Материалы для изготовления генераторов

Генератор Серла, конструкция и процесс изготовления

Конструкция и процесс изготовления

Целью настоящего отчета является воспроизвести экспериментальные работы, проводившиеся между 1946 и 1956 годами Дж.Серлом, включая геометрию, используемые материалы и технологию изготовления генератора на эффекте Серла (SEG).

Нижеприведенная информация получена в результате личных контактов автора с Серлом и должна рассматриваться как предварительные данные, так как дальнейшие исследования и усовершенствования могут явиться причиной изменений и добавлений к содержанию.

SEG состоит из основного движущего элемента, называемого Gyro-Cell (GC, кольцо), и, в зависимости от назначения, катушек для производства электроэнергии или вала для передачи механической работы. Кольцо также может быть использоваться как источник высокого напряжения. Еще одно важное свойство кольца — это способность к левитации.

Генератор может рассматриваться как электродвигатель, состоящий только из постоянных магнитов цилиндрической формы и неподвижного кольца. На рис.1 показан генератор простейшей формы, состоящий из неподвижного кольцевого магнита, называемого основанием, и некоторого количества цилиндрических магнитов, или роликов.

В процессе работы каждый ролик вращается вокруг своей оси и одновременно вращается вокруг основания таким образом, что фиксированная точка на боковой поверхности ролика описывает циклоиду с целым числом лепестков, как показано пунктиром на рисунке 2.

Измерения показали, что возникает электрический потенциал в радиальном направлении. Основание заряжается положительно, а ролики — отрицательно.

В принципе, генератор не нуждается в какой-либо арматуре для поддержания механической целостности, так как ролики притягиваются к кольцу. Тем не менее, при использовании генератора для механической работы должны использоваться валы для передачи момента. Более того, если генератор смонтирован в корпусе, ролики должны быть несколько короче высоты основания для предотвращения задевания о корпус или другие части.

При работе создаются зазоры в результате электромагнитного взаимодействия между кольцом и роликами, предотвращающие механический и гальванический контакт между основанием и роликами и уменьшающие трение до ничтожной величины.

Эксперименты показали, что выходная мощность увеличивается с ростом количества роликов и для достижения плавного и надежного вращения отношение диаметра основания к диаметру ролика должно быть целым положительным числом, большим чем 12. Эксперименты также показали, что зазоры между соседними роликами должны равняться диаметру ролика, как показано на рисунке 1.

Более сложная конфигурация может быть образована путем добавления дополнительных секций, состоящих из основного кольца и соответствующих роликов.

Эксперименты показали также, что для стабильной работы все секции должны быть одинаковой массы.

КОНФИГУРАЦИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

В результате процесса намагничивания совместным постоянным и переменным магнитным полем каждый магнит приобретает характерный магнитный рисунок, находящийся на двух кольцевых дорожках и состоящий из множества северных и южных полюсов, как показано на рисунке 4.

Измерения показали, что полюса расположены равномерно на расстоянии примерно 1 мм. Также обнаружено, что плотность полюсов на единицу длины окружности должна быть постоянной, характерной для данного генератора, величиной.

где N(p) — число полюсов на треке основания, N(r) — число полюсов на треке ролика.

К тому же, расстояние между двумя треками полюсов основания и роликов должно быть одинаковым для данного генератора.

Треки полюсов допускают автоматическую коммутацию и тем самым создают вращающий момент. Каким именно образом это достигается, до сих пор неясно и требует дальнейших исследований. Неизвестен и источник энергии. Также в будущем должны быть установлены точные математические отношения между выходной мощностью, скоростью, формой и механическими и электромагнитными свойствами материалов.

Магниты, использованные в оригинальных экспериментах, были изготовлены из смеси двух типов ферромагнитных порошков, закупленных в США. Был проведен химический анализ одного из этих магнитов, существующих и сейчас, и в нем были обнаружены следующие компоненты:

Спектр показан на рисунке 5.

КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ

Если генератор Серла предназначается для выработки электроэнергии, к нему нужно присоединить несколько катушек. Они находятся на С-образных сердечниках, сделанных из мягкой (шведской) стали с высокой магнитной проницаемостью. Количество витков и диаметр провода зависит от назначения. На рисунке 6 показана примерная конструкция.

Диаграмма 7 изображает основные стадии процесса изготовления магнитов.

