Силовий електромеханічний привід має силове колесо 1 у вигляді металевого диска або круглої платформи звареної конструкції з валом 2, що є валом робочого органу машини, а також валом ведучого зубчастого колеса 4 зубчастої передачі, ведені шестерні 5 насаджені на вали декількох машин або механізмів. По колу силового колеса 1 розташовані лінійні електродвигуни, двосторонні індуктори яких встановлені нерухомо, а вторинний елемент у вигляді металевої смуги 8 закріплений на силовому колесі 1. Виграш в силі в стільки разів у скільки разів радіус розташування лінійних електродвигунів більше вала машин механізму, що дає виграш в силі. 2 з. п. ф-ли, 4 іл.
Винахід відноситься до електроприводів, а більш конкретно до електроприводів машин і механізмів переважно з малими і середніми оборотами обертання валів робочих органів, і може бути використано в бурових і насосних пристроях, в гидроусилителях надпотужних пресів, в кар'єрних і міських протидії смогових вентиляторах, екранольоти, а також у виробництві електроенергії.
Відомі електроприводи великий модності для машин і механізмів з малими і середніми оборотами обертання валів робочих органів, передають обертання безпосередньо і через вали, шківи, ремені, шестерні та інше мають, по-перше, межа в потужності, а точніше межа в силі крутного моменту валу , хоча для її збільшення і застосовується взаємопов'язаний і багатодвигунний електропривод, все ж потреба в більш сильному електроприводі залишається, по-друге, за допомогою передавальних механізмів і безпосередньо без них (дугостаторний електродвігате ь) передача обертання супроводжується втратами енергії, які вважаються неминучими і нічим не компенсуються, через що виробництво електроенергії за допомогою електроприводу не мало сенсу.
Найбільш близьким за призначенням і деяким конструктивним рішенням є дугостаторний електродвигун, який представляє собою статор асинхронного двигуна, виконаний у вигляді кругового сегмента, забезпеченого переважно обмоткою і неявно вираженими полюсами, і влаштований приставним до приводиться частини машини-знаряддя, яка є ротором такого електрифікована механізму.
Віддалене від центру обертання розташування статора на машині або механізмі є воріт, за допомогою якого дугового статор отримує виграш в силі крутного моменту, а електродвигун - приріст потужності. Чим більше радіус розташування статора від центру обертання на обертається машини або механізму, тим більше виграш в силі отримує електродвигун, тим більшої потужності машину або механізм він проводить в обертання, але так як електродвигун не має передавального механізму, то він не має і ворота, тому якою б величезною величини не був радіус розташування дугового статора на поворотній частині машини або механізму, потужність електродвигуна і потужність машини або механізму будуть рівними 1: 1, беручи до уваги втрат, тоді як у предлага мого електроприводу, що має воріт - силове колесо, це співвідношення буде 1:50 і більше.
Збільшення сили крутного моменту без збільшення потужності електродвигуна, компенсація втрат енергії виграшем в силі, отримання електроенергії електроприводом набагато більше витраченої досягається пропонованим силовим електромеханічним приводом.
Метою винаходу є створення електроприводу не тільки не мають меж в потужності, але і енергозберігаючим електроприводом, який отримає широке застосування в економіці і відкриє можливість виробництва електроенергії за допомогою електроприводу.
Зазначена мета досягається тим, що в передавальний механізм від електродвигуна до валу машини або механіка включений воріт - силове колесо, а електродвигуни обертального руху замінені лінійними електродвигунами, які зімкнуті в кільце по окружності силового колеса, перетворюючи поступальний рух в обертальний з виграшем в силі в стільки раз у скільки разів радіус їх розташування на силовому колесі більше радіусу вала машини або механізму, що приводиться в обертання силовим колесом. Таким чином, електродвигуни виграють не тільки в силі крутного моменту, але і в електроенергії, оскільки менша вращающая сила врівноважує більшу обертову, отже витрачати електроенергії вона буде в стільки ж разів менше з деякою надбавкою на втрати.
Пропонований силовий електромеханічний привід має основний конструктивний елемент воріт - силове колесо, яке представляє собою металевий диск або круглу платформу звареної конструкції з валом горизонтальної або вертикальною віссю обертання, який одночасно служить валом робочого органу машини або механізму, а також валом ведучого зубчастого колеса зубчастої передачі дан одночасної роботи декількох машин або механізмів, на вали яких насаджені ведені шестерні зубчастої передачі.
Для машин і механізмів, що створюють потік повітря через силове колесо, і для машин, що вимагають охолодження в роботі, силове колесо забезпечено керованими або повітряними лопатями, вбудованими в нього, а для машин і механізмів з безперервних обертання робочих органів силове колесо за найбільшою окружності навантажено утяжеляются масою, утворюючи з нею силовий маховик, вага якого в обертанні стає силою, що врівноважує силу на валу силового колеса, полегшуючи роботу електродвигунів, тим самим ще більше зберігаючи електроенергії.
Для більш повного використання потужності силового колеса і його ролі редуктора є левередж, за допомогою якої електропривод передає обертання декільком машинам або механікам.
Лінійні електродвигуни, якими замінено тут електродвигуни обертального руху, мають ряд переваг як для самих себе, так і для електроприводу. Для лінійних електродвигунів мінімальний і постійний повітряний зазор між індукторами і металевою смугою позитивно позначається на їх роботі і потужності, а для електроприводу - повідомляють набагато більшу швидкість обертання силового колеса, спрощують передачу обертання, так як не мають обертових частин.
У виробництві електроенергії силовий електромеханічний привід працює з багатополюсними ( "тихохідними") генераторами струму, наприклад гідрогенераторами, замінюючи гідротурбіну, а за допомогою зубчастої передачі - декількома гідрогенераторами будь-якої потужності, замінюючи самі гідроелектростанції.
Будівництво таких електростанцій дозволить відмовитися від виробництва електроенергії атомними, тепловими і гідроелектростанціях на рівнинних річках, що виключить повторення Чорнобиля, спалювання дорогих вугілля, нафти і газу, перекриття річок греблями і затоплення величезних площ земель водосховищами. У цьому застосуванні пропонований електропривод стане найпоширенішим джерелом дармовий електроенергії, ресурсозберігаючих, екологічно чистим і безпечним.
На фіг. 1 - 4 - показані схеми коміром і важелів, що пояснюють роботу запропонованого електроприводу: фіг. 1 і 3 - схема для електроприводу з зубчастої передачею і трьома машинами або механізмами; на фіг. 3 і 4 - схема для електроприводу, де вал силового колеса служить валом машини або механізму. На схемі коміром фіг. 1 і 2 пряма AB - схема важеля з центром обертання в точці О. Плечі важеля AO і OB не рівні, отже, не рівні і сили F і P, прикладені в точках B і A. Величина кожної з цих сил обернено пропорційна її плечу. Зі збільшенням плеча сили F в кілька разів рівновагу важеля не порушується, так як в стільки ж разів збільшується сила P або зменшується сила F в стільки ж разів. У той же час для ворота пряма AB, що проходить через центр обертання ворота "О" складається з 2-х радіусів: радіусу ворота R-AO і радіусу вала ворота r-OB. Радіуси R і r не рівні, значить не рівні і сили, прикладені до кола ворота в точці A і до валу ворота в точці B. Величина кожної з цих сил буде обернено пропорційна величині її радіусу згідно з правилом: сила, прикладена до кола ворота, під стільки разів менше сили, яка додається до валу ворота у скільки разів радіус вала ворота менше радіуса ворота. Сила F- сила електродвигунів, що обертають воріт, сила P - сила, прикладена до валу ворота - валу машини або механізму (Підручник фізики, 7 клас. Важіль. Воріт. Изд. 1965).
Силовий електромеханічний привід з вертикальною віссю обертання фіг.3 і горизонтальної фіг. 4 має силове колесо 1 - металевий диск (фіг. 4) або кругла платформа зварної конструкції в діаметрі 50 м і більше (фіг. 3) з валом 2, який одночасно є валом силового колеса 1 і валом робочого органу машини або механізму 3, а також валом ведучого зубчастого колеса 4 зубчастої передачі, ведені шестерні 5 якої насаджені на вали декількох машин або механізмів 6.
По колу силового колеса 1 розташовані лінійні електродвигуни, двосторонні індуктори 7 яких встановлені нерухомо, а металева смуга 8 - вторинний елемент лінійних електродвигунів - закріплена на силовому колесі 1 по окружності, близькою до його найбільшою. Тут повітряний зазор між індукторами 7 і металевою смугою 8 мінімальний і постійний, що скорочує втрата енергії і підвищує їх потужність, повідомляють силовому колесу набагато більшу швидкість обертання, ніж електродвигуни обертального руху, підвищують надійність і спрощують передачу обертання, так як не мають обертових частин.
Для машин і механізмів з безперервним обертанням силове колесо 1 має утяжеляются масу, це може бувальщина залізобетонне кільце 9 (фіг. 3), сталевий обід 10 (фіг. 4) або те й інше разом (фіг. 3), утворюючи силовий маховик, який відрізняється від інерційного постійною дією сили на центр обертання, помноженої на радіус силового колеса 1.
