ПОГРУЖНОЙ ВОДОНАПОЛНЕННЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР ВЕРТИКАЛЬНОГО ИСПОЛНЕНИЯ
SUBMERSIBLE WATER-FILLED SYNCHRONOUS GENERATOR OF VERTICAL DESIGN

Изобретение относится к электротехнике и электромашиностроению, а именно к торцевым погружным водонаполненным синхронным генераторам вертикального исполнения с одним статором и одним ротором. Оно может быть использовано в качестве автономного генератора для получения электрической энергии для привода различных устройств в фермерских хозяйствах, небольших производствах, разнообразных хозяйствах Министерства обороны.
Известны погружные водонаполненные электродвигатели типа ПЭДВ для центробежных агрегатов ЭЦВ (Счастливый Г.Г., Федоренко Г.М., Терешонков В.А., Выговский В.И. Электрические машины с жидкостным охлаждением. Под редакцией Счастливого Г.Г. АН УССР Ин-т электродинамики. Киев: Наук. Думка. 1989. - 288 с.), содержащие статор с обмоткой, короткозамкнутый ротор, два подшипниковых щита, верхний и нижний, радиальные подшипники скольжения, пяту, подпятник, сферическую опорную втулку, торцевое уплотнение, вал. Двигатель имеет цилиндрическую форму исполнения, что предполагает его использование в скважинах относительно большой глубины. Вследствие ограниченного диаметра обсадных труб скважины, аксиальная длина насоса достигает значительной величины. Кроме того, при значительной длине ротора машины в ней возникают большой величины электромагнитные силы, вызывающие притяжения ротора к статору. Электрическая машина имеет два подшипниковых щита, что увеличивает массу устройства.
Известна конструкция жидкостно-заполненного вертикального синхронного генератора (патент РФ №20386736,  Н К 5/124, опубл. 1995 г.), содержащего статор, ротор, торцевое уплотнения вала, состоящее из размещенного на валу подвижного элемента, поджатого к неподвижному посредством пружины и зафиксированного от поворота штифтом. Подвижный элемент выполнен в виде упора, а неподвижный - в виде втулки. Внутренняя полость электрической машины заполнена жидкостью с плотностью ниже, чем плотность жидкости, окружающей машину. Недостатком данной конструкции является цилиндрическая форма генератора, что увеличивает аксиальную длину машины. Другим недостатком генератора является необходимость заливки его жидкостью с плотностью, отличной от плотности жидкости, окружающей устройство. По технической сущности, наиболее близкой к заявляемому изобретению, является конструкция водонаполненного синхронного генератора (патент РФ №2315892, МПК F03D 9/00, опубл. 2008 г.) торцевой формы исполнения, снабженная тонкостенной диафрагмой, опирающейся на рабочую поверхность и образующей вместе с полым цилиндром, опорным стаканом и базовым щитом статора две герметизированные полости. Генератор имеет обмотку статора с водяным охлаждением.
Недостатком известной конструкции являются усложненная конструкция генератора, связанная с герметизацией статора с обмоткой и включающая в себя полый массивный цилиндр, диафрагму, а также массивный кожух. Наличие кожуха увеличивает аксиальную длину машины. В генераторе затруднена смазка подшипников, для чего необходима полная разборка машины. Генератор имеет сложную систему охлаждения обмотки статора. Он не может работать в погружном состоянии в воде. Вес воздушной турбины и ротора компенсируется радиально-упорным подшипником, что является недостаточно надежным.
Задачей заявляемого изобретения является создание погружного водонаполненного синхронного генератора вертикального исполнения, отличающегося уменьшенными аксиальными размерами и массой, повышенной эксплуатационной надежностью и удобством в обслуживании.
Это достигается тем, что погружной водонаполненный синхронный генератор вертикального исполнения, содержащий базовый щит, на котором неподвижно закреплен кольцевой плоский магнитопровод, навитый из электротехнической стали, с обмоткой, диск ротора с постоянными магнитами, подшипниковый щит, расположенный консольно по отношению к базовому щиту и содержащий подшипники вала ротора, отличается от прототипа тем, что генератор снабжен упорным подшипником скольжения, который имеет пяту в виде диска, расположенного на валу машины, и подпятник в форме упорного стакана, охватывающего подшипниковый щит со стороны, противоположной базовому щиту, и закрепленного при помощи болтов, вся внутренняя полость наполнена водой, генератор вместе с расположенной над ним гидротурбиной погружен под уровень воды и удерживается в этом положении при помощи поплавков, а от перемещения предохраняется удерживающим устройством.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором дан продольный разрез генератора.
На базовом щите 1 статора закреплен кольцевой плоский магнитопровод 2, навитый из электротехнической стали с обмоткой 4 из провода с полиэтиленовой, полихлорвиниловой изоляцией или из других материалов, стойких к воде. Изоляция допускает длительную работу генератора, заполненного чистой водой. Ввиду того, что гидротурбина, приводящая генератор в движение, вращается с небольшой частотой вращения, обмотка генератора выполняется с большим числом полюсов. Это позволяет обойтись без мультипликатора между генератором и гидротурбиной. В базовый щит 1 запрессован подшипниковый щит 20, внутри которого неподвижно закреплены втулки 14 и 17, образующие вместе с соответствующими втулками 13 и 16 на валу электродвигателя радиально-упорные подшипники скольжения. В подшипниковом щите имеются несколько отверстий 15 для поступления воды с целью смазки подшипников.
Ротор генератора состоит из вала 19 с напрессованным на него диском ротора 6. На диске укреплен пакет магнитопровода ротора 7 с постоянными магнитами 8. Вал генератора расположен вертикально, и он механически соединяется с валом гидротурбины. Генератор расположен внизу, гидравлическая турбина - над ним. Агрегат во время работы находится под водой, необходимый уровень воды от агрегата до поверхности устанавливается поплавками, которые крепятся к рым-болтам 25, установленным на базовом щите.
Упорный подшипник генератора предназначен для восприятия осевых нагрузок. Он состоит из пяты 12, представляющей собой диск, изготовленный из нержавеющей стали, и подпятника, выполненного в виде упорного стального стакана 10, охватывающего свободный торец подшипникового щита 20 со стороны, противоположной базовому щиту. Упорный стакан 10 неподвижно закреплен на подшипниковом щите при помощи болтов 23. На внутренней поверхности упорного стакана размещена подушка 11, предназначенная уменьшить трение пяты о подпятник.
Базовый щит 1 охватывается тонкостенным штампованным кожухом 5, который выполняет защитные функции. Кроме того, на базовом щите 1 и на кожухе 5 предусмотрены отверстия с нарезными пробками 9 и 21, служащими для налива чистой воды во внутреннюю полость генератора и для спуска воды из генератора после подъема его на поверхность.
Для предотвращения попадания грязной воды во внутреннюю полость герметизация генератора осуществляется с помощью сальника 18.
На базовом щите предусмотрено отверстие для вывода наружу токоведущего кабеля 22 от обмотки статора 4. От базового щита токоведущий кабель герметизируется уплотняющим кольцом 3.
Охлаждение генератора осуществляется проточной водой реки, омывающей генератор.
Генератор работает следующим образом.
Непосредственно перед спуском генератора в реку необходимо вывернуть пробку 21 и через отверстие наполнить генератор чистой водой 26. После этого необходимо завернуть пробку 21, и генератор с установленной на его валу гидротурбиной погружается в реку так, чтобы агрегат находился под уровнем воды. В этом положении он удерживается поплавками, закрепленными за рым-болты. От смещения по течению реки генератор удерживается при помощи якоря, тросов или другими удерживающими устройствами. Под действием течения реки, в случае достаточного напора воды, она преодолевает механическое сопротивление и начинает вращать вал гидротурбины и механически связанный с ним вал генератора и ротор с постоянными магнитами. При этом в статоре образуется вращающееся магнитное поле, которое наводит в обмотке 4 магнитопровода 3 электродвижущую силу. Токоотводящий водостойкий кабель 22 из генератора выводится наверх и соединяется с электростанцией, расположенной на берегу. Электростанция служит для пуска исполнительных устройств, получающих электрическую энергию от генератора, а также для защиты его при коротких замыканиях, недопустимых перегрузок, от «сухого хода».
Предлагаемая конструкция генератора позволяет отказаться от традиционного размещения его над турбиной и тем самым снизить габариты и высоту генераторного агрегата, а также уменьшить капиталовложения при строительстве микрогидроэлектростанций. Конструкция генератора позволяет производить ревизию, ремонт генератора. Генератор может использоваться в качестве мобильного устройства.