1. Магнитные материалы и связующие агенты [. пропущено в оригинале . ] чтобы исходные материалы были дешевле и более эффективны, чем использованные Серлом. Не исключается возможность того, что другие связующие могут улучшить характеристики устройства.

2. Взвешивание. Главное условие для изготовления качественного магнита – это соблюдение соотношения количества каждого вещества в ферромагнитном порошке. Это соотношение подбирается опытным путем.

Правда, сегодня уже трудно установить состав, использовавшийся Серлом. В сочетании с новыми магнитными материалами и улучшением геометрии генератора это является широкой областью приложения усилий исследователей.

Важно, чтобы количество связующего было как можно меньше для получения максимальной плотности магнитов. Однако вполне возможно, что связующее принимает активное участие в создании эффекта Серла. Например, диэлектрические свойства связующего компонента могут играть значительную роль в электромагнитном взаимодействии частей генератора.

3. Смешивание. Это важный процесс, от тщательности которого зависит однородность и прочность конечного продукта. Высокая однородность может быть достигнута путем продувания смеси турбулентным потоком воздуха.

Экспериментально было установлено, что лучший результат получается, если все элементы одного генератора сделаны из одной и той же порции компонентов.

4. Формовка. В процессе формовки компаунд, состоящий из ферромагнитного порошка и термопластичного связующего, прессуется и одновременно нагревается. Рисунок 8 показывает приспособление, используемое для выделки заготовок — роликов и кольца, пока что ненамагниченных. При изготовлении больших колец (более 30 см в диаметре) можно изготавливать их из нескольких сегментов, соединяемых позже.

Данные, приведенные ниже, нужно рассматривать как ориентировочные. Конкретные условия подбираются опытным путем по максимальному эффекту Серла.

2. Температура: 150-200 градусов С.

3. Время формовки: не менее 20 минут.

Перед снятием давления заготовка должна остыть.

5. Обработка. Эта стадия может быть исключена, если взвешивание и формовка произведены тщательно. Тем не менее, может потребоваться полировка цилиндрических поверхностей кольца и роликов.

6. Контроль размеров и чистоты поверхностей.

7. Намагничивание. Ролики и кольцо намагничиваются отдельно путем помещения их в комбинированное магнитное поле, сложенное из постоянного и переменного и совершается за один цикл включения-выключения тока. Рисунок 9 иллюстрирует установку для намагничивания.

Ключ служит для одновременной подачи постоянного и переменного тока. На рисунке 10 показана зависимость суммарной магнитодвижущей силы от времени.

Намагничивающая катушка состоит из двух обмоток. Первая предназначена для постоянного тока и содержит около 200 витков изолированного медного провода. Вторая навита из голого медного провода поверх первой и содержит около 10 витков. На рисунке 11 показаны катушки в разрезе и указаны размеры.

— постоянный ток от 150 до 180 А

— переменный ток (неизвестно)

8. Цель этой операции контроля — убедиться в наличии и правильном расположении двух треков полюсов. Измерения могут быть выполнены с помощью измерителя плотности магнитного потока и набора контрольных магнитов.

9. Процедура сборки зависит от назначения. Если генератор предназначен для работы в качестве двигателя, он должен быть смонтирован внутри корпуса и соединен с валом. Если в качестве электрогенератора — то должны быть смонтированы электромагниты.

Оборудование, использованное Серлом.

Ручной пресс. Данные отсутствуют. Использовался для изготовления заготовок.

Катушка постоянного тока. Содержит около 200 витков нагревостойкого изолированного провода. Первоначально использовалась для размагничивания турбин и валов генераторов.

Катушка переменного тока. Состоит из 5-10 витков медного провода, навитых поверх катушки постоянного тока.

Выключатель. Сдвоенный, ручного действия.

Источник постоянного тока. Westinghouse 415V, 3-х фазный, на 50 Гц, ртутный выпрямитель. Сила тока 180 А, напряжение неизвестно.

Источник переменного тока. Marconi Signal Generator типа TF867, выходное напряжение 0.4 мкВ — 4 В, внутреннее сопротивление 75 Ом.

