 
Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано, например, для насосной техники по перекачке жидкостей.
Известен двигатель-насос (Гайтов Б.Х. Управляемые двигатели-машины. M.: Машиностроение, 1981, 183 с., с.157), содержащий статор электродвигателя, представляющий собой магнитопровод с пазами, в которые уложена первичная обмотка (как правило, трехфазная, хотя в отдельных случаях может быть и однофазная), массивный ротор-рабочее колесо, представляющее собой полый барабан, на внутренней поверхности которого размещены лопаточные венцы осевого насоса.
Однако в таком двигателе-насосе за счет большого активного сопротивления массивного ротора-рабочего колеса имеют место повышенные потери, основная доля которых рассеивается в окружающее пространство в виде тепла. За счет этих потерь перекачиваемая таким насосом жидкость нагревается и теряет вязкость, что в ряде случаев, например при перекачке нефти и нефтепродуктов, является эффективным, но неприемлемо для многих других жидкостей, так как может привести к их недопустимому нагреву и изменению их физических свойств.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по физической сущности и достигаемому результату является насос аксиальной конструкции для перекачки нефтепродуктов (см. патент №2098667, 1997 г., Бюл. №34, авторы Гайтов Б.Х., Копелевич Л.Е., Письменный В.Я.), содержащий корпус, смонтированные в нем статоры электродвигателя и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя и выполненное в виде связанных между собой двух роторов-дисков, расположенных между двумя торцовыми поверхностями двух статоров электродвигателя с необходимыми воздушными зазорами, причем один из статоров электродвигателя является отключаемым от сети питания независимо от другого, а насос снабжен установленным в корпусе на подшипниках валом, на котором закреплено рабочее колесо. В современном представлении магнитопроводы статоров и роторов описанного выше насоса являются аксиальными, поскольку магнитные потоки статоров и роторов направлены вдоль их общей оси.
Однако такая конструкция насоса не предусматривает защиту статорной обмотки от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, что может привести к повреждению изоляции обмотки статора с последующим коротким замыканием обмотки. Существенным недостатком такого насоса является наличие массивных роторов-дисков, изготовленных из конструкционной стали, приводящее к неоправданно большим потерям мощности на вихревые токи в массиве роторов-дисков и магнитный гистерезис, что приводит к сильному нагреву ротора и, следовательно, к большим потерям энергии и существенному снижению КПД насоса. Отсутствие обмоток на роторах-дисках снижает энергетические показатели насоса в целом. Кроме того, стальные массивные роторы-диски обладают большой массой, вследствие чего ухудшают массогабаритные показатели насосного агрегата в целом, роль обмоток выполняет конструкционная сталь, имеющая большое активное сопротивление. Вал, соединяющий роторы такого насоса, должен иметь достаточно большой диаметр и, соответственно, большую массу для передачи крутящих и изгибающих моментов, осевых и радиальных усилий, что также приводит к ухудшению массогабаритных показателей насоса.
Данное изобретение решает задачу защиты статорной обмотки электродвигателя насоса от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, уменьшения нагрева перекачиваемой жидкости и насоса в целом, повышения энергетических показателей, снижения потерь энергии, повышения КПД и улучшения массогабаритных показателей насосного агрегата.
Для этого статор электродвигателя насоса, а по существу, как наиболее удачно названного в монографии Гайтова Б.Х. (Управляемые двигатели-машины. М.: Машиностроение, 1981, 183 с., с.157) - двигатель-насоса, герметично отделяется от проточной части двигатель-насоса мембраной, изготовленной из диэлектрического материала и защищающей обмотку статора от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости. Магнитопровод ротора выполняется шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессовывается в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигатель-насоса с лопастями. Полученное таким образом свободно вращающееся рабочее колесо-ротор двигатель-насоса устанавливается на неподвижно закрепленной в корпусе оси (валу, не несущем вращающего момента).
На фиг.1 изображен общий вид аксиального центробежного двигатель-насоса в разрезе, на фиг.2 - сечения А-А и В-В.
Аксиальный центробежный двигатель-насос содержит корпус 1, смонтированный в нем статор 2 электродвигателя, представляющий собой аксиальный шихтованный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка 3, и рабочее колесо-ротор 4. Статор 2 электродвигателя герметично отделен от проточной части 5 насоса тонкой мембраной 6 из диэлектрического материала, а рабочее колесо-ротор 4, выполненное из легкого алюминиевого сплава, имеет шихтованный аксиальный магнитопровод 8, в пазы которого уложена короткозамкнутая обмотка 7. Рабочее колесо-ротор 4 установлено свободно вращающимся на неподвижно закрепленной в корпусе оси 9.
Аксиальный центробежный двигатель-насос работает следующим образом. При подключении трехфазной обмотки 3 статора 2 электродвигателя к питающей трехфазной сети создается вращающий электромагнитный момент по общеизвестному принципу работы асинхронного двигателя, приводящий рабочее колесо-ротор 4 во вращение. При вращении рабочего колеса-ротора 4 жидкость в проточной части 5, увлекаемая рабочим колесом-ротором 4, также приходит во вращение. При этом на жидкость в проточной части 5 действуют центробежные силы, перекачивающие жидкость по общеизвестному принципу работы обычных центробежных насосов.
Предлагаемое изобретение, выполняя функцию насоса, как и прототип, в тоже время в отличие от него, позволяет с помощью мембраны из диэлектрического материала защитить статорную обмотку аксиального центробежного двигателя-насоса от вредного воздействия перекачиваемой жидкости, уменьшить нагрев перекачиваемой жидкости за счет снижения потерь на вихревые токи и магнитный гистерезис, повысить энергетические показатели насоса в целом за счет выполнения рабочего-колеса ротора с шихтованным магнитопроводем с обмоткой, снизить потери энергии и повысить КПД за счет уменьшения потерь на магнитный гистерезис. Потери на магнитный гистерезис уменьшаются в предлагаемом изобретении в силу магнитных свойств электротехнической стали, из которой выполнен магнитопровод рабочего колеса-ротора. Уменьшить потери мощности на вихревые токи позволяет выполнение магнитопровода рабочего колеса-ротора шихтованным. Улучшение массогабаритных показателей насоса обеспечивается за счет частичного выполнения рабочего колеса-ротора из легкого алюминиевого сплава и обеспечения передачи вращающего момента за счет электромагнитных сил, что позволяет заменить приводной вал, имеющий большой диаметр и, соответственно, массу, на неподвижно закрепленную ось малого диаметра и малой массы.
