RU2637156C1 - Method of energy generation in which harmful support vibration is used and simultaneously partially dampened (versions) - Google Patents

Method of energy generation in which harmful support vibration is used and simultaneously partially dampened (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2637156C1
RU2637156C1 RU2016149082A RU2016149082A RU2637156C1 RU 2637156 C1 RU2637156 C1 RU 2637156C1 RU 2016149082 A RU2016149082 A RU 2016149082A RU 2016149082 A RU2016149082 A RU 2016149082A RU 2637156 C1 RU2637156 C1 RU 2637156C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vibration
unbalanced
support
energy
rotor
Prior art date
Application number
RU2016149082A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Израилевич Блехман
Леонид Ильич Блехман
Антон Владимирович Бровкин
Владислав Борисович Васильков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН)
Priority to RU2016149082A priority Critical patent/RU2637156C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2637156C1 publication Critical patent/RU2637156C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/08—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa

Landscapes

  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: in the first version the energy generation method, in which the harmful support vibration is used and simultaneously partially dampened, is characterized in that an unbalanced rotor mounted on the support is accelerated to the frequency equal to or greater than the vibration frequency of the support, after which the unbalanced rotor acceleration is stopped and the energy is removed, for example, from its shaft. In a preferred version of this method, the unbalanced rotor is accelerated by an electric motor whose shaft is connected to the shaft of the unbalanced rotor. The second version generally repeats the first one, but it uses two unbalanced rotors and, accordingly, two engines.
EFFECT: method allows to generate mechanical or electrical energy due to the use and simultaneous partial dampening of the harmful support vibration, the generation of energy is carried out without significant heat loss and is therefore effective.
6 cl, 4 dwg

Description

Группа изобретений (варианты) относится к энергетике, машиностроению и транспорту, а также и к другим областям техники, где при работе машин возникает вредная вибрация опорных элементов. Такими опорными элементами являются, например, фундаменты энергетических блоков гидроэлектростанций, фундаменты дробилок горно-обогатительных и строительных предприятий, ткацких станков, перекрытия или полы близлежащих сооружений, элементы конструкций железнодорожных локомотивов и вагонов, кузова автомобилей и других транспортных средств.The group of inventions (options) relates to energy, engineering and transport, as well as to other areas of technology, where during the operation of machines there is harmful vibration of the supporting elements. Such supporting elements are, for example, the foundations of power units of hydroelectric power plants, the foundations of crushers of mining and processing and construction enterprises, looms, floors or floors of nearby structures, structural elements of railway locomotives and wagons, car bodies and other vehicles.

Вибрация таких элементов (далее именуемых опорами) крайне нежелательна. Она вызывает заболевания обслуживающего персонала и является причиной механического износа оборудования, что нередко приводит к авариям.Vibration of such elements (hereinafter referred to as supports) is highly undesirable. It causes illnesses for maintenance personnel and causes mechanical deterioration of equipment, which often leads to accidents.

Гашение вибрации производится, как правило, с использованием специальных виброизоляторов, в качестве которых применяются амортизаторы из упругих материалов, различные пружинные и динамические гасители, рессоры, торсионы, резиновые элементы, а также различные жидкости и газы (Политехнический словарь. Ред. А.Ю. Ишлинский. - М.: Советская энциклопедия, 1989, с. 26 и 80). Широко известны способы поглощения энергии вредной вибрации, основанные на применении виброгасителей оригинальной конструкции.Vibration damping is performed, as a rule, using special vibration isolators, which are used shock absorbers made of elastic materials, various spring and dynamic dampers, springs, torsion bars, rubber elements, as well as various liquids and gases (Polytechnical Dictionary. Ed. A.Yu. Ishlinsky. - M.: Soviet Encyclopedia, 1989, p. 26 and 80). Widely known methods of absorbing harmful vibration energy, based on the use of vibration dampers of the original design.

Так, в заявке на изобретение RU 94036392, опубл. 22.07.1996, описан Инерционный ударный виброгаситель, в конструкции которого имеется цилиндрический подвижный элемент, на боковую поверхность которого равномерно нанесен однонаправленный ворс, рабочие стержни которого являются упругими в направлении изгиба, жестко заделаны на поверхности подвижного элемента. При работе виброгасителя осуществляется преобразование энергии колебаний объекта виброзащиты во вращательное движение подвижного элемента. Энергия удара плавно преобразуется в кинетическую энергию вращения подвижного элемента за счет однонаправленности ворса, анизотропии фрикционного покрытия и скругленности торцов направляющего канала.So, in the application for the invention RU 94036392, publ. 07/22/1996, an Inertial shock absorber is described, in the design of which there is a cylindrical movable element, on the side surface of which a unidirectional pile is uniformly applied, the working rods of which are elastic in the direction of bending, are rigidly embedded on the surface of the movable element. During operation of the vibration damper, the vibration energy of the vibration protection object is converted into the rotational movement of the movable element. The impact energy is smoothly converted into kinetic energy of rotation of the movable element due to the unidirectionality of the pile, the anisotropy of the friction coating and the rounded ends of the guide channel.