Университет в Sussex

Факультет инженерии и прикладных наук

Russian portal about alternative energy and eco technology

Источник

Производство электрогенераторов — обзор

В обзоре представлены общие этапы производства крупных электрогенераторов на примере предприятия НПО «ЭЛСИБ». Совершенно самостоятельное специализированное инженерно-производственное предприятие, деятельность которого осуществляется на единственной производственной промплощадке, практически без применения субподряда или кооперации.

Основные направления деятельности таких заводов:

— проектирование и дальнейшее производство турбогенераторов и гидрогенераторов, асинхронных двигателей и преобразователей частоты;

— проектирование и дальнейшее производство, а также предпусковая наладка и дальнейшее обслуживание систем силовой электроники (системы возбуждения турбо и гидрогенераторов, систем водородного охлаждения, систем управления электромашинными преобразователями частоты и др.);

— проведение сервисного обслуживания, обеспечение комплектации, производство ремонта и модернизации энергетического оборудования не только своего производства, но также и оборудования и других производителей

1. Это вид внутри уже готового для отправки заказчику статора турбогенератора ТВФ-110 мощностью 110 МВт.

2. Стадия ручной доводки при производстве турбогенератора марки ТФ-45. Турбогенератор этой марки имеет статор с косвенным охлаждением обмотки и ротор с непосредственным охлаждением.

На ГЭС, ГАЭС используются гидрогенераторы, вырабатывающие электрическую энергию напрямую взаимодействуя с гидравлической турбиной.

3. Вид изнутри на корпус статора турбогенератора.

На ТЭЦ, ТЭС, ГРЭС используются турбогенераторы, вырабатывающие электрическую энергию напрямую взаимодействуя с паровыми и газовыми турбинами.

4. Электродвигатель серии 2АДО. Процесс ввода ротора в его статор. Двигатели этой серии работают и на открытом воздухе и в закрытых (пыльных) помещениях. Они незаменимы для механизмов привода тягодутьевого оборудования и аналогичных агрегатов в различных отраслях промышленности.

Эти огромные электрические двигатели используются для приведения в действие различных компрессоров, насосов и нагнетателей, установки на ленточные углесосы и другие быстродействующие агрегаты. Асинхронные двигатели находят свое применение во многих отраслях промышленности, таких, как металлургия, нефтедобыча и нефтепереработка, нефтехимия, а также транспортировка нефти и ее продуктов, угледобывающая и горнодобывающая промышленности, энергетическая отрасль в целом.

5. Роторы различных типов и размеров к электродвигателям серии АВЦ и АДО, приготовленные для дальнейшей механической отделки.

НПО «ЭЛСИБ» ОАО в своей деятельности применяет современные технологии, оборудование и материалы, что позволяет получать на выходе качественную специальную технологическую продукцию, производя испытание, ремонт и модернизацию эксплуатируемого электрооборудования на имеющейся в распоряжении ОАО мощнейшей производственно-испытательной базе, оборудованной специальными современными стендами для контроля качества производимого оборудования и его отдельных узлов.

Надо заметить, что НПО «ЭЛСИБ» ОАО наряду со старыми испытанными станками одновременно имеется и используется новейшее оборудование, современные станки с числовым программным управлением.

6. Процесс электросварки деталей внутри корпуса статора турбогенератора.

НПО «ЭЛСИБ» ОАО уже более 50 лет осуществляет свою деятельность, поставляя свою продукцию для отраслей и предприятий, как в России, так и за границу, став одним из лидеров в деле разработки, проектирования и производства гидрогенераторов и турбогенераторов, а также асинхронных электрических двигателей и других больших электромашин.

7. Рабочий, занимающийся электросваркой при производстве генераторов.

НПО «ЭЛСИБ» — это организация, которая производит генераторы, позволяющие обеспечить выработку около трети всей мощности электростанций России. Это достигается за счет наличия мощнейших научной и производственной баз, накопленного опыта производства прекрасно зарекомендовавшей себя продукции, достойных традиций на предприятии.

8. Зачистка узлов электродвигателя перед сборкой при помощи углошлифовальной машинки.

Производственный процесс на предприятии выглядит внушительно — все вокруг сверкает, грохочет, станки гудят, слышится скрежет металла. Только на время очень короткого, получасового, перерыва в цехах процесс производства останавливается и образуется полная тишина, свет выключается, все замолкает, чтобы после обеда вновь с новой силой прийти в движение.

9. Пресс для изготовления деталей ротора определенных форм и размеров

10. Открывающаяся из кабины кран-балки панорама цеха с рядами станков и приготовленными для обработки роторами

11. Штатное количество работников в «ЭЛСИБ» — не менее 1700 человек, работающих в трехсменном режиме.

12. Опытный сварщик с готовой к работе газовой горелкой в руках.

13. Процесс производства фрагментов гидрогенератора, заказанного Усть-Хантайской ГЭС

14. Усть-Хантайская ГЭС известна своей уникальностью, так как она была построена и функционирует в крайне суровых природных условиях. Ведь она одна из самых северных гидроэлектростанций в всем мире.

15. Бригада обмотчиц, облагородившая свои рабочие места живыми декоративными растениями, создав зеленый оазис на производстве.

16. Обмотчицы, которые занимаются обмоткой изогнутых (лобовых) элементов катушек электродвигателей вручную, а обмоткой прямых (пазовых) элементов — с помощью станков.

17. Эти катушки уже прошли обмотку и готовы к отправке для процесса изоляции

18. Катушки в статор электродвигателя укладывают при помощи специальных кувалд

19. Стержни турбогенератора, обработанные специальной пропиткой и тщательно обернутые фольгой

20. Бригада рабочих занимается укладкой стержней в статор турбогенератора и их закреплением в статоре.

21. Так выглядит разгонка клина турбогенератора ТФ-80. Вид сверху.

22. Рабочие готовят корпус статора турбогенератора к отправке на механическую обработку.

23. Вот такие замысловатые формы у корпуса статора турбогенератора марки ТФ-80

24. Обод ротора гидрогенератора, изготавливаемого по заказу Зарамагской ГЭС, подготовленный к покраске.

25. Свежеизготовленные полностью готовые детали для гидрогенератора, изготавливаемого по заказу Зарамагской ГЭС.

26. Панорама помещения, в котором складированы ящики с готовыми деталями продукции и изготовленные элементы генераторов.

27. Участок цеха с огромным токарно-карусельным станком, на котором производится основная обработка остова ротора гидрогенераторов.

28. Этот же токарно-карусельный станок, поражающий воображение своими габаритами (вид сбоку).

29. Обработка дисков подпятника гидрогенератора производится также на токарно-карусельном станке, но гораздо меньших размеров.

30. Для придания стержням турбогенератора необходимой специальной формы на предприятии используется специальный формообразующий шаблон.

31. Формообразующий шаблон имеет довольно сложную и понятную только специалистом конструкцию.

32. Камеры для пропитки электродвигателей имеют цилиндрическую форму и разделяются вдоль на две полусферические в сечении части. В нижнюю половину камеры, как в корыто, помещают электродвигатель, а верхней, как крышкой, закрывают

33. Участок цеха с рядом установленных штамповочных станков и оборудованием для лакирования металла.

34. Готовые валы роторов для турбогенераторов с высококачественной обработкой поверхности

35. При производстве отдельных деталей турбогенераторов используются готовые штампы для прессовальных станков.

36. В так называемом штамповочном пролете расположены штамповочные станки, стопки готовых штампов и готовых деталей.

37. Персонал очень ответственно относится к работе. Брак не пройдет при таком внимании как, например, этого работника за расточным станком

38. Прорезка пазов на роторе электродвигателя — очень точная и ответственная работа.

39. Сварщики одновременно занимаются обработкой различных деталей генераторов.

40. Подготовка листов для облицовки корпуса статора производится с соблюдением заданных размеров листа.

41. Сварщики готовят облицовочные листы для корпуса статора, который рядом уже ждет облицовку

42. С помощью краскопульта происходит покраска деталей. При этом рабочий обязательно находится в защитной маске.

43. Поверхность ротора требует тонкой и качественной обработки.

44. На участке сборки роторов электродвигателей находятся стопки элементов конструкций, расфасованных по видам.

45. Процесс пайки короткозамыкающих колец на ремонтный ротор 2АЗМ4000 требует одновременного участия двух работников.

46. Сверла для станков с ЧПУ для обеспечения порядка и удобства в работе располагают в соответствующих гнездах специального стенда.

47. Готовые крестовины и лопасти роторов электродвигателей складируются в помещениях «ЭЛСИБ».

48. Работа строгальщика также требует пристального внимания при обработке деталей.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _