Генератор электрической энергии с пневмоприводом

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к первичным источникам электроэнергии, принцип работы которых основан на преобразовании пневматической энергии в электрическую.
Известно зарядное устройство (пат. РФ №2384930, МПК H02J 7/32, H04M 1/735, опубл. 20.03.2010 г.), содержащее электрический генератор, выполненный синхронным с возбуждением от постоянного магнита, с пневматическим приводом, состоящим из одной упругой камеры и жесткой перегородки, внутри которой расположены выпрямитель, аккумулятор и универсальный штекерный разъем, а также выполнен канал, в котором расположено рабочее колесо, размещенное на валу упомянутого электрического генератора. Устройство снабжено второй упругой камерой, которая разделена от первой жесткой перегородкой и пропеллером в качестве рабочего колеса, а генератор закреплен в канале с помощью нескольких опор.
Однако указанное устройство имеет невысокую надежность, связанную с ограниченным рабочим ресурсом приводной части устройства, и низкие эксплуатационные характеристики, обусловленные нестабильностью значений генерируемого напряжения и мощности.
Известна утилизационная энергетическая установка (пат. РФ №4783, МПК F02C 7/00, опубл. 16.08.1977 г.), содержащая установленный в газовом тракте детандер, корпус которого на входе соединен с газовой магистралью высокого давления, а на выходе - с магистралью подвода газа потребителю, и электрогенератор, кинематически связанный с детандером. Электрогенератор установлен в газовом тракте и размещен в едином корпусе с детандером, при этом электрогенератор установлен перед детандером на одном валу.
Данная энергетическая установка также имеет невысокую надежность, обусловленную размещением электрических устройств и соединений в газовом тракте.
Известен автономный источник электрической энергии с пневматическим приводом (пат. РФ №2312446, МПК H02K 35/00, опубл. 10.12.2007 г.), содержащий в своем составе электрический генератор напряжением 1,5÷3 В с ручным приводом и подключенный к генератору выпрямитель с универсальным штекерным разъемом для подключения к потребителю. В состав устройства введены синхронный бесконтактный генератор с возбуждением от постоянного магнита, состоящий из шихтованного статора, набранного из листов электротехнической стали, и ротора с постоянным магнитом, с ручным пневматическим приводом, состоящим из мягкого упругого меха, прикрепленного к жесткому основанию, внутри которого расположены синхронный бесконтактный генератор с возбуждением от постоянного магнита, вала генератора, соединенного с турбиной, находящейся в канале внутри жесткого основания, двух пружин, находящихся внутри меха, и двух клапанов в нижней части меха. Блок выпрямителя и аккумулятора соединен проводами с генератором и универсальным штекерным разъемом.
Причинами, препятствующими достижению надежной работы указанного автономного источника электрической энергии с пневматическим приводом, являются ограниченный рабочий ресурс его приводной части, а невысокие эксплуатационные характеристики обусловлены нестабильностью значений генерируемого напряжения и мощности.
Наиболее близким к заявляемому генератору электрической энергии с пневмоприводом является турбодетандерная генераторная установка по патенту РФ №2564173 (МПК F01D 15/10, F01C 1/02, F01K 27/02, F01D 1/34, опубл. 27.09.2015 г.), содержащая электрогенератор и турбодетандер с рабочим колесом.Рабочее колесо турбодетандера расположено на валу ротора электрогенератора консольно и закреплено с одного конца вала, ротор электрогенератора расположен в корпусе между подшипниками, а статор электрогенератора снабжен обмотками в сердечнике, при этом установка снабжена входным патрубком, соединенным с основным газопроводом природного газа, и выходным патрубком, соединенным с основным газопроводом подачи природного газа потребителю. Турбодетандер выполнен в виде безлопаточной расширительной канальной газовой турбины и образует с электрогенератором единую конструкцию, которая работает от перепада давления между подводящим газопроводом и технологическими узлами основного газопровода. Турбодетандер и электрогенератор размещены в одном корпусе, рабочее колесо турбодетандера выполнено в виде безлопаточной расширительной канальной газовой турбины и жестко закреплено на общем валу с электрогенератором, выполненным в виде трехфазного высокооборотного синхронного бесколлекторного генератора на постоянных магнитах.
Однако указанное устройство имеет невысокую надежность, связанную с размещением электрогенератора в газовом тракте, и низкие эксплуатационные характеристики, обусловленные возможностью работы генератора в узком диапазоне расхода газа вследствие выполнения пневмопривода в виде турбодетандера, ограничивающего этот диапазон.
Признаки, общие с предлагаемым генератором электрической энергии с пневмоприводом:
- электрический генератор, вал которого соединен с пневмоприводом.
Техническая проблема заявляемой полезной модели заключается в необходимости расширения арсенала технических средств - генераторов электрической энергии с пневмоприводом.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в реализации назначения заявленного решения.
Указанный технический результат достигается тем, что в генераторе электрической энергии с пневмоприводом, содержащем в своем составе электрический генератор, вал которого соединен с пневмоприводом, пневмопривод выполнен в виде шестеренчатого пневматического двигателя, состоящего из шестерен и пластин, формирующих нагнетательную камеру и выхлопную камеру, шестерни пневматического двигателя снабжены центральными отверстиями для выравнивания давления в его полостях, образованными подшипниковыми опорами, электрический генератор выполнен в виде синхронной машины с постоянными магнитами и преобразователя частоты, а валы шестеренчатого пневматического двигателя и электрического генератора соединены при помощи муфты.
Рационально в генераторе электрической энергии с пневмоприводом выхлопную камеру шестеренчатого пневматического двигателя выполнять с выемками для компенсации прижимного усилия.
Рекомендуется в генераторе электрической энергии с пневмоприводом шестерни устанавливать в подшипниках, опоры которых вынесены за пределы нагнетательной и выхлопной камер шестеренчатого пневматического двигателя.
Целесообразно в генераторе электрической энергии с пневмоприводом шестеренчатый пневматический двигатель и генератор электрической энергии снабжать фланцами для соединения.
Заявляемое техническое решение позволяет добиться высокой надежности за счет выноса электрогенератора из газового тракта и обеспечения возможности использования его во взрывоопасных помещениях. При этом обеспечиваются высокие эксплуатационные характеристики путем применения приводной части устройства, выполненного в виде шестеренчатого пневматического двигателя и генератора переменного тока с постоянными магнитами и преобразователем частоты.
Высокие эксплуатационные характеристики обеспечиваются путем применения приводной части устройства, выполненного в виде шестеренчатого пневматического двигателя с нагнетательной и выхлопной камерами, и генератора переменного тока с постоянными магнитами и преобразователем частоты.
Полезная модель поясняется чертежом (фиг. 1), на котором представлен генератор электрической энергии с пневмоприводом: фронтальная проекция генератора с осевым разрезом шестеренчатого пневматического двигателя и генератора электрической энергии и поперечное сечение пневмодвигателя А-А.
Генератор электрической энергии с пневмоприводом состоит из шестеренчатого пневматического двигателя и генератора электрической энергии. Шестеренчатый пневматический двигатель состоит из шестерен 1, 2 и пластин 3, которые формируют нагнетательную 4 и выхлопную 5 камеры пневматического двигателя. Выхлопная 5 камера пневмодвигателя (сечение А-А фиг. 1) имеет выемки 21, которые обеспечивают компенсацию прижимного усилия. Шестерни 1, 2 снабжены центральными отверстиями 6 для выравнивания давления в полостях шестеренчатого пневматического двигателя, которые образованы подшипниковыми опорами 7, 9. Шестерни 1, 2 установлены на подшипниках качения 8, опоры 7 и 9 которых вынесены за пределы нагнетательной 4 и выхлопной 5 камеры шестеренчатого пневматического двигателя. Подача и отвод сжатого газа осуществляется соответственно через входной 10 и выходной 11 штуцеры. Шестеренчатый пневматический двигатель крепится при помощи основания 12.
Генератор электрической энергии представляет собой синхронную машину с постоянными магнитами и выполнен с возможностью работы во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок. Корпус генератора 13 представляет собой сварную конструкцию станины с прикрепленными к ней болтами фланцем и коробкой выводов 19.
Пакет статора 15 выполнен шихтованным из листов электротехнической стали, в пазы которого вложена обмотка. Передача вращающего момента от пневматического двигателя на вал генератора 16 осуществляется посредством муфты 14. Ротор состоит из вала 16 с насаженными радиальными шарикоподшипниками качения 17 и сердечника с высококоэрцетивными постоянными магнитами 18. Пневматический двигатель и генератор электрической энергии снабжены фланцами для соединения (на чертеже не показаны).
Для предотвращения утечки рабочей среды коробка выводов 19 снабжена герметичным кабельным вводом.
Генератор снабжен преобразователем частоты 20, приводящим напряжение и частоту к нормированным значениям.
Работает генератор электрической энергии с пневмоприводом следующим образом.
Установка монтируется, устанавливается и крепится основанием 12 при помощи болтовых соединений. К входному 10 и выходному 11 штуцерам подсоединяются подводящая и отводящая трубы газопровода (на чертеже не показаны).
При подаче газа в нагнетательную камеру 4 создается перепад давления между нагнетательной 4 и выхлопной 5 камерами, приводящий к вращению шестерен 1 и 2 в противоположных направлениях. Вращение выходного вала шестеренчатого пневматического двигателя через муфту 14 передается на вал генератора электрической энергии 16, где создается вращающееся магнитное поле, которое создает ЭДС переменного тока в обмотках статора. Выработанная электрическая энергия с обмоток передается на преобразователь частоты 20, приводящий напряжение и частоту к нормированным значениям.
Генератор электрической энергии с пневмоприводом устанавливается в узле редуцирования газораспределительных станций параллельно с основной линией редуцирования газораспределительной станции (ГРС).
Реализация и эксплуатация заявляемого генератора электрической энергии не сопряжена с использованием сложных технологий в области машиностроения и электроприборостроения и может обеспечить его широкую промышленную применимость.
Предлагаемая полезная модель позволяет расширить арсенал технических средств и может найти широкое применение в качестве первичного источника электроэнергии, использующего принцип преобразования пневматической энергии в электрическую, обеспечить его высокую надежность и эксплуатационные характеристики.