Ротор электрической машины с криогенным охлаждением

Ротор электрической машины с криогенным охлаждением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

52654

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистимесних

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11. 11.76 (21) 2430160/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15. 03.793юллетень № 1

М K.2

Н 02 К 9/197

Н 01 . 39/02

Гещдарственный каинтет

СССР пе делам изеаретеннй н аткрытий

gg f< 621. 313.

7 13 (088. 8) Дата опубликования описания 18. 03;7

И. П. Вишнев, И. А. Глебов, П. П. Калитин, А. И. Краузе, В. Г. Новицкий, О. N. Попов и М. А. Рябов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С КРИОГЕННЫМ

ОХЛА>ЩЕНИЕМ

Изобретение относится к электротехнике, холодильной и криогенной технике и, в частности, относится к роторам электрических машин с криогенным охлаждением.

Извес ен ротор электрической машины с криогенным охлаждением обмотки возбуждения, выполненной многослойной с каналами для хладагента (1).

В процессе работы сверхпроводящих электрических машин при повышении электрической нагрузки могут возникнуть кризисные режимы работы, при которых сила тока, магнитная индукция и удельный тепловой поток превысят. соответствующие критические значения. Это приведет к нагреву электропроводника обмотки и выходу его из состояния сверхпроводимости.

В обмотке сверхпроводящей машины в качестве хладагента, как правило, используется жидкий кипящий гелий. При этом температура проводника зависит от температуры кипения хладагента, которая, в свою очередь, определяется давлением в каналах системы охлаждения, интенсивностью теплоотдачи и величиной критического теплового потока.

При вращении ротора с круговой частотой со под давлением центробежных сил в радиальном канале, заполненным хладагентом, на участке dr, отстоящем от оси вращения на расстояниегсоздается перепад давления

dP = rdr, (i) где /о — плотность хладагента.

Тогда, вследствие действия центробежных сил, давление жидкого кипящего гелия в радиальном канале будет следующим: г > 1

Р«. = Р, +) y co rdr = Р, + — ую r, (2) где Po — давление вблизи оси вращения;

P — давление на расстоянии r от оси

15 вращения.

В этом случае равновесная температура .кипения хладагента и, следовательно, температура обмотки будут повышаться с увеличением расстояния от оси вращения.,В обмотке будет иметь место радиальный градиент температур. Неравномерность температуры в массе обмотки приведет к снижению эффективности машины, так как рабочие параметры выбираются по наиболее высокой температуре в обмотке. В против652654

10 ном случае в более теплой зоне обмотки, т. е. удаленной от оси вращения зоне, проводники могут выйти из сверхпроводящего состояния, что приведет к выходу из строя всЕй машины..

Также известен ротор электрической машины с криогенным охлаждением обмотки возбуждения, выполненной с каналами для хладагента в виде расположенных один над другим слоем модулей, каждый из которых имеет обращенную к оси вращения плоскость j2).

Такое устройство позволяет улучшить теплообмен между хладагентом и модулем сверхпроводящей обмотки.

Недостатком такого устройства является то, что в нем неизбежен радиальный градиент температур, вызываемый ростом давления под действием центробежных сил по мере удаления от оси вращения. Это приводит к неравномерности температур в обмотке возбуждения, снижает критические и рабочие параметры сверхпроводящих проводников и эффективность всей машины в целом.

Цель изобретения — исключение указанного недостатка.

Поставленная цель достигается тем, что каждый модуль снабжен продольными и поперечными относительно оси стенками, образующими с упомянутой поверхностью ванну для хладагента, и одна из поперечных стенок выполнена укороченной и расположена в соседних слоях с противоположных сторон, а слои модулей установлены со смещением в аксиальном направлении в сторону укороченных стенок соседних слоев.

При этом высота стенок модулей каждого слоя может быть выполнена уменьшающейся в направлении периферии, обратно пропорционально расстоянию слоя от оси.

На фиг. 1 представлен продольный, разрез предложенного ротора, на фиг. 2 — ванна для хладагента.

Ротор имеет трубопровод ввода 1, обмотку, выполненную в виде расположенных друг над другом слоев модулей 2, 3, 4, каждый из которых имеет обращенную к оси вращения 5 поверхность 6 и продольные 7 и поперечные 8 стенки, образующие с упомянутой поверхностью ванну 9 для хладагента.

При этом одна из поперечных стенок 10 выполнена укороченной, например, высотой, равной 2/3 высоты остальных стенок, и расположена в соседних слоях с противоположныx сторон и слои молулей установлены со смещением в аксиальном направлении в сторону укороченных стенок соседних слоев.

