Униполярная машина

 

¹ 554®

Класс 21 d, б

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировано в Бюро последующей регистрации изобретении Госплана при С1т*К СССР

О. H. Торопов.

Униполярная машина.

Заявлена 19 октября 1938 года в НКСвязи за № 636.

Опубликовано 31 августа 1939 года, Уже известны униполярные машины с применением ртути для снятия тока с якоря и центробежной подачей ртути к периферии якоря. В настоящем авторском свидетельстве предлагается машина, в которой для снятия тока с периферии диска применены пары ртути, образующиеся при пониженном давлении, поддерживаемом внутри герметического кожуха машины. В машине применены: полый вал и.радиальные каналы с соплами в дискообразном якоре, а также ртутный контакт для снятия тока с центра дискообразного якоря.

Машина эта может найти применение для питания телефонных сетей, системы центральной батареи цепей накала приемо-трансляционно-передаточных устройств, а также для целей электролиза (зарядка аккумуляторов).

На чертеже фиг. 1 изображает предлагаемую машину в разрезе по главной оси; фиг.2 †разр (другой) второго варианта; фиг. 3 — вид машины (по фиг. 2) сверху.

Корпус машины состоит из двух отдельных частей 1, 1,, стянутых болтами 10, и имеет два подшипника для главного вала б, выполненного полым. В части 1 корпуса, отделенной от части 1„в которой расположена униполярная машина, защитным экраном 8, помещен электродвигатель, статор 2 которого жестко закреплен кольцом 7, а ротор насажен на вал 5.

Кожух 1 машины имеет отверстие 9 с нарезкой, служащее для откачки воздуха.

После создания соответствующего вакуума отверстие наглухо завинчпвается.

Выводы и вводы электрических проводов для униполярной машины и электродвигателя расположены в подшипнике 12. Диски 13 изолированы от вала о с помощью бакелитовых цилиндров 14. Каждый диск по периферии посеребрен. полирован и затем покрыт ртутной амальгамой.

На некотором расстоянии S от диска расположено кольцо 15, выполняющее роль токоснимателя. Кольцо 15 с внутренней стороны обработано аналогично периферии диска, в целях уменьшения контактного сопротивления.

Контактное кольцо 15 имеет соответствующий выводной стержень 1о, укрепленный в вакуумо-уплотнительном изоляторе 17. К диску 18 крепится провод 18, проходящий через отверстие в нутрь вала 5; коммутация токов от дисков происходит внутри полого вала с помощью системы щеток в виде штырей 19 и цилиндров 20, к KQTopbIM IIpHcoPgIHнены диски 18. Соответственные поверхности штырей и цилиндров обработаны аналогично поверхностям диска И и кольца 1о, Путь тока через один из дисков 18 следующий.

Шиновыводной стержень И†промежуток S — диск 18 в провод 18 в цилиндр20 — промежутокЬ, — штырь|9— шина. Пространство между штырем 19 и кольцом заполнено жидкой ртутью.

При вращении с большой скоростью ртуть, под действием центробежной силы, растекается по токоснимающему кольцу; так I;aII: при большом числе оборотов в диске возникает э, д, с., то при каждом нарушении жидкостного контакта возникает местная вольтова дуга, теплота которой возгоняет ртуть в парообразное состояние; ионизированные пары ртути и являются токоснимающим элементом. Ионизация происходит постоянно, по времени, от следующих факторов, взаимно влияющих друг на друга в смысле увеличения степени ионизации: 1) термоионное излучение при дуговом разряде и 2) трение частиц паров ртути друг о друга и о стенки машины с большой относительной скоростью, порядка 100 — 150 л/сек.

После возгонки ртути в парообразное состояние происходит нормальный дуговой разряд в разряженных парах. Если давление больше указанного, а температура установки = 25, то происходит конденсация мельчайших капель ртути и стекание их в ванночку. Этот процесс периодичен и вызывает мгновенное испарение такой капельки, как только она попадает в зону теплового действия дугового разряда; это состояние машины является ненормальным, ибо вызывает пульсацию тока при образовании местных вольтовых дуг. Быстрое вращение диска, термические потоки, специальные направляющие лопасти образуют вихревое двигкение паров и энергичное их перемешивание, что ведет к однородной плотности паров и обеспечивает постоянство, по времени, контактного сопротивления (в отличие от механического токоснимания, где контактное сопротивление переменное, вследствие неоднородности строения частиц щетки и механического дрожания щеток).

Потери напря.кения ртутного выпрямителя составляют 15 — 20 вольт и пропорциональны расстоянию анодкатод; в ртутных выпрямителях большая величина этого расстояния обусловливается возможностью обратного зажигания и составляет величину порядка 15 — 20 сл; в предлагаемой системе токоснимания расстояние между диском и токоснимающим кольцом имеет величину порядка

5=0,1 слю, т. е. в предлагаемой системе падение напряжения U20: (-0 — 1 0,1 вольт, /20 0,1, или в два раза меньше, чем при ме. ханическом токоснимании. По данным автора, потери напряжения в токоснимателе униполярной машины значительно меньше, чем потери напряжения в дуге ртутного выпрямителя.

Поддержание внутри кожуха пониженного давления является необходимым условием работы машины в устойчивом режиме и может быть разрешено для машин разных мощностей и назначений по-разному.

Может оказаться, что степень ионизации будет недостаточна для пропускания данного тока; в этом случае предусмотрен добавочный ионизатор в виде спирали провода высокого сопротивления, который накаливается током от постороннего источника в момент пуска и от общего тока во время работы.

Возможна несколько иная форма выполнения уни полярной машины (фиг. 2 — 3), в которой применено ртутно-центробежно-струйное снятие тока с центра диска.

На фиг. 2 показано устройство машины по второму варианту.

На общем вертикальном валу 8 укреплены два диска, один 10 из которых показан на чертеже. Ооа диска изолированы от вала и друг от друга. На том же валу укреплен ротор электродвигателя 18, вращающего машину. Вертикальное распол ожение вала выбрано по следующим причинам: 1) облегчено стекание (возврат) ртути в ванночку; 2) вес вращающихся частей компенсирует стремление диска „прилипнуть" к одному из полюсов; 3) машина занимает малую площадь (в виде „тумбы"). Цифрой 14 обозначен корпус машины„15 — крышка. В данной машине применены постоянные магниты 16 в виде кирпичеобразных брусков, смонтированных между двумя железными шайбами 17, 18 (на электросварке). Материал — магнито-никельалюминиевый сплав.

В конструкции все выводы от обоих дисков выведены за пределы машины, что обеспечивает возможность включать ее последовательно или параллельно — по надобности — или использовать оба диска в отдельности — для разных взаимно не связанных цепей; снятие тока с центров обоих дисков в ртутно-жидкостное. Внутри полого вала расположены два взаимно (и от вала) изолированных сосуда 19, 20 с ртутью. B эти сосуды введены провода 21, 22 от центров дисков (внутри ртути они свернуты в спираль и амальгамированы). В сосуды с ртутью опущены два медных провода 28, 24, изолированных взаимно и от корпуса.

Здесь жидкая ртуть имеет следующий путь: ванночка 1 на дне машины, полый вал 2, радиальные отверстия 3 в диске машины, направляющее сопло 4 на периферии диска 10, воздушный промежуток длиной =1 — 3 лил, медная густая амальгамированная сетка, собирательное кольцо 7, ванночка 1. Ванночка 1, медная сетка б и кольцо 7 изолированы от корпуса машины. Ртуть 2, находящаяся внутри полого вала 8 и радиальных отверстий 8, электрически изолирована от диска 10 и вала 8 с помощью изоляционных трубочек 9, 11, вставленных внутрь полого вала и внутрь радиальных .отверстий 3 в диске машины. Направляющее сопло 4 сделано из металла, амальгамировано в отверстии и ввппчено в периферию диска; ртуть, протекая через сопло и далее через воздушный промежуток -., попадает на медную сетку б и кольцо 7 и, таким образом, образует жидкостно-струйный контакт периферии диска с токособирающей сеткой.

Центробежная сила при вращении диска действует на радиальный столб ртути 3 и давит с такой силой, o. торая обеспечивает вытекание струи ртути с достаточной скоростью; последняя может быть регулирована в весьма широких пределах калибровкой и подбором отношений между сечениями отверстий сопла и радпальчого отверстия 3. Направление силы от центра к периферии, т. е. при работе машины аналогично между этой системой и центробежным насосом; сопло 4 направляет струю ртути почти касательно к данной точке на периферии диска, со скоростью, почти равной линейной скорости данной точки, но в направлении, противоположном направлению вращения диска. Таким образом, в любой точке соприкосновения струи ртути с неподвижной медной сеткой относительная скорость струи ртути и сетки близка к нулю, что обеспечивает: 1) отсутствие разбрызгивания струи (вследствие удара) и 2) постоянство во времени переходного (контактного) сопротивления.

Автор полагает, что потери на трение в предлагаемом токоснимающем устройстве будут меньше, чем в существующих униполярных машинах.

При этом активный материал— ртуть — при токосниманпи не портится и не уничтожается со временем и может служить неограниченно долго; конечно, постепенно ртуть будет окисляться от соприкосновения с воздухо.л, но очень медленно, так как температура струи не превысит при работе 50 — b0 . Окислившаяся ртуть нормальной работе машины мешать не будет, ибо, как более легкая, она всплывает на поверхность ванночки.

Назначение медной амальгамированной сетки следующее: при падении ртутной струи на сетку с малой скоростью ртуть прилипает, растекается и далее стекает по ней в ванночку на дне машины.

С точки зрения простоты и экономии более выгодно, для малых и средних машин, делать магнитную цепь из постоянных магнитов, применяя сборную конструкцию из отдельных кирпичеобразных кусков 21 специальной никель - алюминиевой стали, обладающей значительной коэрцитивной силой и неразмагничивающейся от тряски и высокой температуры. Токоснимание в машине достигается проводимостью ионизированных ртутных паров (дуговой разряд) в промежутке S, между периферией диска и подвижным токоснимающим кольцом.

Предмет изобретения.

1. Униполярная машина с применением ртути для снятия тока с якоря машины и центробежной подачей ртути к периферии якоря, отличающаяся тем, что для снятия тока с периферии диска применены пары ртути, образующиеся при пониженном давлении, поддерживаемом внутри герметического кожуха машины.

2. В машине по п. 1 применение полого вала и радиальных каналов с соплами в дискообразном якоре.

3. В машине по п. 1 применение ртутного контакта для снятия тока с центра дискообразного якоря.