Аксиальный центробежный двигатель-насос, содержащий корпус, смонтированный в нем статор электродвигателя, представляющий собой аксиальный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка, и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя, отличающийся тем, что статор электродвигателя герметично отделен от проточной части мембраной из диэлектрического материала, а магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигатель-насоса, причем полученное таким образом свободно вращающееся рабочее колесо-ротор двигатель-насоса установлено на неподвижно закрепленной в корпусе оси.
www.freepatent.ru
Изобретение относится к насосостроению. Двигатель-насос содержит корпус, смонтированный в нем статор (С) электродвигателя и рабочее колесо (РК), являющееся ротором (Р) электродвигателя. Магнитопровод Р выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава РК. С представляет собой аксиальный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка. Для уменьшения зазора между С и Р по периметру С выполняются кольцевые канавки полукруглого сечения, в которые укладываются диэлектрические тела качения. По периметру РК также выполняются кольцевые канавки полукруглого сечения, посредством которых РК надевается на диэлектрические тела качения с возможностью вращения. За счет полученного таким образом уменьшения зазора, ограниченного только состоянием поверхностей С и Р, уменьшаются магнитное сопротивление и токи, необходимые для создания требуемого магнитного потока. Требуемое сечение проводов обмоток благодаря этому уменьшается, массогабаритные показатели агрегата улучшаются, его стоимость снижается, потери энергии уменьшаются, КПД повышается. Также предотвращается перекос Р относительно С, что повышает надежность работы насосного агрегата в целом. Выполнение тел качения из диэлектрика уменьшает нагрев перекачиваемой жидкости за счет снижения потерь на вихревые токи и магнитный гистерезис в телах качения. 3 ил.
Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано, например, для насосной техники по перекачке жидкостей.
Известен насос аксиальной конструкции для перекачки нефтепродуктов (см. патент №2098667, 1997 г., Бюл. №34, авторы Гайтов Б.Х., Копелевич Л.Е., Письменный В.Я.), содержащий корпус, смонтированные в нем статоры электродвигателя и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя и выполненное в виде связанных между собой двух роторов-дисков, расположенных между двумя торцовыми поверхностями двух статоров электродвигателя с необходимыми воздушными зазорами, причем один из статоров электродвигателя является отключаемым от сети питания независимо от другого, а насос снабжен установленным в корпусе на подшипниках валом, на котором закреплено рабочее колесо. В современном представлении магнитопроводы статоров и роторов описанного выше насоса являются аксиальными, поскольку магнитные потоки статоров и роторов направлены вдоль их общей оси.
Однако такая конструкция насоса не предусматривает защиту статорной обмотки от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, что может привести к повреждению изоляции обмотки статора с последующим коротким замыканием обмотки. Существенным недостатком такого насоса является наличие массивных роторов-дисков, изготовленных из конструкционной стали, приводящее к неоправданно большим потерям мощности на вихревые токи в массиве роторов-дисков и магнитный гистерезис, что приводит к сильному нагреву ротора и, следовательно, к большим потерям энергии и существенному снижению КПД насоса. Отсутствие обмоток на роторах-дисках снижает энергетические показатели насоса в целом. Кроме того, стальные массивные роторы-диски обладают большой массой, вследствие чего ухудшают массогабаритные показатели насосного агрегата в целом. Роль обмоток здесь выполняет конструкционная сталь, имеющая большое активное сопротивление. Вал, соединяющий роторы такого насоса, должен иметь достаточно большой диаметр и соответственно большую массу для передачи крутящих и изгибающих моментов, осевых и радиальных усилий, что также приводит к ухудшению массогабаритных показателей насоса.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по физической сущности и достигаемому результату является аксиальный центробежный двигатель-насос (см. патент №2284426 (РФ), 2006 г., Бюл. №27, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М и др.), содержащий корпус, смонтированный в нем статор электродвигателя, представляющий собой аксиальный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка, и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя, причем статор электродвигателя герметично отделен от проточной части мембраной из диэлектрического материала. Магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигателя-насоса. Полученное таким образом свободно вращающееся рабочее колесо-ротор двигателя-насоса установлено на неподвижно закрепленной в корпусе оси.
Существенным недостатком такого аксиального центробежного двигателя-насоса является наличие большого воздушного зазора между магнитопроводами статора и ротора, приводящее к увеличению магнитного сопротивления, а, следовательно, к увеличению токов, необходимых для создания требуемого магнитного потока (тока намагничивания), то есть к увеличению требуемого сечения проводов обмоток и соответственно к ухудшению массогабаритных показателей аксиального центробежного двигателя-насоса, увеличению его стоимости и увеличению потерь энергии. Недостатком такого аксиального центробежного двигателя-насоса, как и любой аксиальной электрической машины, является также наличие большого осевого (аксиального) электромагнитного усилия, вызванного в результате притяжения ротора и статора. Это усилие ведет к преждевременному выходу из строя подшипниковых узлов, что уменьшает надежность работы двигателя-насоса, а наличие подшипниковых узлов, необходимых в прототипе для обеспечения возможности вращения ротора, усложняет конструкцию двигателя-насоса в целом. Кроме того, перекос ротора относительно статора, вызванный большим осевым (аксиальным) электромагнитным усилием, может привести к заклиниванию ротора, что снижает надежность работы насосного агрегата в целом.
Данное изобретение решает задачу уменьшения зазора между статором и ротором двигателя-насоса, улучшения его массогабаритных показателей, снижения стоимости и потерь энергии, повышения КПД, упрощения конструкции и повышения надежности насосного агрегата в целом.
Для этого по периметру статора двигателя-насоса выполняются кольцевые канавки полукруглого сечения, в которые укладываются диэлектрические тела качения, а по периметру рабочего колеса-ротора двигателя-насоса также выполняются кольцевые канавки полукруглого сечения, посредством которых рабочее колесо-ротор двигателя-насоса устанавливается на диэлектрические тела качения с возможностью вращения.
На фиг.1 изображен общий вид аксиального центробежного двигателя-насоса в разрезе, на фиг.2 - увеличенное изображение кольцевых канавок полукруглого сечения, на фиг.3 - сечения А-А и Б-Б.
Аксиальный центробежный двигатель-насос содержит корпус 1, смонтированный в нем статор 2 электродвигателя, представляющий собой аксиальный шихтованный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка 3, и рабочее колесо-ротор 4, по периметру которого выполнены кольцевые канавки 10 полукруглого сечения (фиг.2). Статор 2 электродвигателя герметично отделен от проточной части 5 насоса тонкой мембраной 6 из диэлектрического материала, а рабочее колесо-ротор 4, выполненное из легкого алюминиевого сплава, имеет шихтованный аксиальный магнитопровод 8, в пазы которого уложена короткозамкнутая обмотка 7. Рабочее колесо-ротор 4 посредством кольцевых канавок 10 установлено с возможностью вращения на диэлектрические тела качения 9, уложенные в кольцевые канавки 11 полукруглого сечения (фиг.2) по периметру статора 2.
Аксиальный центробежный двигатель-насос работает следующим образом. При подключении трехфазной обмотки 3 статора 2 электродвигателя к питающей трехфазной сети создается вращающий электромагнитный момент по общеизвестному принципу работы асинхронного двигателя, приводящий рабочее колесо-ротор 4 во вращение. При вращении рабочего колеса-ротора 4 жидкость в проточной части 5, увлекаемая рабочим колесом-ротором 4, также приходит во вращение. При этом на жидкость в проточной части 5 действуют центробежные силы, перекачивающие жидкость по общеизвестному принципу работы обычных центробежных насосов.
Предлагаемое изобретение, выполняя функцию насоса, как и прототип, в то же время в отличие от него позволяет: уменьшить зазор между статором и ротором двигателя-насоса за счет повышения жесткости конструкции, обусловленной большой опорной поверхностью рабочего колеса-ротора благодаря размещению тел качения по всему периметру статора и рабочего колеса-ротора, ограничив величину зазора только состоянием поверхностей (шероховатость и плоскостность) статора и ротора; улучшить массогабаритные показатели насосного агрегата, снизить его стоимость, упростить конструкцию и повысить надежность насосного агрегата в целом за счет выполнения двигателя-насоса без подшипников и вала (оси), а также снизить потери энергии и соответственно повысить КПД за счет выполнения тел качения из диэлектрика, уменьшая тем самым нагрев перекачиваемой жидкости за счет снижения потерь на вихревые токи и магнитный гистерезис в телах качения.
Аксиальный центробежный двигатель-насос, содержащий корпус, смонтированный в нем статор электродвигателя, представляющий собой аксиальный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка, и рабочее колесо двигателя-насоса, являющееся ротором электродвигателя, а магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигателя-насоса, отличающийся тем, что по периметру статора двигателя-насоса выполнены кольцевые канавки полукруглого сечения, в которые уложены диэлектрические тела качения, а по периметру рабочего колеса-ротора двигателя-насоса также выполнены кольцевые канавки полукруглого сечения, посредством которых рабочее колесо-ротор двигателя-насоса установлено на диэлектрические тела качения с возможностью вращения.
www.findpatent.ru
Одним из первых вариантов центробежного двигателя было сегнерово колесо. Но даже если убрать гидродинамическое сопротивление, его КПД=1. Гидродинамическое же сопротивление можно убрать, создав последовательность вихрей Бенара. А это уже полностью меняет ситуацию. Но для того, чтобы понять ситуацию, вначале рассмотрим структуру вихря Бенара и действующие в нём силы.
В вихре Бенара среда по внутреннему потоку (коричневый цвет) поднимается вверх с правым направлением вращения (если смотреть снизу). В вершине вихря среда переходит из внутреннего потока в наружный поток также с правым направлением вращения (если смотреть из центра). По наружному потоку среда опускается вниз всё с тем же правым направлением вращения (если смотреть сверху). И в основании вихря среда переходит из наружного потока во внутренний поток всё с тем же правым направлением вращения (если смотреть с периферии). Но в южном полушарии Земли в вихре Бенара во всех этих ситуациях формируется левое направление вращения. Поэтому дальше будем просто говорить вихрь правого направления вращения и вихрь левого направления вращения.
Таким образом, в вихре Бенара появляется трение скольжения как в осевом, так и в тангенциальном направлении. А для любой силы должна существовать противодействующая сила. А т.к. мы имеем дело с вращением, то работать должен не 3-й закон Ньютона, а правило прецессии. В моей трактовке это правило выглядит следующим образом. Действующей силе противодействует перпендикулярно направленная сила, которая смещена в направлении вращения. В качестве примера можно привести рисунок.
Гидродинамическое сопротивление действует в направлении движения бумажного цилиндра. Противодействующая же сила перпендикулярна действующей и смещена в сторону вращения, в связи с чем бумажный цилиндр и отклоняет свою траекторию в направлении стола.
Применим это правило к потокам вихря Бенара. Т.к. площадь сечения внутреннего потока меньше площади сечения наружного потока, то осевая скорость движения внутреннего потока больше осевой скорости наружного потока. И мы можем сказать, что внутренний поток вращается относительно внешнего потока. При этом появляется трение скольжения в осевом направлении. Силе же трения скольжения противодействует сила, действующая по радиусу. А т.к. внутренний поток вращается относительно внешнего, то противодействующая сила имеет центростремительный характер. Но по наружному потоку среда опускается вниз с меньшей осевой скоростью движения. А закон сохранения момента количества движения требует, чтобы скорость вращения наружного потока была больше скорости вращения внутреннего потока. Т.е. наружный поток вращается относительно внутреннего потока. Появляющаяся при этом сила трения тангенциального направления формирует противодействующую силу радиального направления. А т.к. наружный поток вращается относительно внутреннего, то эта сила имеет центробежный характер. Т.е. вихрь Бенара формирует как центростремительную, так и центробежную силу. И по идее они должны быть равны друг другу. Но осевая скорость внутреннего потока больше осевой скорости наружного потока. И вращающийся внутренний поток проносится относительно вращения внешнего потока. Поэтому эффективная величина скорости вращения внутреннего потока увеличивается. И разница скоростей вращения между потоками уменьшается. Следовательно, уменьшается и величина центробежной силы. Таким образом, в вихре Бенара величина центростремительной силы больше величины центробежной силы. На внутренний поток со всех сторон действует эта разница сил. И по правилу прецессии противодействующая сила направлена в осевом направлении, действуя в направлении движения внутреннего потока (ведь внутренний поток вращается относительно внешнего).
Следовательно, вихрь Бенара уже имеет свойство вечного двигателя. Ведь без взаимодействия с внешней средой вихрь только за счёт своих внутренних свойств порождает силу, действующую в направлении движения внутреннего потока. Причём эта сила имеет вихревой характер, в связи с чем дальше мы будем называть её торсионной силой. Но как же можно создать последовательность вихрей Бенара? Нет ничего проще. Скорость внутреннего потока вихря Бенара больше скорости внешнего его потока. Поэтому надо сформировать соответствующим образом течение. А для этого можно использовать трубу в трубе, уменьшив входное сечение в зазор между трубами (т.е. эжектор своеобразной конструкции).
При этом площадь сечения внутренней трубы 1 равна площади сечения зазора между трубами 1 и 2. Суммарная же площадь отверстий (показанных стрелками) входа в зазор между трубами в 1.618 раз меньше площади его сечения. При этом формироваться будут вихри правого направления вращения. На сайте Заряд.ком пользователь brux использовал эту логику и получил приращение дальности полёта струи по сравнению с гладкой трубой такого же диаметра.
На рисунке чётко видны границы между отдельными вихрями Бенара. Ведь взаимодействие между вершиной заднего вихря и основанием переднего вихря закручивает поток, что мы и видим на рисунке. Эта картина была получена на малом давлении. При увеличении же давления прирост дальности полёта струи резко увеличился (для замера не хватило длины ванны). Но мы с другом (Фаридом Сагдеевым) испытали и другой вариант с таким же результатом.
Т.е. площадь сечения уменьшена в 1,618 раз на входе во внутреннюю трубу (испытания велись на приставке к карбюратору, что в обоих вариантах эжектора уменьшило расход бензина на 20%). Т.е. вихри Бенара создаются и в этом варианте. И на мой взгляд в этом варианте создаются вихри Бенара левого направления вращения.
Но это не единственный способ создания вихрей Бенара. Вихри Бенара создаются и соплами Котоусова.
Об этом свидетельствует увеличение дальности полёта струи, что Котоусов и проверил экспериментально (описание дано на сайте khd2). А т.к. мы живём в галактике с правым направлением вращения, то сопла Котоусова должны формировать вихри правого направления вращения. Стоит отметить, что угол конуса получен с использованием золотого сечения (90 градусов надо разделить на 1.618 в степени n).
Более совершенный вариант предложил Шкандюк Михаил Петрович (будем называть его вводом Петровича).
Результат был отрицательный, в чём повинен и я (принимал активное участие, давая советы). Предложенный мной вариант эжектора (испытанный brux, рисунок выше) создавал вихри правого направления вращения (что видно из рисунка). Спираль же ротора двигателя намотана также с правым направлением вращения. А по стенкам трубок скользит внешний поток вихря Бенара, который только при взгляде сверху имеет правое направление вращения. При взгляде же в направлении движения потока внешний поток вихря Бенара имеет левое направление вращения. Т.е. созданные эжектором вихри Бенара тут же разрушались направлением вращения спиралей ротора. Т.е. этот вариант намотки спиралей ротора требовал создания вихрей Бенара левого направления вращения. А т.к. этого не было сделано, то и был получен отрицательный результат.
Поэтому вихри Бенара можно создать и профилем логарифмической спирали.
Вихри Бенара созданы. Но они создают малую величину КПД, незначительно превышающую 1 (о чём можно судить по рисунку brux). К тому же нам желательно прямолинейное движение преобразовать во вращательное движение. А это позволяют сделать центробежные двигатели. Попытку создания центробежного двигателя сделал тот же brux на сайте Заряд.ком.
Результат был отрицательный, в чём повинен и я (принимал активное участие, давая советы). Предложенный мной вариант эжектора (испытанный brux, рисунок выше) создавал вихри правого направления вращения (что видно из рисунка). Спираль же ротора двигателя намотана также с правым направлением вращения. А по стенкам трубок скользит внешний поток вихря Бенара, который только при взгляде сверху имеет правое направление вращения. При взгляде же в направлении движения потока внешний поток вихря Бенара имеет левое направление вращения. Т.е. созданные эжектором вихри Бенара тут же разрушались направлением вращения спиралей ротора. Т.е. этот вариант намотки спиралей ротора требовал создания вихрей Бенара левого направления вращения. А т.к. этого не было сделано, то и был получен отрицательный результат.
Для того чтобы центробежный двигатель работал хоть в рассматриваемом варианте, хоть в плоском варианте логарифмической спирали, направление вращения вихрей Бенара обязано быть обратным направлению намотки спиралей (создание же вихрей любого направления вращения проблемой не является). В этом случае созданные на входе в ротор вихри Бенара будут работать. А т.к. в каждой точке траектории осевое направление движения вихрей изменяется, то формируемая вихрями сила (кстати, также имеющая вихревой, т.е. торсионный характер) будет действовать на стенку спирали, раскручивая ротор. И при достижении определённых оборотов двигатель начнёт вырабатывать дополнительную (халявную) энергию. Стоит отметить, что при работе центробежного двигателя на воде она будет нагреваться. Ведь в трубке Ранка создаётся вихрь Бенара, внешний поток которого уходит в прямом направлении, а внутренний в обратном. Если средой служит воздух, трубка его охлаждает. А когда Потапов загнал в трубку воду, то она стала нагреваться. Т.к. в центробежном двигателе создаются вихри Бенара, то при движении воды по циркулю она также будет нагреваться.
К числу центробежных двигателей в принципе можно отнести и имплозионный двигатель Шаубергера.
На взгляд официозной физики двигатель является полной ахинеей. Ведь струя из «рогов антилопы куду» вылетает в том же направлении, куда крутится и ротор. А куда исчезла столь привычная нам отдача? Тем не менее на рисунке нет никакой ошибки. Ведь вихрь Бенара двигается в том же направлении, в котором он создаёт торсионную силу. А Шаубергеровы рога куду только то и делают, что создают вихри Бенара. Как же они это делают? Нам придётся для этого вспомнить сопла Котоусова. В соплах Котоусова конус (в основе формирования которого используется золотое сечение) формирует вихри Бенара. Если посмотреть на спирали в правой верхней части рисунка, то видно, что они сужаются к концу. Т.е. в выпрямленном виде они вполне возможно имеют конусность на основе золотого сечения (1 : 1.618), так же как и в соплах Котоусова. Но в принципе этого он мог и не делать. Ведь вращение среды он создаёт формой трубки, подобной канавкам в нарезном оружии и спиральной формой трубки. А это равноценно тангенциальному входу в вводе Петровича. Но во вводе Петровича создаётся малое число вихрей. На длине же Шауберговского рога вихрей укладывается больше. А каждый из вихрей формирует торсионную силу. И если в конструкции подобной конструкции brux вихри создают давление на стенку спирали, раскручивая ротор, то у Шаубергера используется винтовая спираль, не позволяющая использовать центробежную силу. Сами же вихри Бенара гидродинамического сопротивления не создают. И создаваемую ими силу вихри при вылете из сопла унесут вместе с собой. И как говорится, грех не использовать того, что природа предоставила в наше распоряжение.
И Шаубергер нашел способ, как заставить эту силу работать. Ведь если вихри разрушить, то эта сила достанется детали разрушающей вихри. Но при этом скорость потока резко уменьшится, что практически уничтожит полученный эффект. Значит скорость потока надо вновь увеличить. А эту цель в полном объёме выполняет следующая деталь.
Сопло Шаубергера имеет сложную конструкцию. На входе в него расположена (назовём её так) двусторонняя косозубая шестерня. Её передняя часть имеет наклон противоположный направлению вращения вихрей Бенара, что и разрушает их. Но для создания новых вихрей Бенара (позволяющих увеличить скорость потока) требуется вращение (что во вводе Петровича создаётся тангенциальным входом). Этой цели служит противоположный наклон задней части шестерни. Вращающийся поток поступает в конус с небольшим углом наклона. Вихри созданы, но их скорость движения маловата. Поэтому Шаубергер расположил второй конус с существенно большим углом наклона. Т.е. передняя часть косозубой шестерни приняла на себя «удар» торсионной силы, созданной вихрями Бенара. А она направлена в сторону выхода из сопла. Поэтому и вылетающий из сопла поток «тянет» за собой и ротор имплозионного двигателя Шаубергера.
В конструкциях же подобных конструкции brux (или в плоском варианте логарифмической спирали) вихри работают только в пределах спирали. И создаваемая ими торсионная сила бесполезно вылетает из спирали. В принципе можно было бы использовать сопло Шаубергера. Но вихри вращают спираль в одну сторону, а сопло Шаубергера ловит силу, действующую в противоположном направлении. Конечно же можно развернуть сопло в противоположную сторону (используя небольшую кривизну, т.к. угол близкий к прямому вихри может уничтожить). Конечно, на этом участке будет теряться часть энергии, которая с лихвой будет компенсироваться энергией улавливаемой соплом Шаубергера. Но возможно будет работать и следующая логика (требует проверки), основанная на логике работы сопла Лаваля.
Хотя я по образованию и ракетчик, но со стендовыми испытаниями я дела не имел. На сайте же Тестатика пользователь denflyer выложил экспериментальную картинку поведения плазмы, вылетающей из сопла Лаваля ракетного двигателя.
И по его утверждению центральная часть в виде импульсов двигается против направления движения потока. Кстати, само сопло Лаваля также не лезет ни в какие физические ворота.
Если мы создадим расширение в трубе, то скорость потока упадёт. А расширение в сопле Лаваля напротив увеличивает скорость потока до сверхзвуковой. Вспомним рассмотренный выше ввод Петровича. На выходе из конуса мы получаем вихри Бенара. Если же вход будет не тангенциальный, а по прямой, то конус будет создавать только вращающийся поток. Вращающийся поток поступает в расширяющийся конус сопла Лаваля. Т.е. после критического сечения мы получаем обратный ввод Петровича ( только вместо тангенциального входа вращение в расходящейся части сопла создано сходящимся конусом). И по идее мы должны также получить вихри Бенара. И действительно на предыдущем рисунке приведена последовательность вихрей (но уже не прямого, а обратного направления движения). Нормальный вихрь Бенара в свободном состоянии требует поступления в него массы через внешний поток в основании вихря. Но в сопле Лаваля расширяющийся конус формирует разрежение, которое неспособно поставлять массу вихрю Бенара. И более того, разрежение напротив требует поступления массы из вихря. Поэтому последовательность вихрей уменьшает свои размеры, что видно на рисунке в виде сужающегося конуса, в центральной части которого видны внутренние потоки последовательности вихрей. И если нормальные вихри Бенара поглощают массу в своём основании, то вихри Бенара в сопле Лаваля напротив отдают свою массу внешнему потоку в своей вершине. А мы знаем, что осевая скорость движения внутреннего потока больше скорости внешнего потока. Поэтому и скорость движения среды на выходе из сопла Лаваля является сверхзвуковой. Т.е. сверхзвуковую скорость создаёт не само расширение, а формируемые после критического сечения сопла Лаваля вихри Бенара. А т.к. среда внутреннего потока вращается, то это вращение передаётся наружу. И на стенке сопла Лаваля мы имеем увеличение гидродинамического сопротивления за счёт вращающегося потока. При этом в сопле Лаваля вихри Бенара неспособны создавать торсионную силу. Ведь вихри отдают вовне свою массу, поэтому центробежная сила больше центростремительной силы (и торсионной силы не формируется). Поэтому играет роль только взаимодействие вращающегося потока со стенками сопла (поэтому и нежелателен отрыв потока от стенок).
В спиралях же ротора центробежного двигателя мы уже создали вращение последовательностью вихрей Бенара. И мы можем использовать только половинку сопла Лаваля после критического сечения.
Возникает та же ситуация, которая наблюдалась в полноценном сопле Лаваля. Т.е. вихри Бенара также отдают свою массу внешнему потоку. И также масса отдаётся через вершину вихря. Но внешние потоки в половинке, и в полноценном потоке Лаваля двигаются в противоположных направлениях. Поэтому в одном случае (полноценного сопла Лаваля) тяга будет иметь нормальное направление. А во втором случае (в половинке сопла) тяга будет иметь противоположное направление (т.е. в направлении движения потока). Поэтому на мой взгляд вместо сопла Шаубергера можно использовать половинку сопла Лаваля, получив тот же результат. Ведь в половинке сопла Лаваля поток не тормозится, а напротив ускоряется. И половинка сопла Лаваля, также как и сопло Шаубергера, позволит утилизировать создаваемую вихрями Бенара торсионную силу.
Но и во вводе Петровича, и в сопле Лаваля среда двигается внутри конуса. А мы ведь можем организовать и движение среды снаружи конуса, намотав на него трубки. Скажем, как это сделал Шаубергер в своём домашнем генераторе.
В генераторе встречается как сходящийся, так и расходящийся конус. Естественно, что вихревое движение можно формировать проще, чем это делал Шаубергер. Уже сходящийся конус сопла Котоусова создаёт вихри Бенара внутри конуса. Вероятно, и в трубках, намотанных на сходящийся конус с углом Котоусова, также будут формироваться вихри Бенара, причём, как и в сопле Котоусова, правого направления вращения. Но трубки мы можем намотать и на расходящийся конус с углом Котоусова. И в отличие от сопла Лаваля в трубках будет отсутствовать разрежение, поэтому существованию вихрей в трубках ничего не угрожает. Но в спиралях на сходящемся конусе и на расходящемся конусе не могут формироваться одинаковые вихри Бенара. Т.е. в спиралях, намотанных на расходящийся конус с углом Котоусова, формироваться будут вихри Бенара левого направления вращения. Естественно, что в спиралях на расходящемся конусе с любым углом существовать могут только вихри левого направления вращения. Ведь при движении вихря по спирали со стенкой спирали встречается его вершина. И направление вращения в вершине должно совпадать с направлением намотки спирали. В противном случае вихри будут разрушены, что и произошло в спиралях ротора brux. Это свойство (несовпадения направления вращения вихрей и направления спиралей) использовано для разрушения вихрей и в сопле Шаубергера. Кстати, на мой взгляд домашний генератор Шаубергера неработоспособен. Вихри, созданные сходящейся спиралью, будут уничтожены в расходящейся спирали.
♦
khd2.narod.ru
Изобретение относится к насосостроению. Двигатель-насос содержит корпус, смонтированный в нем статор (С) электродвигателя и рабочее колесо (РК), являющееся ротором (Р) электродвигателя. Магнитопровод Р выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава РК. С представляет собой аксиальный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка. Для уменьшения зазора между С и Р по периметру С выполняются кольцевые канавки полукруглого сечения, в которые укладываются диэлектрические тела качения. По периметру РК также выполняются кольцевые канавки полукруглого сечения, посредством которых РК надевается на диэлектрические тела качения с возможностью вращения. За счет полученного таким образом уменьшения зазора, ограниченного только состоянием поверхностей С и Р, уменьшаются магнитное сопротивление и токи, необходимые для создания требуемого магнитного потока. Требуемое сечение проводов обмоток благодаря этому уменьшается, массогабаритные показатели агрегата улучшаются, его стоимость снижается, потери энергии уменьшаются, КПД повышается. Также предотвращается перекос Р относительно С, что повышает надежность работы насосного агрегата в целом. Выполнение тел качения из диэлектрика уменьшает нагрев перекачиваемой жидкости за счет снижения потерь на вихревые токи и магнитный гистерезис в телах качения. 3 ил.
Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано, например, для насосной техники по перекачке жидкостей.
Известен насос аксиальной конструкции для перекачки нефтепродуктов (см. патент №2098667, 1997 г., Бюл. №34, авторы Гайтов Б.Х., Копелевич Л.Е., Письменный В.Я.), содержащий корпус, смонтированные в нем статоры электродвигателя и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя и выполненное в виде связанных между собой двух роторов-дисков, расположенных между двумя торцовыми поверхностями двух статоров электродвигателя с необходимыми воздушными зазорами, причем один из статоров электродвигателя является отключаемым от сети питания независимо от другого, а насос снабжен установленным в корпусе на подшипниках валом, на котором закреплено рабочее колесо. В современном представлении магнитопроводы статоров и роторов описанного выше насоса являются аксиальными, поскольку магнитные потоки статоров и роторов направлены вдоль их общей оси.
Однако такая конструкция насоса не предусматривает защиту статорной обмотки от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, что может привести к повреждению изоляции обмотки статора с последующим коротким замыканием обмотки. Существенным недостатком такого насоса является наличие массивных роторов-дисков, изготовленных из конструкционной стали, приводящее к неоправданно большим потерям мощности на вихревые токи в массиве роторов-дисков и магнитный гистерезис, что приводит к сильному нагреву ротора и, следовательно, к большим потерям энергии и существенному снижению КПД насоса. Отсутствие обмоток на роторах-дисках снижает энергетические показатели насоса в целом. Кроме того, стальные массивные роторы-диски обладают большой массой, вследствие чего ухудшают массогабаритные показатели насосного агрегата в целом. Роль обмоток здесь выполняет конструкционная сталь, имеющая большое активное сопротивление. Вал, соединяющий роторы такого насоса, должен иметь достаточно большой диаметр и соответственно большую массу для передачи крутящих и изгибающих моментов, осевых и радиальных усилий, что также приводит к ухудшению массогабаритных показателей насоса.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по физической сущности и достигаемому результату является аксиальный центробежный двигатель-насос (см. патент №2284426 (РФ), 2006 г., Бюл. №27, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М и др.), содержащий корпус, смонтированный в нем статор электродвигателя, представляющий собой аксиальный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка, и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя, причем статор электродвигателя герметично отделен от проточной части мембраной из диэлектрического материала. Магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигателя-насоса. Полученное таким образом свободно вращающееся рабочее колесо-ротор двигателя-насоса установлено на неподвижно закрепленной в корпусе оси.
Существенным недостатком такого аксиального центробежного двигателя-насоса является наличие большого воздушного зазора между магнитопроводами статора и ротора, приводящее к увеличению магнитного сопротивления, а, следовательно, к увеличению токов, необходимых для создания требуемого магнитного потока (тока намагничивания), то есть к увеличению требуемого сечения проводов обмоток и соответственно к ухудшению массогабаритных показателей аксиального центробежного двигателя-насоса, увеличению его стоимости и увеличению потерь энергии. Недостатком такого аксиального центробежного двигателя-насоса, как и любой аксиальной электрической машины, является также наличие большого осевого (аксиального) электромагнитного усилия, вызванного в результате притяжения ротора и статора. Это усилие ведет к преждевременному выходу из строя подшипниковых узлов, что уменьшает надежность работы двигателя-насоса, а наличие подшипниковых узлов, необходимых в прототипе для обеспечения возможности вращения ротора, усложняет конструкцию двигателя-насоса в целом. Кроме того, перекос ротора относительно статора, вызванный большим осевым (аксиальным) электромагнитным усилием, может привести к заклиниванию ротора, что снижает надежность работы насосного агрегата в целом.
Данное изобретение решает задачу уменьшения зазора между статором и ротором двигателя-насоса, улучшения его массогабаритных показателей, снижения стоимости и потерь энергии, повышения КПД, упрощения конструкции и повышения надежности насосного агрегата в целом.
Для этого по периметру статора двигателя-насоса выполняются кольцевые канавки полукруглого сечения, в которые укладываются диэлектрические тела качения, а по периметру рабочего колеса-ротора двигателя-насоса также выполняются кольцевые канавки полукруглого сечения, посредством которых рабочее колесо-ротор двигателя-насоса устанавливается на диэлектрические тела качения с возможностью вращения.
На фиг.1 изображен общий вид аксиального центробежного двигателя-насоса в разрезе, на фиг.2 - увеличенное изображение кольцевых канавок полукруглого сечения, на фиг.3 - сечения А-А и Б-Б.
Аксиальный центробежный двигатель-насос содержит корпус 1, смонтированный в нем статор 2 электродвигателя, представляющий собой аксиальный шихтованный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка 3, и рабочее колесо-ротор 4, по периметру которого выполнены кольцевые канавки 10 полукруглого сечения (фиг.2). Статор 2 электродвигателя герметично отделен от проточной части 5 насоса тонкой мембраной 6 из диэлектрического материала, а рабочее колесо-ротор 4, выполненное из легкого алюминиевого сплава, имеет шихтованный аксиальный магнитопровод 8, в пазы которого уложена короткозамкнутая обмотка 7. Рабочее колесо-ротор 4 посредством кольцевых канавок 10 установлено с возможностью вращения на диэлектрические тела качения 9, уложенные в кольцевые канавки 11 полукруглого сечения (фиг.2) по периметру статора 2.
Аксиальный центробежный двигатель-насос работает следующим образом. При подключении трехфазной обмотки 3 статора 2 электродвигателя к питающей трехфазной сети создается вращающий электромагнитный момент по общеизвестному принципу работы асинхронного двигателя, приводящий рабочее колесо-ротор 4 во вращение. При вращении рабочего колеса-ротора 4 жидкость в проточной части 5, увлекаемая рабочим колесом-ротором 4, также приходит во вращение. При этом на жидкость в проточной части 5 действуют центробежные силы, перекачивающие жидкость по общеизвестному принципу работы обычных центробежных насосов.
Предлагаемое изобретение, выполняя функцию насоса, как и прототип, в то же время в отличие от него позволяет: уменьшить зазор между статором и ротором двигателя-насоса за счет повышения жесткости конструкции, обусловленной большой опорной поверхностью рабочего колеса-ротора благодаря размещению тел качения по всему периметру статора и рабочего колеса-ротора, ограничив величину зазора только состоянием поверхностей (шероховатость и плоскостность) статора и ротора; улучшить массогабаритные показатели насосного агрегата, снизить его стоимость, упростить конструкцию и повысить надежность насосного агрегата в целом за счет выполнения двигателя-насоса без подшипников и вала (оси), а также снизить потери энергии и соответственно повысить КПД за счет выполнения тел качения из диэлектрика, уменьшая тем самым нагрев перекачиваемой жидкости за счет снижения потерь на вихревые токи и магнитный гистерезис в телах качения.
Аксиальный центробежный двигатель-насос, содержащий корпус, смонтированный в нем статор электродвигателя, представляющий собой аксиальный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка, и рабочее колесо двигателя-насоса, являющееся ротором электродвигателя, а магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигателя-насоса, отличающийся тем, что по периметру статора двигателя-насоса выполнены кольцевые канавки полукруглого сечения, в которые уложены диэлектрические тела качения, а по периметру рабочего колеса-ротора двигателя-насоса также выполнены кольцевые канавки полукруглого сечения, посредством которых рабочее колесо-ротор двигателя-насоса установлено на диэлектрические тела качения с возможностью вращения.
bankpatentov.ru
Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано, например, для насосной техники по перекачке жидкостей. Технически результатом является защита статорной обмотки электродвигателя двигатель-насоса от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, уменьшение нагрева перекачиваемой жидкости и двигатель-насоса в целом, повышение энергетических показателей, снижение потери энергии, повышение КПД и улучшение массогабаритных показателей насосного агрегата. В аксиальном центробежном двигателе-насосе статор электродвигателя герметично отделен от проточной части двигатель-насоса мембраной, изготовленной из диэлектрического материала. Магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо с лопастями. Рабочее колесо-ротор установлено на неподвижно закрепленную в корпусе ось с возможностью свободного вращения. 2 ил.
Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано, например, для насосной техники по перекачке жидкостей.
Известен двигатель-насос (Гайтов Б.Х. Управляемые двигатели-машины. M.: Машиностроение, 1981, 183 с., с.157), содержащий статор электродвигателя, представляющий собой магнитопровод с пазами, в которые уложена первичная обмотка (как правило, трехфазная, хотя в отдельных случаях может быть и однофазная), массивный ротор-рабочее колесо, представляющее собой полый барабан, на внутренней поверхности которого размещены лопаточные венцы осевого насоса.
Однако в таком двигателе-насосе за счет большого активного сопротивления массивного ротора-рабочего колеса имеют место повышенные потери, основная доля которых рассеивается в окружающее пространство в виде тепла. За счет этих потерь перекачиваемая таким насосом жидкость нагревается и теряет вязкость, что в ряде случаев, например при перекачке нефти и нефтепродуктов, является эффективным, но неприемлемо для многих других жидкостей, так как может привести к их недопустимому нагреву и изменению их физических свойств.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по физической сущности и достигаемому результату является насос аксиальной конструкции для перекачки нефтепродуктов (см. патент №2098667, 1997 г., Бюл. №34, авторы Гайтов Б.Х., Копелевич Л.Е., Письменный В.Я.), содержащий корпус, смонтированные в нем статоры электродвигателя и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя и выполненное в виде связанных между собой двух роторов-дисков, расположенных между двумя торцовыми поверхностями двух статоров электродвигателя с необходимыми воздушными зазорами, причем один из статоров электродвигателя является отключаемым от сети питания независимо от другого, а насос снабжен установленным в корпусе на подшипниках валом, на котором закреплено рабочее колесо. В современном представлении магнитопроводы статоров и роторов описанного выше насоса являются аксиальными, поскольку магнитные потоки статоров и роторов направлены вдоль их общей оси.
Однако такая конструкция насоса не предусматривает защиту статорной обмотки от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, что может привести к повреждению изоляции обмотки статора с последующим коротким замыканием обмотки. Существенным недостатком такого насоса является наличие массивных роторов-дисков, изготовленных из конструкционной стали, приводящее к неоправданно большим потерям мощности на вихревые токи в массиве роторов-дисков и магнитный гистерезис, что приводит к сильному нагреву ротора и, следовательно, к большим потерям энергии и существенному снижению КПД насоса. Отсутствие обмоток на роторах-дисках снижает энергетические показатели насоса в целом. Кроме того, стальные массивные роторы-диски обладают большой массой, вследствие чего ухудшают массогабаритные показатели насосного агрегата в целом, роль обмоток выполняет конструкционная сталь, имеющая большое активное сопротивление. Вал, соединяющий роторы такого насоса, должен иметь достаточно большой диаметр и, соответственно, большую массу для передачи крутящих и изгибающих моментов, осевых и радиальных усилий, что также приводит к ухудшению массогабаритных показателей насоса.
Данное изобретение решает задачу защиты статорной обмотки электродвигателя насоса от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, уменьшения нагрева перекачиваемой жидкости и насоса в целом, повышения энергетических показателей, снижения потерь энергии, повышения КПД и улучшения массогабаритных показателей насосного агрегата.
Для этого статор электродвигателя насоса, а по существу, как наиболее удачно названного в монографии Гайтова Б.Х. (Управляемые двигатели-машины. М.: Машиностроение, 1981, 183 с., с.157) - двигатель-насоса, герметично отделяется от проточной части двигатель-насоса мембраной, изготовленной из диэлектрического материала и защищающей обмотку статора от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости. Магнитопровод ротора выполняется шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессовывается в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигатель-насоса с лопастями. Полученное таким образом свободно вращающееся рабочее колесо-ротор двигатель-насоса устанавливается на неподвижно закрепленной в корпусе оси (валу, не несущем вращающего момента).
На фиг.1 изображен общий вид аксиального центробежного двигатель-насоса в разрезе, на фиг.2 - сечения А-А и В-В.
Аксиальный центробежный двигатель-насос содержит корпус 1, смонтированный в нем статор 2 электродвигателя, представляющий собой аксиальный шихтованный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка 3, и рабочее колесо-ротор 4. Статор 2 электродвигателя герметично отделен от проточной части 5 насоса тонкой мембраной 6 из диэлектрического материала, а рабочее колесо-ротор 4, выполненное из легкого алюминиевого сплава, имеет шихтованный аксиальный магнитопровод 8, в пазы которого уложена короткозамкнутая обмотка 7. Рабочее колесо-ротор 4 установлено свободно вращающимся на неподвижно закрепленной в корпусе оси 9.
Аксиальный центробежный двигатель-насос работает следующим образом. При подключении трехфазной обмотки 3 статора 2 электродвигателя к питающей трехфазной сети создается вращающий электромагнитный момент по общеизвестному принципу работы асинхронного двигателя, приводящий рабочее колесо-ротор 4 во вращение. При вращении рабочего колеса-ротора 4 жидкость в проточной части 5, увлекаемая рабочим колесом-ротором 4, также приходит во вращение. При этом на жидкость в проточной части 5 действуют центробежные силы, перекачивающие жидкость по общеизвестному принципу работы обычных центробежных насосов.
Предлагаемое изобретение, выполняя функцию насоса, как и прототип, в тоже время в отличие от него, позволяет с помощью мембраны из диэлектрического материала защитить статорную обмотку аксиального центробежного двигателя-насоса от вредного воздействия перекачиваемой жидкости, уменьшить нагрев перекачиваемой жидкости за счет снижения потерь на вихревые токи и магнитный гистерезис, повысить энергетические показатели насоса в целом за счет выполнения рабочего-колеса ротора с шихтованным магнитопроводем с обмоткой, снизить потери энергии и повысить КПД за счет уменьшения потерь на магнитный гистерезис. Потери на магнитный гистерезис уменьшаются в предлагаемом изобретении в силу магнитных свойств электротехнической стали, из которой выполнен магнитопровод рабочего колеса-ротора. Уменьшить потери мощности на вихревые токи позволяет выполнение магнитопровода рабочего колеса-ротора шихтованным. Улучшение массогабаритных показателей насоса обеспечивается за счет частичного выполнения рабочего колеса-ротора из легкого алюминиевого сплава и обеспечения передачи вращающего момента за счет электромагнитных сил, что позволяет заменить приводной вал, имеющий большой диаметр и, соответственно, массу, на неподвижно закрепленную ось малого диаметра и малой массы.
Аксиальный центробежный двигатель-насос, содержащий корпус, смонтированный в нем статор электродвигателя, представляющий собой аксиальный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка, и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя, отличающийся тем, что статор электродвигателя герметично отделен от проточной части мембраной из диэлектрического материала, а магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигатель-насоса, причем полученное таким образом свободно вращающееся рабочее колесо-ротор двигатель-насоса установлено на неподвижно закрепленной в корпусе оси.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано, например, для насосной техники по перекачке жидкостей.
Известен двигатель-насос (Гайтов Б.Х. Управляемые двигатели-машины. M.: Машиностроение, 1981, 183 с., с.157), содержащий статор электродвигателя, представляющий собой магнитопровод с пазами, в которые уложена первичная обмотка (как правило, трехфазная, хотя в отдельных случаях может быть и однофазная), массивный ротор-рабочее колесо, представляющее собой полый барабан, на внутренней поверхности которого размещены лопаточные венцы осевого насоса.
Однако в таком двигателе-насосе за счет большого активного сопротивления массивного ротора-рабочего колеса имеют место повышенные потери, основная доля которых рассеивается в окружающее пространство в виде тепла. За счет этих потерь перекачиваемая таким насосом жидкость нагревается и теряет вязкость, что в ряде случаев, например при перекачке нефти и нефтепродуктов, является эффективным, но неприемлемо для многих других жидкостей, так как может привести к их недопустимому нагреву и изменению их физических свойств.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по физической сущности и достигаемому результату является насос аксиальной конструкции для перекачки нефтепродуктов (см. патент №2098667, 1997 г., Бюл. №34, авторы Гайтов Б.Х., Копелевич Л.Е., Письменный В.Я.), содержащий корпус, смонтированные в нем статоры электродвигателя и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя и выполненное в виде связанных между собой двух роторов-дисков, расположенных между двумя торцовыми поверхностями двух статоров электродвигателя с необходимыми воздушными зазорами, причем один из статоров электродвигателя является отключаемым от сети питания независимо от другого, а насос снабжен установленным в корпусе на подшипниках валом, на котором закреплено рабочее колесо. В современном представлении магнитопроводы статоров и роторов описанного выше насоса являются аксиальными, поскольку магнитные потоки статоров и роторов направлены вдоль их общей оси.
Однако такая конструкция насоса не предусматривает защиту статорной обмотки от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, что может привести к повреждению изоляции обмотки статора с последующим коротким замыканием обмотки. Существенным недостатком такого насоса является наличие массивных роторов-дисков, изготовленных из конструкционной стали, приводящее к неоправданно большим потерям мощности на вихревые токи в массиве роторов-дисков и магнитный гистерезис, что приводит к сильному нагреву ротора и, следовательно, к большим потерям энергии и существенному снижению КПД насоса. Отсутствие обмоток на роторах-дисках снижает энергетические показатели насоса в целом. Кроме того, стальные массивные роторы-диски обладают большой массой, вследствие чего ухудшают массогабаритные показатели насосного агрегата в целом, роль обмоток выполняет конструкционная сталь, имеющая большое активное сопротивление. Вал, соединяющий роторы такого насоса, должен иметь достаточно большой диаметр и, соответственно, большую массу для передачи крутящих и изгибающих моментов, осевых и радиальных усилий, что также приводит к ухудшению массогабаритных показателей насоса.
Данное изобретение решает задачу защиты статорной обмотки электродвигателя насоса от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, уменьшения нагрева перекачиваемой жидкости и насоса в целом, повышения энергетических показателей, снижения потерь энергии, повышения КПД и улучшения массогабаритных показателей насосного агрегата.
Для этого статор электродвигателя насоса, а по существу, как наиболее удачно названного в монографии Гайтова Б.Х. (Управляемые двигатели-машины. М.: Машиностроение, 1981, 183 с., с.157) - двигатель-насоса, герметично отделяется от проточной части двигатель-насоса мембраной, изготовленной из диэлектрического материала и защищающей обмотку статора от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости. Магнитопровод ротора выполняется шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессовывается в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигатель-насоса с лопастями. Полученное таким образом свободно вращающееся рабочее колесо-ротор двигатель-насоса устанавливается на неподвижно закрепленной в корпусе оси (валу, не несущем вращающего момента).
На фиг.1 изображен общий вид аксиального центробежного двигатель-насоса в разрезе, на фиг.2 - сечения А-А и В-В.
Аксиальный центробежный двигатель-насос содержит корпус 1, смонтированный в нем статор 2 электродвигателя, представляющий собой аксиальный шихтованный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка 3, и рабочее колесо-ротор 4. Статор 2 электродвигателя герметично отделен от проточной части 5 насоса тонкой мембраной 6 из диэлектрического материала, а рабочее колесо-ротор 4, выполненное из легкого алюминиевого сплава, имеет шихтованный аксиальный магнитопровод 8, в пазы которого уложена короткозамкнутая обмотка 7. Рабочее колесо-ротор 4 установлено свободно вращающимся на неподвижно закрепленной в корпусе оси 9.
Аксиальный центробежный двигатель-насос работает следующим образом. При подключении трехфазной обмотки 3 статора 2 электродвигателя к питающей трехфазной сети создается вращающий электромагнитный момент по общеизвестному принципу работы асинхронного двигателя, приводящий рабочее колесо-ротор 4 во вращение. При вращении рабочего колеса-ротора 4 жидкость в проточной части 5, увлекаемая рабочим колесом-ротором 4, также приходит во вращение. При этом на жидкость в проточной части 5 действуют центробежные силы, перекачивающие жидкость по общеизвестному принципу работы обычных центробежных насосов.
Предлагаемое изобретение, выполняя функцию насоса, как и прототип, в тоже время в отличие от него, позволяет с помощью мембраны из диэлектрического материала защитить статорную обмотку аксиального центробежного двигателя-насоса от вредного воздействия перекачиваемой жидкости, уменьшить нагрев перекачиваемой жидкости за счет снижения потерь на вихревые токи и магнитный гистерезис, повысить энергетические показатели насоса в целом за счет выполнения рабочего-колеса ротора с шихтованным магнитопроводем с обмоткой, снизить потери энергии и повысить КПД за счет уменьшения потерь на магнитный гистерезис. Потери на магнитный гистерезис уменьшаются в предлагаемом изобретении в силу магнитных свойств электротехнической стали, из которой выполнен магнитопровод рабочего колеса-ротора. Уменьшить потери мощности на вихревые токи позволяет выполнение магнитопровода рабочего колеса-ротора шихтованным. Улучшение массогабаритных показателей насоса обеспечивается за счет частичного выполнения рабочего колеса-ротора из легкого алюминиевого сплава и обеспечения передачи вращающего момента за счет электромагнитных сил, что позволяет заменить приводной вал, имеющий большой диаметр и, соответственно, массу, на неподвижно закрепленную ось малого диаметра и малой массы.
bankpatentov.ru
