Russian Arabic English French German Hungarian Japanese Romanian Turkish Ukrainian

Электрогенератор (патент № 511916)

ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

НИКОЛА ТЕСЛА, ПРОЖИВАЮЩИЙ В НЬЮ-ЙОРКЕ, ШТАТ НЬЮ-ЙОРК

ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР

ОПИСАНИЕ, ЯВЛЯЮЩЕЕСЯ ЧАСТЬЮ ПАТЕНТА № 511916 ОТ 2 ЯНВАРЯ 1894 Г. ЗАЯВКА ОТ 19 АВГУСТА 1893 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 483562 (МОДЕЛЬ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ)

Всем заинтересованным лицам:

Я, Никола Тесла, гражданин Соединённых Штатов, проживающий в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк, изобрел некоторые новые и полезные усовершенствования в электрогенераторах, описание которых со ссылками на прилагающиеся чертежи приводится ниже.

В заявке от текущего числа, серийный номер 483562, я продемонстрировал и описал изобретенный мной тип машины, который под действием приложенной силы, такой как упругое давление сжатого пара или газа, дает колебание постоянного периода.

Для облегчения понимания настоящего изобретения я объясню условия, которые должны быть соблюдены для обеспечения указанного результата.

Из механики известно, что если к пружине с ощутимой инерцией приложить усилие, к примеру, растянуть ее, а затем освободить, она начнет изохронно вибрировать, причем период колебаний будет в основном зависеть от жесткости пружины и ее собственной инерции, или инерции системы, непосредственным элементом которой она может являться. Это верно во всех случаях, когда сила, стремящаяся привести пружину или подвижную систему в заданную позицию, пропорциональна смещению.

В вышеупомянутой конструкции моей машины я следовал этому принципу и применял его: я использую цилиндр и поршень, возвратнопоступательное движение которого поддерживаю любым подходящим образом посредством сжатого пара или газа. С движущимся поршнем или цилиндром, если последний совершает возвратно-поступательное движение, а первый остается неподвижным, соединена пружина таким образом, что ее вибрация поддерживается одним из этих элементов; какой бы ни была инерция поршня или подвижной системы относительно жесткости пружины, если истинные границы действия закона, согласно которому силы, стремящиеся привести подвижную систему в заданное положение, пропорциональны смещению, не нарушены, то импульсы силы, прикладываемой к поршню, будут всегда совпадать по направлению и времени с собственными колебаниями пружины. В рассматриваемой машине подводы газа расположены так, что движение поршня внутри цилиндра в обоих направлениях прекращается, когда сила, стремящаяся привести его в движение, и полученный им импульс уравновешены растущим давлением пара или сжатого воздуха в том конце цилиндра, к которому поршень движется, а поскольку давление, приводящее в движение поршень, в определенной точке исчезает и устанавливается давление, стремящееся его вернуть, то он начинает двигаться в противоположном направлении, и это продолжается до тех пор, пока создается необходимое давление. Длина хода будет различной в зависимости от давления, но скорость, или период возвратно-поступательного движения, зависит от прилагаемого к поршню давления не более чем период колебания маятника, поддерживаемого в постоянной вибрации, от силы, периодически приводящей его в движение, а единственным эффектом варьирования такой силы будут соответствующие изменения длины хода или амплитуды вибрации.

На практике я обнаружил, что наилучшие результаты обеспечиваются при использовании пневматической пружины, а чтобы придать ей достаточную жесткость, я использую отдельную камеру или цилиндр с воздухом, где атмосферное давление не превышает нормальное, хотя допустимо и любое другое, и в котором ходит плунжер, соединенный или насаженный на шток. Причина, по которой ни один двигатель до сих пор не мог обеспечить подобных результатов, заключается в том, что с движущимися частями соединяли тяжелый маховик или вращающуюся систему сравнительно высокой инерции, в других случаях, когда вращающаяся система не использовалась, например, в некоторых двигателях или станках не обеспечивались условия, существенные для моей цели, а соответствующее таким условиям давление в подобных устройствах не давало никаких особенных преимуществ.

