ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ
POWER GENERATING UNIT

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при сооружении низконапорных или безнапорных речных энергетических установок, приливных или ветровых электростанций.
Известна гидротурбинная установка, содержащая две горизонтально, соосно установленные в водоводе турбины и один электрогенератор (см. авторское свидетельство SU № 1280178, кл. F03В 13/10, 30.12.1986).
В данной энергетической установке соосные валы турбин ориентированы вдоль водовода и связаны мультипликатором, размещенным в герметичной капсуле в центре водовода, с вертикальным валом генератора, установленным вне водовода. Однако это приводит к низкой эффективности использования энергии водного потока, проходящего через сечение водовода. Это обусловлено тем, что турбины, в данном случае пропеллерного типа, работают поочередно в зависимости от направления потока, и тем, что капсула с мультипликатором, размещенная в центре рабочего сечения водовода, частично перекрывает направленный вдоль валов турбин рабочий поток.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является энергетический агрегат, содержащий две соосно установленные ортогональные турбины с лопастями гидродинамического профиля и электрогенератор, при этом валы турбин ориентированы поперек потока среды, лопасти ортогональных турбин ориентированы в противоположном направлении по отношению друг к другу для вращения ортогональных турбин в противоположных, неизменных направлениях, независимо от направления потока через ортогональные турбины, а трехфазный электрогенератор расположен между ортогональными турбинами (см. патент RU № 2245456, кл. F03D 3/06, 20.11.2003).
Однако конструкция данного энергетического генератора предполагает использование колесных опор, фиксирующих вертикальный зазор между элементами линейного генератора, а индукторы линейного генератора объединены силовыми электрическими кабелями, которые по оттяжкам выводятся на центральный пилон, где располагаются токосъемные кольца. Использование последних, колесных опор и других подвижных соединений приводит к снижению надежности работы энергетического агрегата.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является упрощение конструкции энергетического агрегата путем уменьшения количества подвижных соединений, в первую очередь подвижных электрических соединений типа токосъемных колец.
Технический результат заключается в том, что достигается повышение надежности работы энергетического агрегата.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что энергетический агрегат содержит две соосно установленные ортогональные турбины с лопастями гидродинамического профиля и электрогенератор, при этом валы турбин выполнены полыми и ориентированы поперек потока среды, лопасти ортогональных турбин ориентированы в противоположном направлении по отношению к друг другу для вращения ортогональных турбин в противоположных, неизменных направлениях, независимо от направления потока через ортогональные турбины, а выполненный трехфазным электрогенератор расположен между ортогональными турбинами, при этом ортогональные турбины имеют общую полую неподвижную ось, электрогенератор выполнен с, по крайней мере, одним индуктором двухстороннего действия, при этом индуктор или индукторы закреплены на кронштейнах неподвижно в окружном направлении посредством установленной на оси рамы, причем магнитопровод и обмотки каждого индуктора размещены на отдельном кронштейне, полушарнирно соединенном с рамой с возможностью осевого перемещения относительно ортогональных турбин, а смежные обмотки фаз каждого индуктора электрогенератора крестообразно пересекаются относительно друг друга, формируя электромагнитные поля, бегущие в противоположных направлениях по разным сторонам индуктора, обращенным к разным турбинам, каждая ортогональная турбина образована двумя кольцами и установленными между ними с возможностью регулировки угла поворота лопастями, электрогенератор выполнен с двумя роторами, образованными обращенными к индуктору или индукторам кольцами ортогональных турбин, выполненных из магнитопроводящего материала, например стали, на которых закреплены плоские кольца из материала с низким электрическим сопротивлением, например из алюминия или меди, а между вращающимися в противоположных направлениях роторами, установленными с малыми зазорами относительно индуктора или индукторов, с кронштейнами расположены фиксирующие величину зазора антифрикционные прокладки.
Лопатки могут быть установлены перпендикулярно по отношению к кольцам, между которыми они расположены, или лопатки могут быть установлены наклонно по отношению к кольцам, между которыми они расположены, например, по винтовой линии, причем лопатки одной ортогональной турбины наклонены симметрично в противоположную сторону к лопаткам другой ортогональной турбины.
Силовые электрические кабели от обмоток индукторов выведены наружу по элементам неподвижной рамы через полую неподвижную ось агрегата.