В патенте RU 2572183, опубл. 27.12.2015, раскрыт способ гашения вибрации, основанный на применении комбинированного виброизолятора с сетчатым демпфером, установленным в корпусе, и упругим элементом, взаимодействующим с виброизолируемым объектом. При колебаниях виброизолируемого объекта упругий резиновый элемент воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на опору. Горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного расположения упругого элемента, что дает ему определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости. При этом упругий сетчатый элемент также воспринимает как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.In patent RU 2572183, publ. 12/27/2015, a method of damping vibration, based on the use of a combined vibration isolator with a mesh damper installed in the housing, and an elastic element interacting with a vibration-insulated object is disclosed. With vibrations of the vibration-insulated object, the elastic rubber element perceives vertical loads, thereby weakening the dynamic effect on the support. Horizontal vibrations are damped due to the unrestricted location of the elastic element, which gives it a certain degree of freedom of vibrations in the horizontal plane. In this case, the elastic mesh element also perceives both vertical and horizontal loads, thereby weakening the dynamic effect on the vibration-insulated object, i.e. spatial vibration protection and shock protection are provided.

В патенте RU 2438052, опубл. 06.07.2010, описан способ, в котором гашение вибрации осуществляют упругими элементами, работающими на коаксиальный сдвиг. Упругие элементы подвергают предварительной нагрузке, величина которой кратна отношению массы оборудования к количеству используемых упругих элементов. Фиксируют деформацию упругих элементов и устанавливают оборудование. В процессе гашения вибрации упругие элементы подвергают деформациям сжатия, коаксиального и радиального сдвига независимо от направления знакопеременных нагрузок.In patent RU 2438052, publ. 07/06/2010, a method is described in which vibration damping is carried out by elastic elements operating on a coaxial shift. The elastic elements are subjected to preload, the value of which is a multiple of the ratio of the mass of equipment to the number of elastic elements used. They fix the deformation of the elastic elements and install the equipment. In the process of damping the vibration, the elastic elements are subjected to compression deformations, coaxial and radial shear, regardless of the direction of alternating loads.

В описанных выше, как и в других известных многочисленных способах гашения вибрации, основанных на применении демпфирующих устройств, поглощаемая ими энергия не используется, а превращается в тепло, то есть механическая энергия, переносимая в демпфер, по существу, теряется.In the above-described, as in other known numerous vibration damping methods based on the use of damping devices, the energy absorbed by them is not used, but converted into heat, that is, the mechanical energy transferred to the damper is essentially lost.

Однако энергия, которую несет вибрация, может быть использована. Известны способы, основанные на применении устройств, которые одновременно решают задачу поглощения энергии колебаний и ее преобразование в электроэнергию. В качестве прототипа выбран способ, описанный в патенте RU 2421629, опубл. 20.06.2011, основанный на функционировании демпфера. Демпфер машины подключают к источнику механической энергии, и он преобразует одну часть механической энергии в тепловую энергию, а другую часть - в электричество. Для этих целей демпфер содержит электродвижущий модуль генерирования энергии, пьезоэлектрический модуль генерирования энергии и подключенное к ним аккумулирующее энергию устройство. Таким образом, процесс демпфирования сопровождается генерированием энергии на основе использования пьезоэлектрического эффекта. В этом же патенте описан второй вариант - устройство для генерирования электроэнергии на основе вибрации. Это устройство содержит подключенный к источнику вибрации корпус, постоянные магниты кольцевого типа, расположенную между ними одну часть звуковой катушки, а также подключенную к этой части и обеспечивающую ее движение в ответ на вибрацию гибкую конструкцию. Таким образом, прототип позволяет непосредственно в демпфере получать электроэнергию за счет механической вибрации.However, the energy carried by vibration can be used. Known methods based on the use of devices that simultaneously solve the problem of absorption of vibrational energy and its conversion into electricity. As a prototype of the selected method described in patent RU 2421629, publ. 06/20/2011, based on the functioning of the damper. The damper of the machine is connected to a source of mechanical energy, and it converts one part of mechanical energy into thermal energy, and the other part into electricity. For these purposes, the damper comprises an electromotive power generation module, a piezoelectric energy generation module, and an energy storage device connected thereto. Thus, the damping process is accompanied by energy generation based on the use of the piezoelectric effect. In the same patent, the second option is described - a device for generating electricity based on vibration. This device comprises a housing connected to a vibration source, ring-shaped permanent magnets, one part of the voice coil located between them, and also a flexible structure connected to this part and providing its movement in response to vibration. Thus, the prototype allows directly in the damper to receive electricity due to mechanical vibration.

Недостатками соответствующего способа являются:The disadvantages of the corresponding method are:

1) относительно малая доля используемой энергии колебаний; значительная часть поглощаемой энергии превращается в тепло, что отмечено в тексте описания к патенту;1) a relatively small fraction of the used vibrational energy; a significant part of the absorbed energy is converted into heat, which is noted in the text of the patent description;

2) относительная сложность устройства;2) the relative complexity of the device;

3) генерируемая при таком способе электроэнергия пропорциональна частоте вибрации, что делает его неэффективным в случае низкочастотной вибрации.3) the electricity generated by this method is proportional to the vibration frequency, which makes it ineffective in the case of low-frequency vibration.

В основу изобретения поставлена задача расширения арсенала средств и создание нового способа генерации энергии за счет использования и одновременно с этим частичного гашения вредной вибрации опоры. Достигаемый технический результат - повышение эффективности генерации энергии.The basis of the invention is the task of expanding the arsenal of means and creating a new method for generating energy through the use and at the same time partial damping of harmful vibration of the support. Achievable technical result - increasing the efficiency of energy generation.

Поставленная задача в первом варианте изобретения решается тем, что способ генерации энергии, при котором используют и одновременно с этим частично гасят вредную вибрацию опоры, характеризуется тем, что осуществляют раскрутку неуравновешенного ротора, установленного на опоре, до частоты, равной или превосходящей частоту вибрации опоры, после чего раскрутку неуравновешенного ротора прекращают и осуществляют съем энергии. Осуществлять раскрутку неуравновешенного ротора можно любым приемлемым для этих целей способом, например, с помощью закрученной (напряженной) спиральной пружины или направленного толчка, вызываемого реактивной силой, создаваемой пороховым зарядом.The problem in the first embodiment of the invention is solved by the fact that the method of energy generation, which use and at the same time partially quench the harmful vibration of the support, is characterized in that they spin the unbalanced rotor mounted on the support to a frequency equal to or greater than the frequency of vibration of the support, after which the spin of the unbalanced rotor is stopped and energy is removed. The unbalanced rotor can be unwound in any way acceptable for these purposes, for example, using a twisted (tense) coil spring or a directional push caused by the reactive force created by the powder charge.

В предпочтительном варианте по этому способу раскрутку неуравновешенного ротора осуществляют при помощи электродвигателя, вал которого соединен с валом неуравновешенного ротора, после прекращения раскрутки неуравновешенного ротора электродвигатель переводят в генераторный режим, после чего осуществляют съем электрической энергии с обмоток электродвигателя. При этом неуравновешенный ротор и электродвигатель могут быть объединены в одном агрегате - мотор-вибраторе.In a preferred embodiment of this method, the unbalanced rotor is unwound using an electric motor, the shaft of which is connected to the unbalanced rotor shaft, after stopping the unbalanced rotor unwinding, the electric motor is put into generator mode, after which electric energy is removed from the motor windings. In this case, the unbalanced rotor and electric motor can be combined in one unit - a motor-vibrator.

Поставленная задача во втором варианте изобретения решается тем, что способ генерации энергии, при котором используют и одновременно с этим частично гасят вредную вибрацию опоры, характеризуется тем, что осуществляют раскрутку двух неуравновешенных роторов, установленных на опоре так, что их оси параллельны, и вращающихся в противоположных направлениях с обеспечением синхронности и синфазности вращения, и обеспечением направленности вынуждающей силы параллельно направлению вибрации опоры, при этом раскрутку каждого неуравновешенного ротора осуществляют до частоты, равной или превосходящей частоту вибрации опоры, после чего раскрутку неуравновешенных роторов прекращают и осуществляют съем энергии.The problem in the second embodiment of the invention is solved by the fact that the method of energy generation, which uses and at the same time partially suppresses the harmful vibration of the support, is characterized by the fact that two unbalanced rotors are mounted that are mounted on the support so that their axes are parallel and rotating in opposite directions to ensure synchronism and phase rotation, and ensuring the direction of the driving force parallel to the direction of vibration of the support, while the promotion of each unbalanced of the rotor is performed up to a frequency equal to or greater than the vibration frequency of the support, after which the promotion unbalanced rotors stopped and the energy removal is performed.

Как и в первом варианте изобретения, осуществлять раскрутку неуравновешенного ротора можно любым приемлемым для этих целей способом, например, с помощью закрученной (напряженной) спиральной пружины или толчка, вызываемого реактивной силой, создаваемой пороховым зарядом.As in the first embodiment of the invention, the unbalanced rotor can be unwound in any way acceptable for these purposes, for example, by means of a twisted (tense) coil spring or a push caused by the reactive force created by the powder charge.

В предпочтительном варианте по этому способу раскрутку неуравновешенных роторов осуществляют при помощи двух электродвигателей, вал каждого из которых соединен с валом одного из неуравновешенных роторов, после прекращения раскрутки неуравновешенных роторов электродвигатели переводятся в генераторный режим, после чего осуществляют съем электрической энергии с обмоток электродвигателя.In a preferred embodiment of this method, the unbalanced rotors are unwound using two electric motors, the shaft of each of which is connected to the shaft of one of the unbalanced rotors, after stopping the unbalanced rotors, the electric motors are transferred to the generator mode, after which electric energy is removed from the motor windings.

При этом неуравновешенные роторы и электродвигатели могут быть объединены в одном агрегате - мотор-вибраторе.In this case, unbalanced rotors and electric motors can be combined in one unit - a motor-vibrator.

В обоих вариантах изобретения осуществлять съем механической энергии с вала неуравновешенного ротора (валов неуравновешенных роторов) можно любым приемлемым для этих целей способом, например, с применением дополнительных передаточных механизмов, конструкция которых не является предметом настоящего изобретения.In both variants of the invention, the removal of mechanical energy from the unbalanced rotor shaft (unbalanced rotor shafts) can be achieved by any method acceptable for these purposes, for example, using additional transmission mechanisms, the design of which is not the subject of the present invention.

При этом механическая энергия, снимаемая с вала неуравновешенного ротора или с другого соединенного с ним вала (вал двигателя), может быть использована либо непосредственно для работы различных устройств (вентиляторы, насосы и т.д.), либо для работы дополнительного электрогенератора, преобразующего механическую энергию в электрическую, причем генерируемая электроэнергия направляется либо для работы различных устройств, либо накапливается в аккумуляторе.In this case, the mechanical energy taken from the shaft of the unbalanced rotor or from another shaft connected to it (the motor shaft) can be used either directly for the operation of various devices (fans, pumps, etc.), or for the operation of an additional electric generator that converts the mechanical energy into electrical energy, and the generated electricity is directed either for the operation of various devices, or accumulated in the battery.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлены схемы реализаций с применением электродвигателей (двигатель-генераторов):The invention is illustrated by drawings, in which diagrams of implementations using electric motors (engine-generators) are presented:

Фиг. 1 - схема, реализующая способ, при использовании одного неуравновешенного ротора и одного электродвигателя.FIG. 1 is a diagram that implements the method when using one unbalanced rotor and one electric motor.

Фиг 2 - схема, реализующая способ, при использовании двух неуравновешенных роторов и одного электродвигателя.Fig 2 is a diagram that implements the method, when using two unbalanced rotors and one electric motor.

Фиг. 3 - схема, реализующая способ при использовании двух неуравновешенных роторов, попарно соединенных с двумя электродвигателями.FIG. 3 is a diagram that implements the method when using two unbalanced rotors, paired with two electric motors.

Фиг. 4 - схема установки электродвигателей или двигатель-генераторов на виброизолированной опоре.FIG. 4 is a diagram of the installation of electric motors or engine generators on a vibration-insulated support.

На чертежах обозначено: вибрирующая опора 1, на которой установлен неуравновешенный ротор 2, соединенный с электродвигателем 3, например, асинхронным. В контексте данной заявки техническим эквивалентом электродвигателя является двигатель-генератор - это объединенные в одном агрегате двигатель и генератор. Поэтому везде, где нет специальной оговорки, термин "электродвигатель" следует отождествлять с термином "двигатель-генератор". Валы неуравновешенного ротора 2 и электродвигателя 3 в случае их соосной установки соединены при помощи муфты 4. В случае если валы устройств расположены под углом друг к другу, в том числе, в случае, если электродвигатель 3 расположен не на вибрирующей, а на виброизолированной опоре 6, что возможно (показано на Фиг. 4) вместо муфты 4 применяют карданный вал.In the drawings it is indicated: a vibrating support 1, on which an unbalanced rotor 2 is mounted, connected to an electric motor 3, for example, asynchronous. In the context of this application, the technical equivalent of an electric motor is an engine-generator — these are an engine and a generator combined in one unit. Therefore, wherever there is no special reservation, the term “electric motor” should be identified with the term “motor-generator”. The shafts of the unbalanced rotor 2 and the electric motor 3, in case of their coaxial installation, are connected using the coupling 4. In the case that the device shafts are angled to each other, including if the electric motor 3 is located not on the vibrating, but on the vibration-insulated support 6 that is possible (shown in Fig. 4), instead of the coupling 4, a cardan shaft is used.

Съем электрической энергии осуществляется с обмоток электродвигателя. Для подключения потребляющих полученную электрическую энергию аккумулятора и/или потребителя энергии (полезной нагрузки) используется блок управления (не показаны), который может быть выполнен автоматическим или полуавтоматическим (с применением ручного управления с пульта оператора).The removal of electrical energy is carried out from the motor windings. To connect the battery and / or the consumer of energy (payload) consuming the obtained electric energy, a control unit (not shown) is used, which can be automatic or semi-automatic (using manual control from the operator’s console).

Как показано на Фиг. 2, на вибрирующей опоре могут располагаться два неуравновешенных ротора 2, оси которых параллельны, и которые в процессе реализации способа вращаются синхронно-синфазно, и при вращении которых развивается вынуждающая сила, направленная параллельно направлению вибрации опоры. Один из неуравновешенных роторов соединен с электродвигателем 3, подобно тому, как описано выше. При этом съем механической энергии может осуществляться с вала ротора или с вала электродвигателя (вала 5 двигатель-генератора), что эквивалентно.As shown in FIG. 2, two unbalanced rotors 2 can be located on the vibrating support, the axes of which are parallel, and which rotate synchronously in phase during the implementation of the method, and during the rotation of which a driving force develops parallel to the direction of vibration of the support. One of the unbalanced rotors is connected to the electric motor 3, similarly as described above. In this case, the removal of mechanical energy can be carried out from the rotor shaft or from the motor shaft (shaft 5 of the motor generator), which is equivalent.

Как показано на Фиг. 3, на вибрирующей опоре 1 могут располагаться два неуравновешенных ротора 2 и два электродвигателя 3, соединенных попарно. Оси неуравновешенных роторов 2 параллельны, в процессе реализации способа роторы вращаются синхронно-синфазно.As shown in FIG. 3, two unbalanced rotors 2 and two electric motors 3 connected in pairs can be located on the vibrating support 1. The axis of the unbalanced rotors 2 are parallel, in the process of implementing the method, the rotors rotate synchronously in phase.

Возможность установки электродвигателей 3 на виброизолированной опоре показана на Фиг. 4, где 6 - виброизолированная опора, 7 - виброизоляторы, 8 - неподвижная опора.The possibility of installing electric motors 3 on a vibration-insulated support is shown in FIG. 4, where 6 is a vibration-insulated support, 7 - vibration isolators, 8 - a motionless support.

Предлагаемый способ основан на использовании двух физических явлений, связанных с поведением неуравновешенного ротора на вибрирующей опоре [(1). Блехман И.И. Теория вибрационных процессов и устройств. Вибрационная механика и вибрационная техника. - СПб., Издательский дом «Руда и Металлы», 2013, стр. 26-28, рис. 1.3; стр. 152-154, рис. 4.1].The proposed method is based on the use of two physical phenomena associated with the behavior of an unbalanced rotor on a vibrating support [(1). Blekhman I.I. The theory of vibration processes and devices. Vibration mechanics and vibration technology. - SPb., Publishing House "Ore and Metals", 2013, pp. 26-28, Fig. 1.3; p. 152-154, fig. 4.1].

1) Явление вибрационного поддержания вращения неуравновешенного ротора.1) The phenomenon of vibrational support of rotation of an unbalanced rotor.

Это явление состоит в том, что вибрация оси вращения неуравновешенного ротора устойчиво поддерживает его вращение со средней скоростью, равной частоте колебаний. При этом величина энергии, которая передается от вибрирующего основания (опоры) на вал ротора, может быть достаточно велика. Максимальное значение этой энергии (Nmax) в простейшем случае прямолинейных гармонических колебаний опоры определяется формулойThis phenomenon consists in the fact that the vibration of the axis of rotation of the unbalanced rotor stably maintains its rotation with an average speed equal to the frequency of oscillations. In this case, the amount of energy that is transmitted from the vibrating base (support) to the rotor shaft can be quite large. The maximum value of this energy (N max ) in the simplest case of rectilinear harmonic vibrations of the support is determined by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где me - статический момент неуравновешенных грузов ротора (m - масса ротора, e - эксцентриситет);where me is the static moment of unbalanced rotor loads (m is the mass of the rotor, e is the eccentricity);

А - амплитуда колебаний;A is the amplitude of the oscillations;

ω - частота колебаний оси ротора (опоры).ω is the oscillation frequency of the rotor axis (bearings).

Оценки показывают, что мощность Nmax может быть достаточно большой. Например, при вибрации с амплитудой A=0,05 м, при частоте колебаний n=3000 кол/мин (угловая частота ω=314 с-1), m=2 кг, e=0.1 м получаем Nmax≈150 кВт.Estimates show that the power N max can be quite large. For example, with vibration with an amplitude A = 0.05 m, with an oscillation frequency n = 3000 count / min (angular frequency ω = 314 s -1 ), m = 2 kg, e = 0.1 m, we obtain N max ≈150 kW.

Существенно, что вращение ротора с частотой колебаний основания, на которое он установлен, не является самовозбуждающимся: для его возникновения ротор необходимо либо раскрутить до частоты, близкой к ω, либо сообщить ему некоторый толчок для вращения.It is significant that the rotation of the rotor with the oscillation frequency of the base on which it is mounted is not self-excited: for its occurrence, the rotor must either be untwisted to a frequency close to ω, or give it some impetus for rotation.

2) Явление вибрационного захватывания вращения неуравновешенного ротора.2) The phenomenon of vibrational capture of rotation of an unbalanced rotor.

Это явление состоит в следующем. Допустим, что неуравновешенный ротор установлен на неподвижном основании (опоре) и приводится во вращение от асинхронного электродвигателя и пусть частота вращения ротора равна ω0. Эта частота вследствие скольжения меньше синхронной частоты ωs. Пусть теперь тот же неуравновешенный ротор установлен на основании, вибрирующем с некоторой частотой ω. Тогда при определенных условиях вращение ротора «захватывается» частотой ω, то есть неуравновешенный ротор, а также связанный с ним ротор электродвигателя начинают вращаться с частотой ω. При этом если ω>ωs, то вибрация подкачивает энергию в двигатель, и он работает в генераторном режиме, превращая энергию вибрации в электроэнергию. Если же ω<ωs, то вибрация тормозит двигатель, нагружая его. Полосой захватывания Δ=Δ1+Δ2 называют интервал значений разности частот ω-ω0, внутри которого оно происходитThis phenomenon is as follows. Suppose that an unbalanced rotor is mounted on a fixed base (support) and is driven by an induction motor and let the rotor speed be ω 0 . This frequency due to slip is less than the synchronous frequency ω s . Now let the same unbalanced rotor be installed on a base vibrating with a certain frequency ω. Then, under certain conditions, the rotation of the rotor is “captured” by the frequency ω, that is, the unbalanced rotor, as well as the associated rotor of the electric motor, begin to rotate with the frequency ω. Moreover, if ω> ω s , then vibration pumps energy into the engine, and it works in the generator mode, converting vibration energy into electricity. If ω <ω s , then vibration slows down the engine, loading it. The capture band Δ = Δ 1 + Δ 2 is called the interval of values of the frequency difference ω-ω 0 , within which it occurs

Figure 00000002
Figure 00000002

где Δ1 и Δ2 - некоторые положительные величины.where Δ 1 and Δ 2 are some positive values.

Значения Δ1 и Δ2 легко определяются с учетом характеристик электродвигателей. Эта полоса может быть достаточно широкой. Явление вибрационного поддержания вращения можно рассматривать как частный случай данного явления, соответствующий ω0=0, то есть может захватываться во вращение с частотой вибрации ω и устройство с отключенным электродвигателем.The values of Δ 1 and Δ 2 are easily determined taking into account the characteristics of electric motors. This strip can be quite wide. The phenomenon of vibrational rotation support can be considered as a special case of this phenomenon, corresponding to ω 0 = 0, that is, it can be captured into rotation with a vibration frequency ω and a device with the motor turned off.

Существенны для предлагаемого способа также два следующих обстоятельства.The following two circumstances are also significant for the proposed method.

- Работа асинхронного электродвигателя двигателя в генераторном режиме.- The operation of the asynchronous electric motor in the generator mode.

Как отмечалось, если ротор асинхронного электродвигателя вращается с частотой, большей синхронной частоты ωs, то он работает как генератор.As noted, if the rotor of an induction motor rotates with a frequency greater than the synchronous frequency ω s , then it works as a generator.

- Поглощение энергии колебаний.- Absorption of vibrational energy.

При работе в генераторном режиме в режиме захватывания устройство, показанное на Фиг. 1-3, поглощает энергию колебаний. Величина максимальной энергии, поглощаемой в единицу времени, равна мощности Nmax, определяемой по формуле (1).When operating in the generator mode in the gripping mode, the device shown in FIG. 1-3, absorbs vibrational energy. The value of the maximum energy absorbed per unit time is equal to the power N max determined by the formula (1).

Вибрация опоры предполагается прямолинейной, перпендикулярной поверхности опоры, что соответствует наиболее часто встречающимся случаям. С несущественными видоизменениями предполагаемый способ охватывает и более сложные случаи, например случай эллиптической вибрации с произвольно направленными осями (практически наиболее общий случай).The vibration of the support is assumed to be rectilinear, perpendicular to the surface of the support, which corresponds to the most common cases. With insignificant modifications, the proposed method also covers more complex cases, for example, the case of elliptical vibration with arbitrary axes (almost the most common case).

Предлагаемый способ состоит из следующей последовательности действий (рассмотрено на примере применения электродвигателя).The proposed method consists of the following sequence of actions (examined using an electric motor as an example).

По первому варианту изобретения (Фиг. 1).According to the first embodiment of the invention (Fig. 1).

1. Неуравновешенный ротор 2 устанавливают и жестко закрепляют на вибрирующей опоре 1.1. The unbalanced rotor 2 is mounted and rigidly fixed to the vibrating support 1.

2. Ротор 2 раскручивают посредством электродвигателя 3, соединенного с ротором 2 посредством муфты 4, до частоты, равной или большей частоты вибрации опоры ω. В результате происходит захватывание вращения ротора 2 частотой вибрации опоры ω. Оно происходит либо в процессе пуска электродвигателя 3 при достижении частотой вращения значения ω, либо после выключения электродвигателя 3 в процессе его выбега (см. п. 3).2. The rotor 2 is untwisted by means of an electric motor 3 connected to the rotor 2 by means of a coupling 4 to a frequency equal to or greater than the vibration frequency of the support ω. As a result, the rotation of the rotor 2 is captured by the vibration frequency of the support ω. It occurs either in the process of starting the electric motor 3 when the speed reaches the value ω, or after turning off the electric motor 3 in the process of coasting (see p. 3).

3. Электродвигатель 3 выключается либо, если захватывание частоты произошло в процессе пуска, либо при достижении частотой вращения значения, большего ω - тогда захватывание происходит при выбеге.3. The electric motor 3 is turned off either if the frequency capture occurred during the start-up, or when the rotation speed reaches a value greater than ω - then the capture occurs during a coast.

4. Неуравновешенный ротор 2 продолжает устойчиво вращаться с частотой ω вследствие явления вибрационного поддержания вращения. Съем электрической энергии осуществляется после перевода электродвигателя 3 в генераторный режим путем подключения к его обмоткам полезной нагрузки либо аккумулятора. Такое подключение производится с использованием управляющего устройства и узла связи с управляющим устройством. При вращении ротора 2 с частотой вибрации ω одновременно со съемом энергии происходит частичное гашение вибрации опоры. Наибольшая величина поглощаемой энергии, как должно быть в силу закона сохранения энергии, равна величине снимаемой энергии, определяемой формулой (1). Возможен съем механической энергии с вала ротора, как это описано выше.4. The unbalanced rotor 2 continues to rotate stably with frequency ω due to the phenomenon of vibrational rotation maintenance. The removal of electrical energy is carried out after the transfer of the electric motor 3 to the generator mode by connecting a payload or battery to its windings. Such a connection is made using a control device and a communication node with a control device. When the rotor 2 is rotated with a vibration frequency ω, at the same time as the energy is removed, the vibration of the support is partially suppressed. The largest amount of absorbed energy, as it should be by virtue of the law of conservation of energy, is equal to the amount of energy removed, determined by formula (1). It is possible to remove mechanical energy from the rotor shaft, as described above.

По второму варианту изобретения (Фиг. 2, 3).According to the second embodiment of the invention (Fig. 2, 3).

В первом варианте при вращении неуравновешенного ротора 2 одновременно с центробежной силой инерции, направленной параллельно направлению вибрации, возникает также сила, направленная перпендикулярно направлению вибрации. Во многих случаях это обстоятельство не имеет существенного значения. Однако в случаях, когда такая побочная сила нежелательна, можно избежать ее возникновения. Это достигается путем использования двух вращающихся в противоположных направлениях роторов 2, установленных так, что их оси параллельны, с обеспечением синхронности и фазировки, при которых развивается вынуждающая сила, параллельная направлению вибрации. Такой агрегат называют вибратором направленного действия [(1), стр. 178, рис. 7.2, а)]. При этом раскручивание роторов 2 может осуществляться как от одного (Фиг. 2), так и от двух электродвигателей 3 (двигатель-генераторов) (Фиг. 3). Последовательность действий при этом остается такой же, как в описанном выше варианте.In the first embodiment, when the unbalanced rotor 2 is rotated simultaneously with the centrifugal inertia force directed parallel to the direction of vibration, a force also appears that is directed perpendicular to the direction of vibration. In many cases, this fact is not significant. However, in cases where such side power is undesirable, its occurrence can be avoided. This is achieved by using two rotors 2 rotating in opposite directions, mounted so that their axes are parallel, ensuring synchronism and phasing, at which a driving force develops parallel to the direction of vibration. Such an aggregate is called a directional vibrator [(1), p. 178, Fig. 7.2, a)]. In this case, the spinning of the rotors 2 can be carried out both from one (Fig. 2), and from two electric motors 3 (motor-generators) (Fig. 3). The sequence of actions remains the same as in the embodiment described above.

Роторы 2 и электродвигатели 3 могут быть объединены в одном агрегате - мотор-вибраторе. Подобные агрегаты выпускаются промышленностью.Rotors 2 and electric motors 3 can be combined in one unit - a motor-vibrator. Such units are manufactured by industry.

Пункты 2-4 последовательности действий при использовании способа могут осуществляться как с помощью оператора по показаниям соответствующих приборов, так и при помощи автоматического управляющего устройства и узла связи с управляющим устройством.Paragraphs 2-4 of the sequence of actions when using the method can be carried out both with the help of the operator according to the testimony of the corresponding devices, and with the help of an automatic control device and a communication unit with a control device.

Приведенные выше примеры не имеют какого-либо ограничительного характера и описывают предпочтительные варианты реализации.The above examples are not of any limiting nature and describe preferred embodiments.

Таким образом, заявляемый способ позволяет осуществлять генерацию энергии за счет использования и одновременно с этим частичного гашения вредной вибрации опоры.Thus, the claimed method allows for the generation of energy through the use and at the same time partial damping of the harmful vibration of the support.

Предлагаемое изобретение имеет следующие преимущества:The invention has the following advantages:

- генерирование энергии (механической или электрической) осуществляется без существенных потерь на тепло, а потому является более эффективным;- energy generation (mechanical or electrical) is carried out without significant heat losses, and therefore is more efficient;

- относительная простота конструкции, реализующей способ;- the relative simplicity of the design that implements the method;

- в отличие от прототипа генерируемая электроэнергия пропорциональна не частоте вибрации ω, а кубу этой частоты, что делает возможным его использование при низкой частоте вибрации и особенно эффективным в случае высокочастотной вибрации;- unlike the prototype, the generated electricity is proportional not to the vibration frequency ω, but to a cube of this frequency, which makes it possible to use it at a low vibration frequency and is especially effective in the case of high-frequency vibration;

- способ экономичен, поскольку предполагает в основном использование стандартных элементов, выпускаемых промышленностью. Затраты на его реализацию несоизмеримы с потерями, вызываемыми вредной вибрацией. Кроме того, затраты при данном способе частично компенсируются генерируемой энергией.- the method is economical, since it involves mainly the use of standard elements manufactured by the industry. The costs of its implementation are disproportionate to the losses caused by harmful vibration. In addition, the costs of this method are partially offset by the generated energy.

Claims (6)

1. Способ генерации энергии, при котором используют и одновременно с этим частично гасят вредную вибрацию опоры, характеризующийся тем, что осуществляют раскрутку неуравновешенного ротора, установленного на опоре, до частоты, равной или превосходящей частоту вибрации опоры, после чего раскрутку неуравновешенного ротора прекращают и осуществляют съем энергии.1. A method of generating energy, which uses and at the same time partially suppresses the harmful vibration of the support, characterized in that the unbalanced rotor mounted on the support is unwound to a frequency equal to or greater than the vibration frequency of the support, after which the unbalanced rotor is stopped and carried out eat energy. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раскрутку неуравновешенного ротора осуществляют при помощи электродвигателя, вал которого соединен с валом неуравновешенного ротора, после прекращения раскрутки неуравновешенного ротора электродвигатель переводят в генераторный режим, после чего осуществляют съем электрической энергии с обмоток электродвигателя.2. The method according to p. 1, characterized in that the unbalanced rotor is unwound using an electric motor, the shaft of which is connected to the unbalanced rotor shaft, after the unbalanced rotor is untwisted, the electric motor is put into generator mode, after which electric energy is removed from the motor windings. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что неуравновешенный ротор и электродвигатель объединены в одном агрегате.3. The method according to p. 2, characterized in that the unbalanced rotor and electric motor are combined in one unit. 4. Способ генерации энергии, при котором используют и одновременно с этим частично гасят вредную вибрацию опоры, характеризующийся тем, что осуществляют раскрутку двух неуравновешенных роторов, установленных на опоре так, что их оси параллельны, и вращающихся в противоположных направлениях с обеспечением синхронности и синфазности вращения, и обеспечением направленности вынуждающей силы параллельно направлению вибрации опоры, при этом раскрутку каждого неуравновешенного ротора осуществляют до частоты, равной или превосходящей частоту вибрации опоры, после чего раскрутку неуравновешенных роторов прекращают и осуществляют съем энергии.4. A method of generating energy, which uses and at the same time partially suppresses harmful vibration of the support, characterized in that they spin two unbalanced rotors mounted on the support so that their axes are parallel and rotating in opposite directions to ensure synchronization and phase rotation , and ensuring the direction of the driving force parallel to the direction of vibration of the support, while the promotion of each unbalanced rotor is carried out to a frequency equal to or greater than often vibration in the support, after which the promotion unbalanced rotors stopped and the energy removal is performed. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что раскрутку неуравновешенных роторов осуществляют при помощи двух электродвигателей, вал каждого из которых соединен с валом одного из неуравновешенных роторов, после прекращения раскрутки неуравновешенных роторов электродвигатели переводятся в генераторный режим, после чего осуществляют съем электрической энергии с обмоток электродвигателя.5. The method according to p. 4, characterized in that the promotion of unbalanced rotors is carried out using two electric motors, the shaft of each of which is connected to the shaft of one of the unbalanced rotors, after the termination of the promotion of unbalanced rotors, the electric motors are put into generator mode, after which electric energy is removed from the motor windings. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что неуравновешенные роторы и электродвигатели объединены в одном агрегате.6. The method according to p. 5, characterized in that the unbalanced rotors and electric motors are combined in one unit.
RU2016149082A 2016-12-14 2016-12-14 Method of energy generation in which harmful support vibration is used and simultaneously partially dampened (versions) RU2637156C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016149082A RU2637156C1 (en) 2016-12-14 2016-12-14 Method of energy generation in which harmful support vibration is used and simultaneously partially dampened (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016149082A RU2637156C1 (en) 2016-12-14 2016-12-14 Method of energy generation in which harmful support vibration is used and simultaneously partially dampened (versions)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2637156C1 true RU2637156C1 (en) 2017-11-30