Найбільш наочним прикладом ефективності, необмеженої потужності і економічності пропонованого електроприводу пропонується наближений розрахунок на застосування гідрогенератора потужністю 1 млн. КВт, 60 об / хв (100 полюсів), діаметр вала ротора 1 м, а також лінійних електродвигунів, що розвивають лінійну швидкість близько 580 км / ч або 160 м / с.
Спочатку визначимо діаметр силового колеса. Так як генератор має 1 оборот в секунду, а електродвигуни мають швидкість 160 м в секунду, то це і буде довжина кола силового колеса. Розділимо її на 3,14 і отримаємо діаметр силового колеса 50,6 м.
Так як електропривод не має обмеження в потужності, то при цьому в діаметрі силового колеса 50,6 і діаметрі генератора 20 м можна розмістити від 3-х до 6-ти таких генераторів, включаючи центральний, вал якого є валом силового колеса і ведучого зубчастого колеса в зачепленні з п'ятьма відомими, насаджених на вали п'яти генераторів. Зупинимося на трьох, тоді потужність електростанції складе 3 млн. КВт, а потужність електродвигунів 60000 кВт, а якщо силове колесо обтяжать силовим маховиком, то ця потужність електродвигунів буде зайвою. Визначимо масу маховика: 3 млн. КВт складають 306 млн. Кгм, розділимо їх на 50 (виграш в силі), отримаємо вагу маховика - трохи більше 6000 т. Кінетична енергія цього маховика в обертанні врівноважить електроенергію генераторів, а електрична енергія електродвигунів буде лише підтримувати обертання і 60000 кВт не буде потрібно.
Щоб побудувати гідроелектростанію на 3 млн.кВт потрібно перекрити таку річку як Ока або Кама, побудувати греблю, будівля ГЕС, три гідротурбіни і заповнити водосховище, що ні просунутий ні в яке порівняння з будівництвом такої ж потужності електростанції з пропонованим приводом.
Пропонований електропривод представляє нову систему відомих ознак "електродвигун-ворот-машина", а його робота відповідає відоме рівністю моментів сил F R = P r, фіг. 2, включаючи також нову систему "електродвигун-ворот-генератор", де сили треба замінити енергією, кгм; F-сумарна електроенергія лінійних електродвигунів, кгм; R - радіус ворота - силового колеса, м; P - електроенергія генератора (генераторів), кгм; r- радіус вала генератора, м.
Кількість енергій на вході системи (F R) і виході (P r) буде однаково, але кількість електроенергії на виході буде в стільки разів більше електроенергії, витраченої електродвигунами, у скільки разів радіус силового колеса більше радіусу вала генератора.
Отримання електроенергії в набагато більшій кількості, ніж витрачено на її отримання, пояснюється тим, що, виграючи в силі, електродвигуни програють в відстані, обертаючи силове колесо, яке як понижуючий редуктор набуває необхідні обороти для роботи генераторів.
Охолодження генераторів повітряне за допомогою керованих лопатей, вбудованих в силове колесо. Таку ж конструкцію силового колеса можна застосувати в кар'єрних вентиляторах, протівосмогових вентиляторах великих міст і екранольоти з власним енергопостачанням.
Для поршневих насосів і гідропідсилювачів силове колесо може повідомити роботу порціях з об'ємом циліндрів в десятки і сотні кубічних метрів, змінивши конструкцію парового двигуна паровоза, замінивши роль ведучого колеса силовим колесом пропонованого електроприводу.
Загальний курс електроприводу. Чиликин М.Г. і Сандлер А.С.
Електричні машини, електропривод. Новіков О.В. Попович Н.Г. та ін.
Гідроелектростанції. Ільїних І.І ..
Теорія лінійних асинхронних двигунів. Ямамура С.
Курс загальної фізики. Т.1 і ін. Савельєв І.В.
1. Силовий електромеханічний привід для машин і механізмів з малими і середніми частотами обертання валів робочих органів, що складається з електродвигуна і передавального механізму, який передає обертання від електродвигуна до робочого органу машини або механізму, що відрізняється тим, що в передавальний механізм включений воріт - силове колесо з валом, який одночасно служить валом робочого органу машини або механізму, а також валом ведучого зубчастого колеса зубчастої передачі для одночасної роботи декількох машин або механізмів, на вали яких насаджені ведені шестерні зубчастої передачі, електродвигун виконаний у вигляді лінійних електродвигунів, зімкнутих у кільце по окружності силового колеса, індуктори яких встановлені нерухомо, а вторинний елемент - аллюминиевая смуга - закріплений на силовому колесі по колу, близькою до його найбільшою.
2. Привід по п.1, що відрізняється тим, що силове колесо виконане з лопатями, вбудованими в нього.
3. Привід по п.1 або 2, який відрізняється тим, що силове колесо навантажено утяжеляются масою.