Описанный мной двигатель позволяет обеспечить доселе неизвестные результаты — непрерывную выработку постоянного тока посредством передачи движения поршня сердечнику или обмотке в магнитном поле. Следует отметить, что при использовании этого двигателя возникают некоторые сложности, которые необходимо учитывать, чтобы получить удовлетворительный результат. Когда в магнитном поле движется проводник и в нем появляется электрический ток, электромагнитная реакция между ним и полем способна вызвать такое возмущение механических колебаний, что они перестанут быть изохронными. Это, к примеру, может произойти, когда электромагнитная реакция очень велика по сравнению с мощностью машины и возникает запаздывание тока, в результате чего эффект электромагнитной реакции может быть схож с тем, что возникает вследствие варьирования растяжения пружины, но если генераторная цепь будет устроена так, что фазы эдс и тока совпадают по времени, то есть если ток не запаздывает, то генератор, питаемый машиной, дает исключительно активное сопротивление и, как правило, не меняет период механических колебаний, хотя и может менять их амплитуду. Это легкодостижимо при условии правильного соотношения индуктивности и емкости цепи при включении генератора. Я, однако, заметил еще одно обстоятельство, связанное с использованием подобных машин в качестве средства для обеспечения работоспособности генераторов: желательно, чтобы период машины и собственный период электрических колебаний генератора совпадали, поскольку это обеспечивает наилучшие условия для электрического резонанса, а возможность нарушения периода механических колебаний сводится к минимуму. Я обнаружил, что даже если теоретические условия, необходимые для поддержания постоянного периода колебаний в самой машине, не соблюдаются абсолютно точно, тем не менее совместный период вибрации машины и генератора постоянен. К примеру, если вместо того, чтобы использовать в машине независимый цилиндр и плунжер в качестве пневмобалонной пружины почти постоянной жесткости, заставить поршень ударяться о воздушные подушки на концах его собственного цилиндра, — хотя жесткость таких подушек или пружин поддается значительному изменению путем варьирования давления внутри цилиндра, — при сочетании с такой машиной генератора, собственный период колебаний которого примерно равен периоду незатухающих вибраций машины, их можно поддерживать даже при значительном диапазоне давления благодаря регулирующему воздействию электромагнитной системы. И даже при определенных условиях влияние электромагнитной системы можно увеличить настолько, чтобы полностью контролировать период механических колебаний в широких пределах изменения давления. Это, очевидно, и происходит в тех случаях, когда мощность двигателя, будучи в состоянии поддерживать установленные колебания, недостаточна для изменения их частоты. Так, если вызвать колебание маятника и периодически прикладывать в соответствующем направлении незначительную силу для поддержания его движения, то эта сила не будет существенно контролировать период колебаний, если только инерция маятника не будет мала по сравнению с движущей силой, и это будет верным независимо от периодичности приложения силы. В рассматриваемом случае машина — всего только средство для поддержания заданных колебаний, хотя очевидно, что это не исключает совершения полезной работы, результатом чего окажется лишь сокращение хода поршня. Таким образом, мое изобретение включает сочетание поршня, который беспрепятственно совершает возврат- но-поступательное движение под действием сжатого пара или газа, с подвижным элементом электрогенератора, напрямую механически соединенным с поршнем; конкретнее: целью моего изобретения является исключение из такого сочетания электрического тока с постоянным периодом. Для достижения этой цели я счел целесообразным сконструировать машину так, чтобы она самостоятельно регулировала период колебаний; но, как я указал, сочетание элементов можно модифицировать так, чтобы электромагнитная система сама была способна частично или полностью регулировать период.

Для иллюстрации изобретения обратимся к прилагающимся рисункам.

Рисунок 1 — центральный разрез машины и генератора.

Рисунок 2 — модификация этой машины и генератора.

На рисунке 1 А — главный цилиндр, в котором ходит поршень В. Впускные каналы СС проходят через боковые стенки цилиндра, открываясь в его средней части и по противоположным сторонам. Выпускные каналы проходят через стенки цилиндра и имеют ответвления, которые открываются во внутреннюю часть цилиндра по обе стороны от входных каналов, с противоположных сторон цилиндра. Поршень В имеет два кольцевых паза ЕР, сообщающиеся с цилиндром через отверстия в, расположенные по противоположным сторонам названного поршня.

Особенности конструкции цилиндра, поршня и регулирующих каналов могут значительно варьироваться и сами по себе не существенны, за исключением того, что в конкретном случае, рассматриваемом в настоящий момент, желательно, чтобы все каналы, и особенно выпускные, были гораздо больше, чем обычно, тогда никакая сила, производимая паром или сжатым воздухом, не будет задерживать или способствовать возвращению поршня в любом направлении. Поршень В насажен на поршневой шток Н, который находится в подходящих сальниках крышек цилиндра А. Этот шток имеет с одной стороны удлинение и вставлен в подшипники V в цилиндре I, подходящим образом смонтированным или закрепленным на одной линии с первым, и в этом цилиндре I находится диск или плунжер У, приводимый в движение штоком Н. Цилиндр I не имеет никаких каналов и воздухонепроницаем, за исключением того, что через подшипники V может произойти небольшая утечка, которую невозможно предотвратить со сколько-нибудь значительной точностью.

