ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике, а более конкретно, к теплогенерирующим электромеханическим преобразователям.
Известен теплогенерирующий электромеханический преобразователь (RU №65335, H05B 6/10, F25B 29/00, 27.07.2007), содержащий первичную обмотку, магнитопровод и вращающуюся короткозамкнутую вторичную обмотку, выполненную в виде полого цилиндра. Вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены дополнительным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиального и/или упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой, а на внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти, которые осуществляют перекачку теплоносителя.
Недостаток этого устройства являются тяжелые условия пуска, обусловленные большим моментом сопротивления, создаваемым теплоносителем. Тяжелый пуск приводит к низкой надежности работы теплогенерирующего электромеханического преобразователя.
Известен теплогенерирующий электромеханический преобразователь (RU №87855, H05B 6/10, 20.10.2009), выбранный в качестве прототипа и содержащий первичную обмотку, уложенную на наружной боковой поверхности магнитопровода цилиндрической формы. Внутри магнитопровода расположена вращающаяся короткозамкнутая вторичная обмотка, выполненная в виде полого цилиндра. Вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены дополнительным теплоизолирующим элементом, выполненным из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиально-упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой. На внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти. Магнитопровод охвачен наружным кожухом, при этом внешняя поверхность магнитопровода и внутренняя поверхность наружного кожуха образуют канал для теплоносителя.
Большой момент сопротивления, создаваемым теплоносителем, и, как следствие, высокий пусковой ток преобразователя при пуске, обуславливают тяжелых условиях пуска, что понижает надежность работы теплогенерирующего электромеханического преобразователя.
Задача полезной модели - повышение надежности работы теплогенерирующего электромеханического преобразователя за счет использования эффекта памяти формы и снижения пускового тока преобразователя.
Технический результат достигается тем, что в теплогенерирующем электромеханическом преобразователе, содержащем первичную обмотку, уложенную на наружной боковой поверхности магнитопровода цилиндрической формы, внутри которого расположена вращающаяся короткозамкнутая вторичная обмотка, выполненная в виде полого цилиндра, причем вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены дополнительным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиально-упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой, а на внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и механически связаны с ней напорные лопасти, магнитопровод охвачен наружным кожухом, при этом внешняя поверхность магнитопровода и внутренняя поверхность наружного кожуха образуют канал для теплоносителя, напорные лопасти механически связаны с внутренней поверхностью вторичной обмотки с помощью поворотного элемента, причем поворотный элемент содержит цилиндрический металлический корпус, жестко прикрепленный к внутренней поверхности вторичной обмотки, основания цилиндрического металлического корпуса содержат механические опоры, в которых расположен цилиндрический стержень, длина которого больше длины цилиндрического корпуса, и на который намотана цилиндрическая спираль из материала с памятью формы, причем один конец цилиндрической спирали жестко прикреплен к цилиндрическому стрежню, а второй конец жестко закреплен на цилиндрическом металлическом корпус, напорные лопасти жестко прикреплены к выступающим за цилиндрический металлический корпус участкам цилиндрического стержня.
На фиг. 1 показан общий вид теплогенерирующего электромеханического преобразователя, на фиг. 2 представлен поворотный элемент.
Теплогенерирующий электромеханический преобразователь содержит наружный кожух 1 (фиг. 1), внутри которого размещен магнитопровод 2 цилиндрической формы. На внешней боковой поверхности магнитопровода 2 уложена первичная обмотка 3, например, петлевая трехфазная (Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974. С. 403-431). Внутри магитопровода 2 расположена вторичная обмотка 4, выполненная из электропроводящего материала, например, из алюминия, имеющая форму полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформированы и механически связаны с ней напорные лопасти 5. Внешняя поверхность магнитопровода 2 и внутренняя поверхность наружного кожуха 1 образуют канал 6, предназначенный для теплоносителя, например, воды или трансформаторного масла. Стрелками показано направление движения теплоносителя. Торцевые части вторичной обмотки 4 и магнитопровода 2 разделены элементом 7 из самосмазывающегося неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию подшипника скольжения и обеспечивающего свободное вращение вторичной обмотки 4 в тангенциальном направлении, но ограничивающим ее осевое перемещение относительно магнитопровода 2. Напорные лопасти 5 механически связаны с внутренней поверхностью вторичной обмотки 4 с помощью поворотного элемента 8. Поворотный элемент 8 (фиг.2) содержит цилиндрический металлический корпус 9, жестко прикрепленный к внутренней поверхности вторичной обмотки 4. Основания цилиндрического металлического корпуса 9 содержат механические опоры (не показаны), например, опоры с трением скольжения - цилиндрические, конические, опоры с трением качения - шариковые и роликовые подшипники, в которых расположен цилиндрический стержень 10. Длина цилиндрического стержня 10 больше длины цилиндрического корпуса 9. На цилиндрический стержень 10 намотана цилиндрическая спираль 11 из материала с памятью формы, например, из нитинола или никелида титана. Один конец цилиндрической спирали 11 жестко прикреплен к цилиндрическому стрежню 10, а второй конец жестко прикреплен к цилиндрическому металлическому корпусу 9. Напорные лопасти 5 жестко прикреплены к выступающим за цилиндрический металлический корпус 9 участкам цилиндрического стержня 10.
1
1
В рабочем состоянии цилиндрическая спираль 11 из материала с памятью формы деформирована путем кручения вдоль своей оси на заданный угол α. Кручение цилиндрической спирали 11 из материала с памятью формы выполняется при ее изготовлении со стороны крепления к цилиндрическому стрежню 10. Другой конец цилиндрической спирали 11 не деформирован. Крепление конца цилиндрической спирали И к цилиндрическому стержню 10 выполнено сварным соединением. Угол α кручения задается для каждой конструкции индивидуально и обеспечивает малый противодействующий момент со стороны теплоносителя вращению напорных лопастей 5.
Теплогенерирующий электромеханический преобразователь работает следующим образом.
3
На первичную обмотку 3 (фиг. 1) подается напряжение от преобразователя (на чертеже не показан). Проходящий при этом по обмотке 3 ток создает намагничивающую силу и переменное магнитное поле, наводящее на основании закона электромагнитной индукции во вторичной обмотке 4 электродвижущие силы и обусловленные ими вторичные токи, взаимодействующие с первичным магнитным полем, созданным первичной обмоткой 3. Количество теплоты, выделяемое во вторичной обмотке 4, и ее производительность, т.е. количество нагреваемой и/или перемещаемой среды в единицу времени, м/с, зависят от величины тока, наведенного во вторичной обмотке 4. Вращающаяся вторичная обмотка 4 обеспечивает отбор тепла с внутренней поверхности магнитопровода 2 за счет закручивания нагреваемого и/или перемещаемого теплоносителя. Так как между торцевыми поверхностями магнитопровода 2 и вторичной обмотки 4 расположен элемент 7, выполненный из самосмазывающегося материала и представляющий собой подшипник скольжения, вторичная обмотка 4 приходит во вращение со скоростью, определяемой параметрами преобразователя. При вращении вторичной обмотки 4, выполненной в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти 5, теплоноситель перемещается по двум каналам -внутреннему и внешнему. Во внутреннем канале теплоноситель нагревается за счет отвода тепловой мощности вращающейся вторичной обмотки 4, а также механических, гидравлических и добавочных потерь. Во внешнем канале 6, образованном внешней поверхностью магнитопровода 2, в котором уложена первичная обмотка 3, и наружным кожухом 1, нагрев теплоносителя происходит за счет электрических потерь в первичной обмотке 3 и магнитных потерь.
1
Напорные лопасти 5 при температуре «холодного» теплоносителя, которая имеет место при пуске теплогенерирующего электромеханического преобразователя, повернуты на угол, определяемый углом α. Данный наклон обеспечивает малый противодействующий момент со стороны теплоносителя вращению напорных лопастей 5.
Когда температура теплоносителя повысится, за счет теплопередачи нагревается и цилиндрическая спираль 11 (фиг. 2). Материал цилиндрической спирали 11 при нагреве испытывает мартенситное превращение и псевдоупругую мартенситную деформацию, восстанавливая свою первоначальную форму, приданную до деформации цилиндрической спирали 11. При этом цилиндрическая спираль 11 совершает механическую работу, поворачивая цилиндрический стержень 10 на угол