В ходе проведенного исследования была выявлена возможность повышения надежности работы энергоустановок с ортогональными турбинами за счет упрощения конструкции энергетического агрегата, которое достигается путем сведения к минимуму числа подвижных соединений в конструкции агрегата и полного исключения подвижных электрических соединений из конструкции энергетического агрегата. Это достигается за счет того, что трехфазный электрогенератор расположен между ортогональными турбинами, при этом ортогональные турбины имеют общую полую неподвижную ось, электрогенератор выполнен с, по крайней мере, одним индуктором двухстороннего действия, при этом индуктор или индукторы закреплены на кронштейнах неподвижно в окружном направлении посредством установленной на оси рамы, причем магнитопровод и обмотки каждого индуктора размещены на отдельном кронштейне, полушарнирно соединенном с рамой с возможностью осевого перемещения относительно ортогональных турбин, смежные обмотки фаз каждого индуктора электрогенератора крестообразно пересекаются относительно друг друга, формируя электромагнитные поля, бегущие в противоположных направлениях по разным сторонам индуктора, обращенным к разным турбинам, а силовые электрические кабели от индукторов выведены наружу по элементам неподвижной рамы через полую неподвижную ось агрегата. Кроме того, выполнение индукторов на кронштейне в сочетании с расположением антифрикционных прокладок, фиксирующих величину зазора между вращающимися в противоположных направлениях роторами и кронштейном, позволяет устанавливать роторы с малыми зазорами относительно индуктора или индукторов, что, в свою очередь, позволяет повысить эффективность работы электрогенератора.
На фиг.1 схематически представлено аксонометрическое изображение энергетического агрегата.
На фиг.2 схематически представлено сечение энергетического агрегата в месте установки рамы с кронштейнами и индукторами.
На фиг.3 схематически представлено расположение лопаток роторов под наклоном к дискам роторов.
На фиг.4 представлен вид одного из индукторов энергетического генератора с крестообразно пересекающимися обмотками.
На фиг.5 представлен вид части энергетического генератора в месте установки на раме кронштейна.
Энергетический агрегат содержит две соосно установленные ортогональные турбины 1 и 2 с лопастями 3 гидродинамического профиля и электрогенератор 4. Валы 5 и 6 турбин 1 и 2 выполнены полыми и ориентированы поперек потока среды. Лопасти 3 ортогональных турбин 1 и 2 ориентированы в противоположном направлении по отношению друг к другу для вращения ортогональных турбин 1 и 3 в противоположных, неизменных направлениях, независимо от направления потока через ортогональные турбины 1 и 2, а выполненный трехфазным электрогенератор 4 расположен между ортогональными турбинами 1 и 2. Ортогональные турбины 1 и 2 имеют общую полую неподвижную ось 7. Электрогенератор 4 выполнен с, по крайней мере, одним индуктором 8 двухстороннего действия, при этом индуктор или индукторы 8 закреплены на кронштейнах 9 неподвижно в окружном направлении посредством установленной на оси 7 рамы 10. Магнитопровод 11 и обмотки 12 каждого индуктора 8 размещены на отдельном кронштейне 9, полушарнирно соединенном с рамой 10 с возможностью осевого перемещения относительно ортогональных турбин 1 и 2, а смежные обмотки 12 фаз каждого индуктора 8 электрогенератора 4 крестообразно пересекаются относительно друг друга, формируя электромагнитные поля, бегущие в противоположных направлениях по разным сторонам индуктора 8, обращенным к разным ортогональным турбинам 1 и 2. Каждая ортогональная турбина 1 и 2 образована двумя кольцами соответственно 13 и 14 и 15 и 16 и установленными между ними с возможностью регулировки угла поворота лопастями 3. Электрогенератор 4 выполнен с двумя роторами, образованными обращенными к индуктору или индукторам 8 кольцами 13 и 15 ортогональных турбин 1 и 2, выполненных из магнитопроводящего материала, например стали, на которых закреплены плоские кольца 17 из материала с низким электрическим сопротивлением, например из алюминия или меди, а между вращающими в противоположных направлениях роторами, образованными кольцами 13 и 15 с закрепленными на них плоскими кольцами 17, установленными с малыми зазорами относительно индуктора или индукторов 8, и кронштейнами 9, расположены фиксирующие величину зазора антифрикционные прокладки 18.
Лопатки 3 могут быть установлены перпендикулярно по отношению к кольцам 13-14 и 15-16, между которыми они расположены, или лопатки 3 установлены наклонно по отношению к кольцам 13-14 и 15-16 (см. фиг.3), между которыми они расположены, например по винтовой линии, причем лопатки 3 одной ортогональной турбины 1 наклонены симметрично в противоположную сторону к лопаткам 3 другой ортогональной турбины 2.
Силовые электрические кабели от обмоток 12 индукторов 8 выведены наружу по элементам неподвижной рамы 10 через полую неподвижную ось 7 агрегата.
Энергетический агрегат работает следующим образом.
Под действием набегающего на ортогональные турбины 1 и 2 потока среды, например ветра или потока воды, при расположении энергетического агрегата в реке или в приливно-отливном потоке ортогональные турбины 1 и 2 начинают вращаться в противоположные стороны. В результате вращения ортогональных турбин 1 и 2 относительно двухстороннего индуктора или двухсторонних индукторов 8 электрогенератор 4 вырабатывает электрическую энергию, которая по кабелю (не показан) передается от электрогенератора 4 потребителю.
Настоящее изобретение может быть использовано для создания экологически чистых энергоустановок на реках, в приливно-отливных потоках или ветровых энергоустановках.