Family

ID=60581479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016149082A RU2637156C1 (en) 2016-12-14 2016-12-14 Method of energy generation in which harmful support vibration is used and simultaneously partially dampened (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2637156C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2714537C1 (en) * 2019-08-06 2020-02-18 Сергей Михайлович Фёдоров Electromechanical kinetic motor-vibrator with two stators

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6030483A (en) * 1983-07-29 1985-02-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Vibration propelling actuator
RU94036392A (en) * 1994-09-28 1996-07-27 Г.А. Павлов Inertial shock vibration damper
CN1966298A (en) * 2006-11-24 2007-05-23 温子荣 Shockproof type shaking generator system
RU2421629C2 (en) * 2006-08-14 2011-06-20 Роузмаунт, Инк. Damper of machine (versions) and system for utilisation of vibration energy equipped with such damper
RU2438052C1 (en) * 2010-07-06 2011-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Прогресс" (ФГУП "НПП "Прогресс") Method of vibration damping
WO2016163631A1 (en) * 2015-04-08 2016-10-13 황시현 Power generation apparatus using precessional motion

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6030483A (en) * 1983-07-29 1985-02-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Vibration propelling actuator
RU94036392A (en) * 1994-09-28 1996-07-27 Г.А. Павлов Inertial shock vibration damper
RU2421629C2 (en) * 2006-08-14 2011-06-20 Роузмаунт, Инк. Damper of machine (versions) and system for utilisation of vibration energy equipped with such damper
CN1966298A (en) * 2006-11-24 2007-05-23 温子荣 Shockproof type shaking generator system
RU2438052C1 (en) * 2010-07-06 2011-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Прогресс" (ФГУП "НПП "Прогресс") Method of vibration damping
WO2016163631A1 (en) * 2015-04-08 2016-10-13 황시현 Power generation apparatus using precessional motion

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2714537C1 (en) * 2019-08-06 2020-02-18 Сергей Михайлович Фёдоров Electromechanical kinetic motor-vibrator with two stators

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8446022B2 (en) Shock absorbing system for energy recycling
RU2377458C2 (en) Operation method of power rotation drive and power plant for its implementation
US2346432A (en) Torsional vibration damper
RU2637156C1 (en) Method of energy generation in which harmful support vibration is used and simultaneously partially dampened (versions)
US20020168126A1 (en) Rotation shaft support structure of a motor/generator
JP5601825B2 (en) Damper and seismic isolation mechanism
CN105545473A (en) Vibration reducing diesel generator
CN112411785A (en) Tunable mass-inertial mass damper capable of adjusting electromagnetic damping
US20140229021A1 (en) Vibration control device and control method therefor
CN204290547U (en) Improved electric motor
Ermolaev et al. Vibration damping in a motor drive shaft system operating under active power flow oscillation
EP3242998A1 (en) Power generation system and method for assembling the same
JPH0938575A (en) Rotary vibration generator and control method therefor
JP5342080B1 (en) Output stable power generator suitable for reciprocating motion
Chen et al. Electromagnetic spring for sliding wave energy converter
Fiebig et al. Use of mechanical resonance in machines drive systems
Li et al. Dynamic response analysis of blades with damping structures of shroud and snubber
RU2600301C2 (en) Vibrating machine
JP5027744B2 (en) Power output device
JP6315260B2 (en) Vibration power generator
Kitayama et al. Linear oscillatory actuator using new magnetic movement converter
RU205136U1 (en) POWER VIBRATION DRIVE
JP2016179749A (en) Power output device
JP6416678B2 (en) Power generator using reciprocating motion
Lee et al. An FE Transient Response Analysis Model of a Flexible Rotor-Bearing System With Mount System to Base Shock Excitation