Електрична машина для енергоустановки з потоком середовища через трубу

1. Електрична машина для енергоустановки з потоком середовища через трубу, що містить перший статор і перший ротор, при цьому перший статор розташований концентрично з першим ротором і з внутрішнім перерізом труби, а перший ротор виконаний кільцеподібним з пристроєм його центрування відносно першого статора, усередині труби, для взаємодії з потоком середовища, розташовані перші лопатки, які закріплені в першому роторі, яка відрізняється тим, що пристрій центрування першого ротора відносно першого статора розташований поблизу обернених одна до одної їх поверхонь, при цьому діаметр внутрішнього перерізу кільцеподібного першого ротора співпадає з діаметром внутрішнього 2. Машина за п. перерізу тр уби. 1, яка відрізняється тим, що пристрій центрування першого ротора виконаний у вигляді елементів кочення, які розташовані між оберненими одна до одної поверхнями перших ротора і статора. 3. Машина за п. 2, яка відрізняється тим, що обернені одна до одної поверхні перших ротора і статора виконані у вигляді конусних поверхонь, в зазорі між якими розташовані елементи кочення пристрою центрування. 4. Машина за п. 1, яка відрізняється тим, що пристрій центрування першого ротора виконаний у вигляді елементів кочення, які розташовані між оберненими одна до одної поверхнями перших ротора і статора з їх однієї бічної сторони. 5. Машина за п. 1, яка відрізняється тим, що пристрій центрування першого ротора виконаний у вигляді елементів кочення, які розташовані між 2 (19) 1 3 84707 4 15. Машина за будь-яким із пп. 1-5, 8-9 або 11-12, яка відрізняє ться тим, що всі статори і ротори виконані рознімними по їх кільцю. 16. Машина за будь-яким із пп. 1-5, 8-9 або 11-12, яка відрізняється тим, що в місці розташування принаймні перших статора і ротора з лопатками труба виконана звуженою. 17. Машина за будь-яким із пп. 1-5, 8-9 або 11-12, яка відрізняється тим, що всі лопатки закріплені з можливістю їх повороту для зміни їх к ута атаки. Винахід відноситься до області енергетики, зокрема до електричних машин для енергоустановок з потоком середовища через трубу. При цьому електрична машина може бути виконана як у вигляді електрогенератора, що приводиться в рух потоком повітря (газу) або рідини, так і у вигляді електродвигуна для переміщення потоку повітря (газу) або рідини. Переважно дана електрична машина може знайти застосування у вигляді синхронного генератора, зокрема у вітроелектростанціях середньої, великої і надвеликої потужності. Найбільш близьким до рішення, що заявляється, по технічній суті і технічному результату, що досягається, є електрична машина для енергоустановок з потоком середовища через трубу по [патенту Російської Федерації на корисну модель №33983, опубл.2003.11.20, МПК7 F03B13/12], яка містить статор і ротор, при цьому статор розташований концентрично з ротором і з внутрішнім перерізом труби, а ротор виконаний кільцеподібним з пристроєм його центрування щодо статора, усередині труби, для взаємодії з потоком середовища, розташовані лопатки, які закріплені в роторі. У даній електричній машині, виконаній у вигляді генератора електричного струму, лопатки виконані у вигляді лопатей, а пристрій центрування ротора щодо статора виконаний у вигляді валу, на якому закріплені лопаті, при цьому вал закріплений за допомогою елементів кочення по осі труби до її стінок. Основним недоліком даної електричної машини є достатньо великий опір потоку середовища, який проходить через лопатки, що обертаються в трубі, при розташуванні пристрою центрування ротора щодо статора у вигляді вала з закріпленими на ньому лопатками по осі їх обертання в трубі, що знижує ККД електричної машини в енергоустановці з потоком середовища через трубу. Іншим недоліком є підвищена маса ротора з лопатками з використанням валу пристрою центрування, що також знижує ККД електричної машини. У основу винаходу покладене завдання створення ефективної електричної машини для енергоустановок з потоком середовища через трубу, зокрема виконаної у вигляді синхронного генератора для вітроенергетичної установки, шляхом зниження опору потоку середовища, який проходить через лопатки, що обертаються в трубі, що дозволить підвищити ККД електричної машини. Крім того, забезпечується зниження маси ротора з лопатками, що також підвищує ККД електричної машини, зокрема при виконанні її у вигляді синхронного генератора для вітроенергетичної установки. Поставлена завдання вирішується тим, що електрична машина для енергоустановки з потоком середовища через трубу, містить перший ста тор і перший ротор, при цьому перший статор розташований концентрично з першим ротором і з внутрішнім перерізом труби, а перший ротор виконаний кільцеподібним з пристроєм його центрування щодо першого статора, усередині труби, для взаємодії з потоком середовища, розташовані перші лопатки, які закріплені в першому роторі. При цьому пристрій центрування першого ротора щодо першого статора розташований поблизу звернених один до одного їх поверхонь, при цьому діаметр внутрішнього перерізу кільцеподібного першого ротора співпадає з діаметром внутрішнього перерізу труби. Пристрій центрування першого ротора виконаний у вигляді елементів кочення, які розташовані між зверненими один до одного поверхнями перших ротора і статора. Крім того, звернені один до одного поверхні перших ротора і статора виконані у вигляді конусних поверхонь, в зазорі між якими розташовані елементи кочення пристрою центрування. Пристрій центрування першого ротора виконаний у вигляді елементів кочення, які розташовані між зверненими один до одного поверхнями перших ротора і статора - з однієї їх бічної сторони. Також пристрій центрування першого ротора виконаний у вигляді елементів кочення, які розташовані між зверненими один до одного поверхнями перших ротора і статора - з однієї і іншої їх бічних сторін. При цьому елементи кочення розташовані заглибленими в поверхню першого статора, яка звернена до першого ротора. Також елементи кочення можуть бути розташовані заглибленими в поверхню першого ротора, яка звернена до першого статора. У іншому варіанті електрична машина містить принаймні другий статор і другий ротор, при цьому діаметр внутрішнього перерізу кільцеподібного другого ротора співпадає з діаметром внутрішнього перерізу труби. Також в іншому варіанті електрична машина містить розташовані в трубі принаймні другі лопатки для взаємодії з потоком середовища, які закріплені відповідно в другому роторі. А пристрій центрування першого і другого роторів відповідно, щодо першого і другого статорів, розташований поблизу звернених один до одного їх поверхонь. Крім того, звернені один до одного поверхні першого і другого роторів і першого і другого статорів виконані у вигляді принаймні однієї пари конусних поверхонь, в зазорі між якими розташовані елементи кочення пристрою центрування. Пристрій центрування виконаний у вигляді елементів кочення, які розташовані між зверненими один до одного поверхнями перших ротора і статора і відповідно других ротора і статора - між їх бічними сторонами. Також елементи кочення можуть бути розташовані заглибленими в поверхню першого і другого статорів, яка звернена до поверхні першого і другого роторів. Також елементи кочення мо 5 84707 жуть бути розташовані заглибленими в поверхню першого і другого роторів, яка звернена до поверхні першого і другого статорів. Всі статори і ротори виконані рознімними по їх круговому кільцю. У місці розташування принаймні перших статора і ротора з лопатками труба виконана звуженою. Всі лопатки закріплені з можливістю їх повороту для зміни їх кута атаки. Розташування пристрою центрування першого ротора щодо першого статора поблизу звернених один до одного їх поверхонь дозволить знизити опір потоку середовища, який проходить через лопатки, що обертаються в трубі, що тим самим підвищує ККД електричної машини, тому що практично весь потік середовища, що проходить через трубу, контактує тільки з робочою поверхнею лопаток. Крім того, це забезпечує також зниження маси ротора з лопатками, що також дозволяє підвищити ККД електричної машини, зокрема при виконанні її у ви гляді синхронного генератора для вітроенергетичної установки, тому що при такому виконанні пристрою центрування відсутній вал в електричній машині. Виконання пристрою центрування першого ротора у вигляді елементів кочення, які розташовані між зверненими один до одного поверхнями перших ротора і статора забезпечує мінімально необхідну масу ротора разом з лопатками, що знижує його інерційність і відповідно знижує момент його зрушування. Тим самим це також спрямоване на підвищення ККД електричної машини. Виконання звернених один до одного поверхонь перших ротора і статора у вигляді конусних поверхонь, в зазорі між якими розташовані елементи кочення пристрою центрування дозволяє забезпечити одночасно як радіальне, так і подовжнє по осі труби центрування ротора щодо статора, що також дозволяє знизити масу ротора. Виконання пристрою центрування першого ротора у вигляді елементів кочення, які розташовані між зверненими один до одного поверхнями перших ротора і статора - з однієї і/або іншої їх бічних сторін забезпечує можливі варіанти виконання цього пристрою. Розташування елементів кочення заглибленими в поверхню першого статора, яка звернена до першого ротора, або розташованими заглибленими в поверхню першого ротора, яка звернена до першого статора, дозволяє забезпечити мінімально необхідний зазор між ротором і статором. Виконання в одному з варіантів електричної машини принаймні з другим статором, другим ротором і другими лопатками, які сполучені з відповідним ротором дозволяє підвищити потужність віддачі електричної машини. Розташування пристрою центрування першого і другого роторів відповідно, щодо першого і другого статорів, поблизу звернених один до одного їх поверхонь також направлене на зниження опору потоку середовища. Виконання звернених один до одного поверхонь першого і другого роторів і першого і другого статорів у вигляді принаймні однієї пари конусних поверхонь, в зазорі між якими розташовані елементи кочення пристрою центрування також направ 6 лено на забезпечення одночасного як радіального, так і подовжнього по осі труби центрування ротора щодо статора. Виконання пристрою центрування у вигляді елементів кочення, які розташовані між зверненими один до одного поверхнями перших ротора і статора і відповідно других ротора і статора - між їх бічними сторонами також спрямоване на забезпечення одного з можливих варіантів виконання цього пристрою. Розташування елементів кочення заглибленими в поверхню першого і другого статорів, яка звернена до поверхні першого і другого роторів, або розташованими заглибленими в поверхню першого і другого роторів, яка звернена до поверхні першого і другого статорів, також дозволяє забезпечити мінімально необхідний зазор між ротором і статором при цьому варіанті виконання. Виконання всіх статорів і роторів рознімними по їх круговому кільцю дозволяє підвищити як зручність при їх збірці, так і ремонтопридатність, оскільки розміри їх можуть досягати декількох десятків метрів. Розташування принаймні перших статора і ротора з лопатками в звуженій частині труби дозволяє підвищити швидкість потоку середовища в цьому місці і тим самим підвищити ККД електричної машини. Закріплення всіх лопаток з можливістю їх повороту для зміни їх кута атаки дозволить забезпечити регулювання потужності електричної машини при зміні швидкості потоку середовища через трубу. Дана сукупність суттєви х ознак дозволяє в порівнянні з прототипом, електричною машиною для енергоустановки з потоком середовища через трубу, забезпечити зниження опору потоку середовища, який проходить через лопатки, що обертаються в тр убі, що тим самим дозволяє підвищити ККД електричної машини. Крім того, забезпечується зниження маси ротора з лопатками, що також підвищує ККД електричної машини, зокрема при виконанні її у вигляді синхронного генератора для вітроенергетичної установки. Винахід, що заявляється, пояснюється кресленням, де на: Фіг.1 зображений переважний варіант виконання електричної машини для енергоустановки з потоком середовища через трубу, розріз; Фіг.2 - те ж, вигляд зверху, з лопатками у вигляді лопатей; Фіг.3 - те ж, вигляд зверху, з турбінними лопатками; Фіг.4 - зображений один з варіантів виконання електричної машини для енергоустановки з потоком середовища через трубу, розріз; Фіг.5 - зображене розташування елементів кочення пристрою центрування відповідно до Фіг.4. Переважний варіант електричної машини для енергоустановки з потоком середовища через трубу, відповідно до Фіг.1-3, виконаний у вигляді синхронного генератора, який розташований навколо витяжної труби ві троенергетичної установки. При цьому в синхронному генераторі перший і другий статори 1, 2, а також перший і другий кіль 7 84707 цеподібно виконані ротори 3, 4 концентрично розташовані навколо витяжної труби і, відповідно, з внутрішнім перерізом витяжної труби 5, діаметр якого співпадає з діаметром внутрішнього перерізу першого і другого ротора 3, 4. Тобто вн утрішній переріз першого і другого ротора 3, 4 функціонально є продовженням внутрішнього перерізу витяжної труби 5. Усередині труби 5 розташовані з'єднані з першим і другим ротором 3, 4 лопатки для взаємодії з потоком середовища через трубу 5 і які виконані у вигляді чотирьох лопатей 6 (Фіг.2). Пристрій центрування роторів 3, 4 щодо статорів 1, 2 розташовано поблизу звернених один до одного їх поверхонь і виконано у вигляді елементів кочення - шариків 7. Полюси 8, 9 відповідно першого і другого статорів 1, 2 і відповідно полюси 10, 11 відповідних першого і другого роторів знаходяться уздовж труби 5 на проміжку 12 один від одного, в якому звернені один до одного поверхні статорів 1, 2 і роторів 3, 4 виконані у вигляді конусних поверхонь, в зазорі 13 між якими розташовані елементи кочення у вигляді шариків 7 пристрою центрування. При цьому шарики 7 виконані заглибленими в конусну поверхню між першим і другим роторами 3, 4, яка звернена відповідно до конусної поверхні між першим і другим статорами 1, 2.Труба 5 в місці розташування синхронного генератора виконана звуженою. Лопаті 6 закріплені в першому і другому роторах 3, 4 з можливістю їх повороту для зміни їх кута атаки щодо потоку середовища через трубу 5. А перший і другий статори 1, 2 і відповідно перший і другий ротори 3, 4 по їх круговому кільцю виконані рознімними на три рівні частини для забезпечення зручності збірки і підвищення ремонтопридатності, оскільки діаметр електричної машини може досягати декількох десятків метрів. У одному з варіантів виконання електричної машини для енергоустановки з потоком середовища через трубу, яка також, відповідно до Фіг.4, виконана у вигляді синхронного генератора, який розташований навколо витяжної труби 5 і містить статор 14 і ротор 15 вітроенергетичної установки. При цьому, відповідно до Фіг.5, шарики 7 пристрою центрування розташовані заглибленими в поверхню полюсів 16 ротора 15, а звернена до них поверхня статора 14 з полюсами 17 і відповідними проміжками між ними виконана одного діаметру, тобто у вигляді однієї гладкої поверхні. Ротор 15 може бути розташованим також на опірних елементах кочення (не показано), які розташовані в горизонтальній площинні, або замість цього використовується система плаваючих підвісів, що містять наприклад магніти. Також шарики 7 пристрою центрування можуть бути заглибленими в поверхню звернених одна до одної поверхонь ротора 15 і статора 14 - в проміжок між їх полюсами. Шарики 7 пристрою центрування можуть бути розташованими заглибленими як в поверхню роторів, так і в поверхню статорів, які звернені один до одного, а також можуть розташовуватися з однієї і/або іншої їх бічних сторін при різній конфігурації при цьому. Елементи кочення можуть бути виконаними як у вигляді шариков 7, так і в інши х виконаннях, наприклад у вигляді роликів, а також можуть бути 8 виконані як з металевих, так і з неметалевих матеріалів. При виконанні елементів кочення з металевих матеріалів і розташуванні їх заглибленими в полюсах статора або полюсах ротора забезпечується практично повне замкнення магнітного потоку між полюсами статора і ротора, без його розсіювання, яке мало місце в зазорі між полюсами статора і ротора при виконанні пристрою центрування у вигляді вала по осі ротора. Лопатки також можуть бути виконані, відповідно до Фіг.3, у вигляді турбінних лопаток 18, які розташовані поблизу поверхні по внутрішніх діаметрах роторів і закріплені з можливістю їх повороту для зміни їх кута а таки щодо потоку середовища через трубу 5. При цьому це закріплення може бути виконано, наприклад, на внутрішній поверхні проміжку 12 між роторами 3, 4. В цьому проміжку 12, з боку кінцівок лопаток, може бути розташований або розташовані відповідні шагові двигуни, живлення на які подається з боку проміжку між статорами 1, 2 через рухомі контакти. У одному з варіантів виконання електрична машина для енергоустановки з потоком середовища через трубу може бути виконана у вигляді електродвигуна для забезпечення переміщення потоку середовища через трубу. Також в одному з варіантів виконання електрична машина для енергоустановки з потоком середовища через трубу може бути виконана з двома і більш статорами, роторами, лопатками, які сполучені з відповідним ротором, тобто перші лопатки сполучені з першим ротором, другі лопатки з другим ротором і т.д. При цьому лопатки, виконані у вигляді лопатей одного ротора, можуть бути зміщені щодо лопатей сусіднього ротора. В якості потоку середовища, який проходить через трубу, може бути як потік повітряного середовища через витяжну трубу, так і потік рідини або будь-який інший газовий потік. Переважний варіант електричної машини для енергоустановки з потоком середовища через трубу, яка виконана у вигляді синхронного генератора вітроенергетичної установки, працює таким чином. При проходженні повітряного потоку через витяжну трубу 5 лопаті 6 обертаються і приводять в обертання перший і другий ротори 3, 4, джерела магнітного поля яких у вигляді постійних магнітів (не показані) наводять в обмотках (не показані) полюсів 8, 9 статорів 1, 2 електричний струм. При цьому завдяки такому виконанню пристрою центрування першого і другого роторів 3, 4, щодо першого і другого статорів 1, 2 весь потік повітряного середовища взаємодіє тільки з робочою поверхнею лопаток, що забезпечує підвищення ККД електричної машини у вигляді синхронного генератора. Крім того, при висхідному потоці середовища через трубу 5, за рахунок взаємодії його з лопатками, створюється підйомна сила для ротора, яка розвантажує його опірні елементи кочення, що тим самим знижує коефіцієнт тертя в них, в якості яких в переважному варіанті виконання електромашини використовуються елементи кочення пристрою центрування. 9 84707 Хоча тут показані і описані варіанти, які визнані кращими для здійснення теперішнього винаходу, фахі вцям в даній галузі техніки буде зрозуміло, що можна здійснювати різноманітні зміни і моди Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 10 фікації, і елементи можна замінювати на еквівалентні, не виходячи при цьому за межі обсягу домагань по теперішньому винаходу. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601