Цилиндр I вставлен в кожух К, оставляющий вокруг него свободное пространство или камеру. Поршни V в цилиндре / выступают из-под кожуха К, а камера между цилиндром или кожухом делается непроницаемой для пара или воздуха, например при помощи подходящей упаковки. В камеру ведет главная подающая пар или сжатый воздух труба Ь, из нее выходят две трубы в цилиндр А, а удобно расположенные масленки М обеспечивают упомянутые трубы маслом для смазки поршня. В представленной модификации двигателя кожух К с цилиндром I имеет фланец Ы, которым он прикручен к концу цилиндра А. Так образуется небольшая камера О, имеющая по сторонам вентиляционные отверстия Р и выводящие трубки для слива жидкости £), через которые выводится масло, собирающееся в камере.

Теперь объясним работу описанной машины при указанном расположении частей: поршень находится ровно в середине своего хода, плунжер J — в центре цилиндра I, а воздух с обеих сторон этого цилиндра имеет нормальное давление внешней атмосферы. Если источник пара или сжатого воздуха соединить с впускными каналами СС цилиндра А и поршню придать резкий импульс, как от удара, то он начнет свое воз- вратно-поступательное движение. Движения поршня попеременно сжимают и разрежают воздух по обеим сторонам цилиндра /. Передний ход сжимает перед плунжером J воздух, который затем действует как пружина и возвращает его. Схожим образом, при обратном ходе воздух сжимается на противоположной стороне плунжера / и стремится вытолкнуть его вперед. Сжатия воздуха в цилиндре I и результирующая потеря энергии главным образом вследствие недостаточной упругости воздуха вызывают образование значительного количества тепла. Это тепло я использую, подводя пар или сжатый воздух к цилиндру двигателя через камеру, которую кожух образует вокруг цилиндра с пневматической пружиной. Отведенное таким образом тепло, применяемое для увеличения температуры пара или воздуха, действующего на поршень, повышает КПД двигателя. В любой машине этого типа обычное давление вызовет движение поршня определенной протяженности, которая будет возрастать или уменьшаться в зависимости от возрастания или снижения давления относительно его нормальной величины.

При конструкции аппарата для варьирования длины хода делается необходимый зазор, то есть размеры ограничительного цилиндра / с пневматической пружиной должны быть тщательно выверены. Чем больше давление на поршень, тем сильнее сжатие этой пружины и соответствующая противодействующая сила на плунжер. Скорость, или период возвратно-поступательного движения поршня, однако, определяется, преимущественно, как описано выше, жесткостью пневматической пружины и инерцией движущейся системы, правильным регулированием этих факторов можно обеспечить любой период колебаний в очень широком диапазоне, к примеру, варьированием размеров воздушной камеры, что эквивалентно варьированию жесткости пружины, или регулированием веса движущихся частей. Все эти параметры несложно вычислить, и сконструированная таким образом машина будет работать в соответствии с изложенным принципом, сохраняя абсолютно постоянный период в весьма широком диапазоне давления.

Давление заключенного в цилиндре воздуха, когда плунжер I находится в центральном положении, всегда будет практически соответствовать давлению окружающей атмосферы, поскольку хотя цилиндр сконструирован так, чтобы не позволить столь резкому выпуску воздуха существенно повлиять или модифицировать действие пневмобалонной пружины, вокруг штока поршня в зависимости от внутреннего давления будет происходить небольшая утечка воздуха в него или из него, так что давление воздуха на противоположные стороны плунжера всегда будет близко к давлению внешней атмосферы.

К поршневому штоку Н прикреплен проводник или обмотка И', которая под действием поршня колеблется в магнитном поле, генерируемом двумя магнитами В'В': они могут быть постоянными или возбуждаться обмотками С'С', соединенными с источником постоянного тока Е'. Движение обмоток D, через силовые линии, созданные магнитами, вызывает в обмотке переменные токи. Если период механических колебаний не изменяется, то период этих токов также постоянен, и их можно использовать для любой желаемой цели.

