Униполярная машина

 

УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА, содержащая два электрически изолированных по торцам друг от друга магнитопровода статора и размещенный между ними в жидком металле дисковый ротор с изоляцией по торцам, периферийный и центральный жидкометаллические контакты и уплотнение, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения потерь мощности и повышения -надежности путем исключения утечек жидкого металла, уплотнение выполнено в виде последовательно соединенных сопротивления и щетки, контактирующей с ротором на стороне центрального контакта, а сопротивление содержит вывод для подключения к внешней электрической цепи ротора.

„„SU„„1078549 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5ц Н 02 К 31/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К. АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3569169/24-07 (22) 26.01.83 (46) 07.03.84. Бюл. № 9 (72) С. А. Васильев (71) Новосибирский государственный университет им. Ленинского комсомола и Институт теплофизики СО АН СССР (53) 621.313.292 (088.8) (56) 1. Патент США № 3453467, кл. 310-178, 1966.

2. Патент Англии № 1343358, кл. Н 02 К 31/04, 1974. (54) (57) УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА, содержащая два электрически изолированных по торцам друг от друга магнитопровода статора и размещенный между ними в жидком металле дисковый ротор с изоляцией по торцам, периферийный и центральный жидкометаллические контакты и уплотнение, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения потерь мощности и повышения надежности путем исключения утечек жидкого металла, уплотнение выполнено в виде последовательно соединенных сопротивления и щетки, контактирующей с ротором на стороне центрального контакта, а сопротивление содержит вывод для подключения к внешней электрической цепи ротора.

1078549

15

25

Изобретение относится к униполярным машинам и может быть использовано, например, в металлургии, транспорте, машиностроении, тяжелой промышленности и т. д.

Известны униполярные машины, в которых для токосъема используются жидкие металлы и сплавы (1).

Все эти жидкие металлы и сплавы либо токсичны, либо активно реагируют с кислородом, водой и водяными парами. В качестве уплотнения вращающегося вала в машине используются лабиринтные уплотнения. Их принцип действия основан на создании турбулентного гидравлического сопротивления течению жидкого металла в зазоре, поэтому работа таких уплотнений сопровождается большими утечками.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является униполярная машина, содержащая вал, свободно вращающийся в подшипниках, на котором жестко посажены изолированные один от другого и от вала несколько дисков ротора. Между ними размещены диски статора. Торцовые поверхности дисков ротора и статора изолированы, а боковые представляют собой чистые металлические поверхности и образуют жидкометаллические контакты. Жидкий металл заполняет все пространство между ротором и статором и обеспечивает электрический контакт между боковыми поверхностями дисков ротора и статора в зонах жидкометаллических контактов. Полость, заполненная жидким металлом, уплотняется по валу механическими уплотнениями. Магнитное поле в униполярном двигателе создается сверхпроводящим индуктором (2j.

Недостатком известной униполярной машины является то, что применение механических уплотнений приводит к значительным потерям мощности на трение и утечкам жидкого металла из рабочего объема, что снижает надежность машины.

Цель изобретения — уменьшение механических потерь мощности и повышение надежности путем исключения утечек жидкого металла из униполярной машины.х

Поставленная цель достигается тем, что в униполярной машине, содержащей два электрически изолированных по торцам один от другого магнитопровода статора и размещенный между ними в жидком металле дисковый ротор с изоляцией по торцам, периферийный и центральный жидкометаллические контакты и уплотнение, уплотнение выполнено в виде последовательно соединенных сопротивления и щетки, контактирующей с ротором на стороне центрального контакта, а сопротивление содержит вывод для подключения к внешней электрической цепи ротора.

На чертеже схематически показана предлагаемая машина.

Предлагаемая униполярная машина имеет вал 1, свободно вращающийся в подшипнике 2. На валу 1 жестко посажен дисковый ротор 3, размещенный между изолированными один от другого дисками 4 и 5 статора.

Торцовые поверхности ротора 3 и дисков 4 и 5 статора изолированы, а боковые представляют собой чистые металлические поверхности. Жидкометаллические контакты центральный 6 и периферийный 7 образуются заполнением пространства между ротором 3 и дисками 4 и 5 статора жидким металлом. Диски 4 и 5 статора подключены к элементу 8, который в двигательном режиме представляет источник тока, а в генераторном — нагрузку униполярной машины. Параллельно жидкометаллическому контакту 6 включены последовательно соединенные электрическое сопротивление 9 и щетки 10, причем электрическое сопротивление 9 имеет вывод 11 для соединения с внешней цепью ротора, а щетки 10 контактируют с ротором 3. Магнитное поле в униполярной машине создается сверхпроводящим индуктором 12.

Устройство работает следующим образом.

Электрический ток от элемента 8 течет к диску 5 статора, далее через жидкометаллический контакт 7 по ротору 3 и зоне жидко металлического контакта 6 разделяется на две параллельные составляющие. Одна составляющая тока 1, течет в радиальном направлении через жидкометаллический контакт 6 в диск 4 статора и далее к элементу 8, а другая 1 — в осевом направлении по ротору 3, через щетки 10 — электрическое сопротивление 9 к элементу 8. Наличие в зоне жидкометаллического контакта

6 двух перпендикулярно направленных токов приводит к возникновению в жидком металле электромагнитной силы, которая направлена противоположно осевой составляющей тока

1 . Эта сила противодействует силе тяжести, действующей на слой жидкого металла между ротором 3 и диском 4 статора, и предотвращает вытекание жидкого металла из полости между ротором 3 и дисками 4 и 5 статора.

Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с известными устройствами заключаются, во-первых, в уменьшении потерь мощности. Так, например, в торцовых или сальниковых уплотнениях, для униполярной машины с диаметром вала 150 мм и скоростью вращения 10 м!с потери мощности на трение могут достигать нескольких десятков киловатт. В предлагаемом устройстве мощность теряется в щетках и величина этих потерь для предлагаемой выше униполярной машины не превышает 1 кВт.

1078549

Составитель А. Трепутнева

Редактор И. Ковальчук Техред И. Верес Корректор В. Гирняк

Заказ 980 49 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и от крытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Кроме того, все механические уплотнения предполагают наличие утечек. Так, например, в торцовых и сальниковых уплотнениях утечки составляют от десятых долей литра до нескольких литров в час.

Таким образом, применение предлагаемого устройства в различных отраслях промышленности, на транспорте и т. д. позволит получить значительный экономический эффект.