При работе жидкий гелий по трубопроводу ввода 1 подается в полость ротора на

55 первый модуль 2, ближний к оси вращения и отстоящий от нее на расстоянии r .

Жидкий гелий заполняет ванну первого модуля, а избыток жидкости, пройдя вдоль модуля, сливается через укороченную входную стенку 10 на второй модуль 3, расположенный на другом, большем радиусе вращения.

Такое расположение позволяет всей охлаждающей жидкости, сливающейся с первого модуля, попадать в ванну второго модуляя.

Конструкция второго модуля и последующих (расположенных на больших радиусах вращения r г,,г„) аналогична конструкции первого. Второй модуль смещен в аксиальном направлении относительно первого модуля таким образом, что входная часть второго модуля с поперечной стенкой расположена под выходной поперечной стенкой первого модуля.

Заполнив ванну второго модуля, избыток жидкого гелия через выходную поперечную стенку переливается в ванну третьего модуля, размещенного на расстоянии гз от оси вращения и смещенного относительно второго вдоль оси так, что он располагается точно под первым модулем. Последующие модули жидкий гелий проходит в такой же последовательности.

Давление, а следовательно, и температура на поверхности каждого слоя модулей согласно формуле (1) будут пропорциональны произведению радиуса расположения слоя г на толщину слоя хладагента на его поверхности — dr.

У каждого последующего к периферии слоя модулей радиус r больше, чем у предыдущего, и для сохранения постоянства давления и температуры во всем объеме ротора величина dr должна изменяться обратно пропорционально изменению радиуса расположения слоя модулей относительно оси, сохраняя тем самым постоянное значение произведения rdr.

Величина dr определяется высотой укороченной поперечнои стенки 10 и, следовательно, для сохранения постоянного значения произведения r dr на каждом последующем сное модулей, расположенном на большем радиусе от оси вращения, высота стенки должна быть меньше, чем на предыдущем. Это уменьшение высоты стенок должно быть обратно пропорционально увеличению радиуса вращения соответствующих слоев модулей.

Таким образом обеспечивается последовательное ступенчатое движение жидкого хладагента по сверхпроводникам ротора и ликвидируется влияние давления на температуру кипения хладагента и температуру сверхпроводников.

652654

Формула изобретения

Б В

Составитель Л. Карцева

Редактор lI. Зубов Техред О. Луговая Корректор Е. Папи

Заказ 1073/51 Тираж 856 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1! 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Испарившийся гелий движется по направлению к оси вращения, омывает модули со стороны, обращенной к периферии, и выводится из ротора по кольцевому каналу 11.

Избыток жидкого гелия сливается из ванны последнего модуля, попадает на наружную обечайку ротора с установленным на ней датчиком 12, управляющим клапаном 13, который регулирует подачу жидкого гелия 1р в ротор. По достижении заданной толщины слоя жидкого гелия на обечайке ротора клапан 13 подачи жидкого гелия закрывается и вновь открывается по мере уменьшения толщины слоя.

Таким образом, эффект выравнивания и стабилизации температурного поля в массе обмотки машины достигается ликвидацией сжатия хладагента в роторе путем «разрыва» его на слои жидкости элементарной толщины; организацией движения кипящей жидкости хладагента в виде пленки, что увеличивает коэффициент теплоотдачи в 2 — 3 раза и повышает критические параметры обмотки; возможностью заполнения объема ротора большим количеством сверхпроводников, поскольку в такой конструкции сжатие хладагента, температура кипения хладагента и температура проводников в роторе не будут зависеть от величины радиуса ротора и от скоростей его вращения.

1 U

1. Ротор электрической машины с криогенным охлаждением обмотки возбуждения, выполненной с каналами для хладагента в виде расположенных один над другим слоев модулей, каждый из которых имеет обращенную к оси вращения поверхность, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик, каждый модуль снабжен продольными и поперечными относительно оси стенками, образующими с упомянутой поверхностью ванну для хладагента, и одна из поперечных стенок выполнена укороченной и расположенна в соседних слоях с противоположных сторон, а слои модулей установлены со смещением в аксиальном направлении в сторону укороченных стенок соседних слоев.

2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что высота стенок модулей каждого слоя выполнена уменьшающейся в направлении периферии, обратно пропорционально расстоянию слоя от оси.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка № 2146912/07, кл. Н 02 К 9/197, 1975, по которой выдано решение о выдаче авторского свидетельства.

2. Заявка № 2034296/07, кл. Н 02 К 19/26, 1974, по которой выдано решение о выдаче авторского свидетельства.

В Х