В рассматриваемом случае необходимое условие, когда инерция подвижного элемента генератора и вызываемая ей электромагнитная реакция не имеют такого характера, чтобы заметно влиять на работу машины.

Рисунок 2 — пример компоновки, при которой машина не способна самостоятельно задать период колебаний, и достичь эту цель помогает генератор. Здесь представлена та же машина, что и на рисунке 1. Внешняя пневматическая пружина не применяется, и ее функции выполняют воздушные пространства на концах цилиндра Л. Поскольку давление в этих промежутках подвержено варьированию из-за изменений в паре или газе, используемых для приведения в движение поршня, оно может повлиять на период колебаний, и условия здесь не так постоянны и надежны, как в случае с машиной, представленной на рисунке 1. Но если период собственных колебаний упругой системы будет приблизительно согласован со средним периодом машины, то подобные тенденции к варьированию в основном нейтрализуются, и машина сохранит свой период колебаний даже при значительном варьировании давления. Генератор в этом случае имеет ферромагнитный корпус /*", в котором вызываются колебания набранного сердечника С, скрепленного с поршневым штоком Н. Поршень окружают две обмотки возбуждения С'С" и одна или несколько индуцированных обмоток И'О'. Обмотки С'С' соединены с генератором постоянного тока Е' и расположены так, чтобы производить на сердечнике С разнополярные полюса. Поэтому любое движение последнего будет перемещать силовые линии относительно обмоток И'И' и вызывать в них ток.

В цепи обмоток Л' показан конденсатор Н'. Ограничимся указанием, что использование подходящего конденсатора позволяет нейтрализовать индуктивность этой цепи. Такая цепь будет иметь определенный естественный период колебаний, то есть, когда на нее действует то или иное электрическое возмущение, устанавливаются электрические или электромагнитные колебания определенного периода, а поскольку период зависит от емкости и собственной индуктивности цепи, то его можно изменять в приблизительном соответствии с периодом машины.

В случае, если мощность машины относительно мала, как, например, в случае, когда давление прикладывается на очень коротком участке общей длины хода поршня, электрическое колебание будет регулировать период, и очевидно, если характер такого колебания будет не слишком отличаться от среднего периода колебания машины при обычных рабочих условиях, такое регулирование может быть вполне достаточным для обеспечения желаемого результата.

Формула изобретения

  1. Сочетание поршня или эквивалентного элемента машины, беспрепятственно совершающего возвратно-поступательное движение под действием на него сжатого пара или газа, с подвижным проводником или элементом электрогенератора, напрямую соединенным с поршнем.
  2. Сочетание поршня или эквивалентного элемента машины, беспрепятственно совершающего возвратно-поступательное движение под действием на него сжатого пара или газа, с подвижным проводником или элементом электрогенератора, напрямую соединенным с поршнем, причем машина и генератор посредством настройки периода адаптированы к тому, чтобы генерировать токи постоянного периода.
  3. Сочетание машины, включающей поршень, беспрепятственно совершающий возвратно-поступательное движение под действием сжатого пара или газа, и электрогенератора, имеющего индуцирующий и индуцированный элементы, один из которых способен совершать колебательные движения в силовом поле, а названный подвижный элемент приводится в движение поршневым штоком машины.
  4. Сочетание машины, приводимой в движение сжатым паром или газом и имеющей постоянный период возвратно-поступательного движения, с электрогенератором, подвижный элемент которого приводится в движение поршнем машины, причем генератор и его цепь отрегулированы с машиной относительно периода электрических колебаний так, чтобы период колебаний машины не нарушался.
  5. Сочетание цилиндра и поршня, приводимых в движение сжатым паром или газом, пружины, колебания которой поддерживаются движением поршня, с электрогенератором, подвижный проводник или элемент которого соединен с поршнем, причем эти элементы сконструированы и адаптированы описанным способом для генерирования тока постоянного периода.
  6. Вышеописанный метод генерирования тока постоянного периода, заключающийся в сообщении колебаний машины подвижному элементу электрогенератора и регулирования периода механических колебаний посредством регулирования индуктивности электрогенератора.

Никола Тесла.

Свидетели: П.У. Пейдж, Р.Ф. Гейлорд.

Н. ТЕСЛА ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР   № 511916  2 ЯНВАРЯ 1894 Г.

 Электрогенератор (патент № 511916)Н. ТЕСЛА ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР   № 511916  2 ЯНВАРЯ 1894 Г.

Электрогенератор (патент № 511916)

 

Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика