ТУРБОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована как автономный источник электроэнергии, например, при построении распределенных электростанций.
Базой таких микроэлектростанций является высокооборотная турбина, размещаемая на одном валу с ротором генератора, с использованием опор «подвешенных» в воздухе, например, как это изложено на сайте /pdf/С60.pdf.
Проблемой в создании таких установок является выполнение опорных узлов, которые при малых вращающихся массах могут выполняться на газодинамических опорах, однако при увеличении массы и мощности микроэлектростанции приходится выполнять их на управляемых электромагнитных опорах, что резко повышает стоимость микроэлектростанций в целом.
Известна (см. заявку рег. №2009133413) турбодетандерная установка с комбинацией газодинамических опор и осевых опор на постоянных магнитах, которые выполняются как две пары отдельных опор.
Такое решение приемлемо для турбодетандерной установки в которой осевые усилия турбин возможно взаимно компенсировать за счет установки двух турбин с разнонаправленными осевыми усилиями.
При активной турбине с собственной камерой сгорания требуется «отрабатывать» повышенное осевое усилие, так как использование двух «встречных» турбин практически не реализуемо.
Цель предложения, - сократить стоимость установки за счет применения осевых опор на постоянных магнитах с повышенной осевой нагрузкой.
Поставленная цель достигается за счет того, что в турбогенераторной установке с креплением турбины, компрессора и ротора электрогенератора на общем валу, который снабжен радиальными газодинамическими опорами и осевыми опорами на четырех постоянных магнитах, закрепленных на валу и на корпусе установки так, что их магнитные потоки направлены встречно, а первый и третий постоянные магниты закреплены к корпусу так, что их силы магнитного взаимодействия со вторым и четвертым магнитами, закрепленными на валу, создают осевую силу, направленную встречно к осевой силе, создаваемой турбиной, причем все четыре магнита скомпанованы в единый пакет-опору.
В результате, по сравнению с упомянутым известным решением, при тех же магнитах, осевая опора способна выдерживать в два раза больше усилия.
Устройство предлагаемой турбогенераторной установки представлено на фиг.1, где обозначено:
1; 3 - постоянные магниты в обоймах из немагнитного материала, закрепленные на корпусе;
2; 4 - постоянные магниты, закрепленные на валу из немагнитного материала;
5 - вал;
6 - турбина;
7 - компрессор;
8 - камеры сгорания;
9 - радиальные газодинамические опоры;
10 - ротор электрогенератора, например, на постоянных магнитах;
11 - статор электрогенератора;
12 - вход энергоносителя, например, газа;
13 - корпус.
Работает установка следующим образом.
В состоянии покоя за счет взаимного «отталкивания» постоянных магнитов 1; 2; 3; 4 вариант конструкции которых представлен на фигуре 1б, вал 5 с закрепленными на нем компрессором 7, турбиной 6 и ротором 10 фиксируется в осевом направлении и за счет действия лепестков газодинамических подшипников 9 в радиальном направлении относительно корпуса 13.
В рабочем режиме, через форсунки 12, энергоноситель, например, газ поступает в камеры сгорания 8 и турбина 6 вращает вал 5 одновременно создавая осевое усилие в направлении вход-выход рабочего тела турбины.
В этом режиме лепестки радиальных подшипников 9 расходятся и вал 5 в радиальном направлении фиксируется воздушными подушками в зазорах подшипников 9. В осевом направлении упомянутая реакция турбины 6 смещает вал 5 относительно корпуса 13. При этом зазоры между постоянными магнитами 4-3 и 2-1 уменьшаются, а между магнитами 3-2 увеличиваются. В этом случае, как видно из фиг.1в, возникают силы противодействующие осевой силе развиваемой турбиной 6.
Эти силы равны взаимодействию двух пар постоянных магнитов 4-3 и 2-1. Если, по каким-либо причинам возникнут осевые усилия в противоположном направлении, по перемещению вала 5 будет препятствовать сближение одной пары постоянных магнитов 3-2.
Поскольку в рабочем режиме основным осевым усилием является реакция турбины, то сместившись на единицы миллиметров относительно корпуса 13, вал 5 занимает устойчивое состояние и вращается в условиях отсутствия механического касания, имея контакт только с газом.
Турбогенераторная установка работает с высокими оборотами и в статоре 11 электрогенератора возникает напряжение.
По сравнению с известными решениями, предложенная установка способна работать при удвоенных осевых усилиях без увеличения массы и габаритов постоянных магнитов, что дает существенную стоимостную экономию.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Сайт http://capstone.ru/pdf/С60.pdf, дата обращения 23.10.2009 г.
2. Заявка №2009133413, 08.09.09 г.