Теплогенерирующий электромеханический преобразователь



Теплогенерирующий электромеханический преобразователь
Теплогенерирующий электромеханический преобразователь
Теплогенерирующий электромеханический преобразователь

 


Владельцы патента RU 2410852:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ") (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд. В предлагаемом теплогенерирующем электромеханическом преобразователе, предназначенном для нагрева и/или перемещения жидкой или газообразной среды, используется дополнительный теплоизолирующий элемент из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющий функцию радиального и/или упорного подшипника скольжения, составляющий единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой преобразователя. При этом упомянутый дополнительный теплоизолирующий элемент состоит из полимерного композиционного материала на основе эпоксидно-диановой смолы с наполнителем из порошка фторопласта-4 и рубленого стекловолокна при определенном весовом соотношении перечисленных компонентов. Технический результат - снижение механических потерь на трение и повышение КПД путем снижения коэффициента трения между подвижной и неподвижной деталями теплогенерирующего электромеханического преобразователя без ухудшения прочностных характеристик упомянутой дополнительной детали. 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд.

Известен водонагреватель, содержащий сетевую обмотку, магнитопровод и нагревательный элемент в виде вращающейся вторичной обмотки, имеющей форму полого электропроводящего цилиндра с герметичным основанием (ПМ №9114 РФ, МПК Н05В 6/10).

Существует электронагреватель, содержащий каркас и охлаждаемый вентилятором нагревательный элемент, причем каркас образован магнитопроводом с расположенной на нем первичной обмоткой, подключаемой к сети переменного тока через встроенный регулятор частоты питающего первичную обмотку электронагревателя напряжения, а нагревательный элемент выполнен в виде вращающейся самоохлаждающейся вторичной обмотки, состоящей из короткозамкнутых стержней, установленных на подвижной опоре (свидетельство на ПМ №7266 РФ, МКИ Н05В 3/06).

Общим недостатком этих устройств является низкая производительность, связанная с высоким гидравлическим сопротивлением теплогенератора.

Наиболее близким по технической сущности является электромеханический преобразователь, содержащий первичную обмотку, магнитопровод и вращающуюся короткозамкнутую вторичную обмотку, выполненную в виде полого цилиндра, отделенную от магнитопровода 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 (ПМ №65335 РФ МПК7 Н05В 6/10, F25В 29/00).

Недостатком этого устройства является низкий коэффициент полезного действия (КПД), обусловленный высокими механическими потерями из-за трения перемещающихся деталей.

Задачей заявляемого изобретения является повышение КПД за счет уменьшения механических потерь электромеханического преобразователя.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в снижении коэффициента трения между подвижной и неподвижными частями теплогенерирующего электромеханического преобразователя (ТЭП) вследствие применения полимерного композиционного материала (ПКМ) для изготовления дополнительного неподвижного теплоизолирующего элемента.

Такой технический результат является следствием использования дополнительного неподвижного элемента из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функции радиального и/или упорного подшипника скольжения, из полимерного композиционного материала на основе эпоксидно-диановой смолы с наполнителем из порошка фторопласта-4 и рубленого стекловолокна, что позволяет уменьшить коэффициент трения между дополнительным неподвижным элементом и вращающейся короткозамкнутой обмоткой.

Сущность предлагаемого изобретения поясняет фигура 1.

Теплогенерирующий электромеханический преобразователь состоит из магнитопровода 1 с размещенной на нем сетевой обмоткой 2 и вращающейся короткозамкнутой вторичной обмотки 3, выполненной в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти. Вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены дополнительным неподвижным теплоизолирующим элементом 4 из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиального и/или упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой. Антифрикционный неэлектропроводящий материал состоит из композиционного полимера на основе эпоксидно-диановой смолы с наполнителем из порошка фторопласта-4 и рубленого стекловолокна (например, в весовом соотношении: 75…90% - эпоксидно-диановая смола, 8…24% - фторопласт-4 и остальное - рубленое стекловолокно). При этом эпоксидно-диановая смола и рубленое стекловолокно обеспечивают большую прочность, малую усадку, хорошую адгезию, низкую водопоглощаемость, а фторопласт-4 - высокую износостойкость, низкий коэффициент трения и высокую электроизоляцию.

Теплогенерирующий электромеханический преобразователь работает следующим образом.

На сетевую обмотку 2 подается напряжение от сети переменного тока. Проходящий при этом по обмотке ток создает намагничивающую силу и переменное магнитное поле, наводящее на основании закона электромагнитной индукции во вторичной обмотке электродвижущую силу и обусловленный ею вторичный ток, взаимодействующий с магнитным полем и приводящий к возникновению вращающего момента. Так как между внутренней поверхностью магнитопровода и внешней поверхностью обмотки расположен дополнительный неподвижный теплоизолирующий элемент 4, выполненный из антифрикционного материала и представляющий собой радиальный и/или упорный подшипник скольжения, обмотка приходит во вращение со скоростью, определяемой параметрами ТЭП. При вращении обмотки 3, выполненной в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти, нагреваемая среда перемещается по пути с минимальным гидравлическим сопротивлением.

Количество теплоты, выделяемое вторичной обмоткой 3, и ее производительность (т.е. количество нагреваемой и/или перемещаемой среды в единицу времени, м3/с) зависит от величины вторичного тока и скорости вращения обмотки 3. Использование дополнительного теплоизолирующего элемента 4, выполненного из ПКМ и представляющего собой радиальный и/или упорный подшипник скольжения, обеспечивает малый коэффициент трения и соответственно низкие потери на трение в узле скольжения. Потери на трение Pтр определяются по выражению

где f - коэффициент трения; pа - давление; V - скорость вращения.

Из выражения (1) видно, что потери Ртр прямо пропорциональны коэффициенту трения f и уменьшаются с его снижением. Влияние компонентов, входящих в состав материала, образующего дополнительный неподвижный теплоизолирующий элемент, на эксплуатационные характеристики ТЭП показано на фигурах 2 и 3. На фигуре 2 приведены графики изменения коэффициента трения f от номинального давления ра для скоростей скольжения V 1-2 м/с; 2-4 м/с; 3-6 м/с. На фигуре 3 представлены графики изменения коэффициента трения f от скорости скольжения V для давления ра 4-5 МПа; 5-7,5 МПа; 6-10 МПа; 7-12 МПа. Полученные зависимости подтверждают обоснованность применения элемента 4, так как коэффициент трения f в пределах давлений 2,5…15 МПа, скоростей скольжения 2…6 м/с и температуры 30…100°С, т.е. в номинальных режимах работы ТЭП снижается и составляет от 0,03 до 0,12, что на 70…40% ниже коэффициентов трения, присущих традиционным конструкциям. Анализ результатов показывает способность полимерного композиционного материала (например, в весовом соотношении: 75…90% - эпоксидно-диановая смола, 8…24% - фторопласт-4 и остальное - рубленое стекловолокно) обеспечивать низкое трение без ухудшения прочностных характеристик.

Таким образом, использование композиции, например, в весовом соотношении: 75…90% - эпоксидно-диановая смола, 8…24% - фторопласт-4 и остальное - рубленое стекловолокно, в качестве материала, образующего дополнительный неподвижный теплоизолирующий элемент, представляющий собой радиальный и/или упорный подшипник скольжения, позволяет уменьшить механические потери на трение и повысить КПД теплогенерирующего электромеханического преобразователя.

Теплогенерирующий электромеханический преобразователь, содержащий первичную обмотку, магнитопровод и вращающуюся короткозамкнутую вторичную обмотку, выполненную в виде полого цилиндра, отделенного от магнитопровода 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, отличающийся тем, что дополнительный неподвижный теплоизолирующий элемент состоит из полимерного композиционного материала на основе эпоксидно-диановой смолы с наполнителем из порошка фторопласта-4 и рубленого стекловолокна, например при следующем весовом соотношении компонентов, %:

эпоксидно-диановая смола 75-90%
фторопласт-4 8-24
рубленое стекловолокно остальное


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области индукционной электротехнологии и может найти широкое применение для предварительного и сопутствующего подогрева при строительстве трубопроводов, предварительного и сопутствующего подогрева соединений узлов врезки при сварке на действующем газонефтепродуктопроводе, термообработки сварных швов, нагрева стенок резервуаров нефтегазовой отрасли, изоляции нефтепродуктопроводов, снятия поликенового покрытия с демонтированных секций нефтепродуктопроводов, а также для трубогибов.

Изобретение относится к электроводонагревателям и предназначено для горячего водоснабжения жилых домов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий. .

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение для индукционного нагрева металлических деталей. .

Изобретение относится к блоку индукционных катушек для нагрева вращательно-симметричной относительно оси детали из электропроводящего материала, в частности, втулочной детали, удерживающей прессовой посадкой изделие вытянутой формы в центральном относительно оси установочном отверстии, предпочтительно для нагрева втулочной детали приспособления для крепления инструмента, удерживающего прессовой посадкой в центральном относительно оси вращения установочном отверстии хвостовик вращательного инструмента, в частности, сверла или фрезы.

Изобретение относится к процессам обработки текучих сред и к конструкции индукционных нагревателей для их осуществления. .

Изобретение относится к варочным аппаратам для использования в кухонных аппаратах. .

Изобретение относится к энергосберегающим технологиям, использующим индукционный нагрев. .

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения организаций и учреждений, не имеющих централизованного теплоснабжения.

Изобретение относится к теплоэнергетике. .

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для выработки «холодильной» энергии разных уровней, тепловой энергии и электроэнергии в широком температурном диапазоне атмосферного воздуха в полевых условиях.

Изобретение относится к устройствам и системам холодотеплоснабжения жилых и производственных помещений. .

Изобретение относится к области отопительной техники и систем охлаждения и может быть использовано для поддержания температурного режима в помещениях. .

Изобретение относится к области систем охлаждения помещений, в частности к системам лучистого охлаждения, и может быть использовано для поддержания температурного режима в жилых и производственных помещениях.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплогенераторам, и может быть использовано в дизельных двигателях транспортных средств и силовых установок. .

Изобретение относится к наземному оборудованию объектов ракетно-космической техники и обеспечивает автоматическое поддержание требуемого температурно-влажностного режима и степени чистоты среды этих объектов.

Изобретение относится к ракетно-космической технике. .

Изобретение относится к строительству, в частности к композициям для укрепления горных пород и гидроизоляции влажных поверхностей. .
Наверх