РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С КРИОГЕННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Советский патент 1994 года по МПК H02K9/197 H02K55/02 

Изобретение относится к электрическим машинам с криогенным охлаждением обмотки возбуждения.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности ротора путем обеспечения саморегулирующейся подачи хладагента в криостат во всем диапазоне расходов с паросодержанием от 0,0 до 1,0 за счет предотвращения возможного разрежения в радиальной трубе и устранения эффекта эжекторного насоса.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого устройства; на фиг. 2 - поперечный разрез устройства.

Ротор электрической машины с криогенным охлаждением содержит вращающийся криостат 1 с жестко связанной с ним осевой подающей хладагент трубой 2, которая переходит внутри криостата по меньшей мере в одну радиальную раздающую трубу 3, внутренний диаметр которой обеспечивает раздельное течение фаз газожидкостного потока в требуемом диапазоне расходов, а длина ее L_тр больше радиуса расположения требуемого уровня жидкого хладагента в криостате R_ж. На выходе радиальной трубы 3 размещена газоотделяющая камера 4, образующая с внутренней полостью трубы единый объем. В стенке газоотделяющей камеры, обращенной в сторону вращения криостата, выполнено отверстие 5 для выхода жидкой и газовой фаз хладагента. Отверстие располагается на радиусе R_отв, большем длины раздающей трубы L_тр и меньшем расстояния от оси вращения до наиболее удаленной от нее стенки камеры 4. Внутри камеры 4 выполнены перегородки 6 и 7, расположенные между выходом из радиальной трубы и стенкой камеры, обращенной в сторону вращения криостата. Перегородка 6, обращенная к выходу из радиальной трубы, закреплена на наиболее удаленной от оси вращения стенке 8 камеры 4 и имеет высоту, равную расстоянию от этой стенки до радиуса расположения выходного отверстия. Перегородка 7 закреплена между наиболее и наименее удаленными от оси вращения стенками 8, 9 камеры и имеет отверстия 10 и 11, расположенные в зоне этих стенок.

Устройство работает следующим образом.

Из питающей криогенной емкости через трубопровод (на чертеже не показано) хладагент в виде двухфазной смеси поступает в жестко закрепленную с корпусом криостата 1 осевую подающую трубу 2. Внутри вращающейся трубы 2 двухфазный хладагент под действием центробежных сил разделяется: по стенкам течет жидкость в виде тонкой пленки, а в центре - газовое ядро, т. е. режим течения - кольцевой. Далее поток хладагента поступает во вращающуюся радиальную трубу 3. Здесь режим течения меняется. Под действием центробежной и кориолисовой сил жидкая фаза отжимается к противоположной вращению стенке трубы 3, а газ заполняет пространство над жидкостью, т. е. наблюдается расслоенный режим течения. Жидкость, сбегая по стенке, разгоняется и на большой скорости выходит из радиальной трубы 3 в жидкость, захватывая и унося в слой жидкости пузыри газа. Из-за указанного эффекта во всех конструкциях с выходящими в слой жидкости радиальными трубами присутствует откачка сбегающей струей жидкости газа из объема тракта подачи двухфазного хладагента. При этом возможно возникновение разрежения в радиальной и осевой трубах, вызывающее нестабильность величин расхода подаваемого хладагента и нестабильность положения уровня жидкого хладагента во вращающемся криостате.

В основе принципа саморегулирования расхода подаваемого в ротор двухфазного хладагента лежит гидростатическое равновесие между давлением газа в радиальной трубе и давлением столба жидкости высотой до уровня жидкого хладагента в криостате до выхода из отверстия 5 в камере 4. Чтобы добиться однозначного соответствия между давлением газа в трубе 3 и уровнем жидкости в криостате при любых паросодержаниях подаваемого потока хладагента, необходимо отделить захваченный сбегающей струей газ от жидкости и вернуть его в объем радиальной трубы 3 с последующим раздельным выводом жидкой и газовой фаз в объеме криостата. Для этого на выходе из радиальной трубы 3 закреплена газоотделяющая камера 4. В накопленном внутри камеры 4 слое жидкости поток с захваченными газовыми пузырьками тормозится, пузырьки всплывают обратно в объем камеры, после чего газ и жидкость раздельно выходят через отверстия 5 камеры 4 во внутренний объем криостата. Для уменьшения размеров камеры 4 и повышения эффективности газоотделения в ней внутри нее выполнены перегородки 6 и 7.

Расстояние от радиальной трубы 3 до перегородок 6, 7 и выходного отверстия 5 камеры выбирают из условия обеспечения скорости движения жидкости в указанном тракте, меньшей скорости всплывания пузырьков газа с целью захвата газа выходящим из отверстия 5 потоком жидкости. Например, для жидкого гелия этому условию соответствует значение скорости движения жидкой фазы хладагента в трактах камеры 4 не более 0,1 м/с.

Использование настоящего изобретения позволяет обеспечить саморегулирующую подачу хладагента в криостат в широком диапазоне расходов с паросодержанием от 0 до 1,0 при обеспечении однозначной связи между уровнем жидкого хладагента в криостате и давлением в питающей емкости. (56) Патент США N 4123677, кл. Н 02 К 9/00, 1978.

Патент CША N 4164126, кл. F 17 C 7/02, 1979.

1. РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С КРИОГЕННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ, содержащий криостат и жестко связанную с ним осевую подающую хладагент трубу, переходящую внутри криостата в радиальную раздающую трубу, отличающийся тем, что, с целью повышения его эксплуатационной надежности путем обеспечения саморегулирующейся подачи хладагента в криостат, на выходе радиальной трубы установлена газоотделяющая камера, образующая с внутренней полостью радиальной трубы единый объем и имеющая выходное отверстие в ее стенке, обращенной в сторону вращения криостата. 2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что внутри упомянутой камеры выполнены перегородки, расположенные между выходом из радиальной трубы и стенкой камеры с выходным отверстием, причем первая, обращенная к выходу из радиальной трубы, перегородка закреплена одной стороной на наиболее удаленной от оси вращения стенке камеры и ее противоположная сторона расположена на уровне выходного отверстия из камеры, а вторая перегородка закреплена между наиболее удаленными и наименее удаленными от оси вращения стенками камеры и имеют отверстия в зоне этих стенок.