Ротор электрической машины Советский патент 1986 года по МПК H02K9/197 H02K55/02 

Изобретение относится j электромашиностроению и может быть использовано в электрических машинах с жидкостным охлаждением обмоток возбуждения ротора, в частности сверхпроводя- щих обмоток возбуждения (СПОВ)„

Известны роторы электрических машин, содержащие сверхпроводяпсую обмотку возбуждения, снабженную каналами для циркуляции жидкого гелия.

Недостаток этих конструкций заключается в том, что они недостаточно надежны при локальных тепловьвделениях по механическим и электромагнитным признакам в сверхпроводящей обмотке возбуждения.

Наиболее близким к изобретению является ротор электрической машины, содержащий сверхпроводящую обмотку возбуждения, размещенную на каркасе и снабженную каналами для циркуляции хладагента, направление которых имеет радиальную .составляющую, сообщающимися с каналами или полостями, расположенными у оси ротора и на пери- ферии каркаса.

Криогенная жидкость подается по расположенным на периферии ротора коаксиальным каналам в каналы обмотки и снимает тепловыделение, возникающие в СПОВ из-за гистерезисных потерь и потерь из-за проникновения в обмотку низкочастотной составляющей переменного магнитного поля. Из каналов обмотки теплый хладдгент попадает в аксиальные каналы у оси ротора и выводится из зоны криостатирова- ния. Оптимальный расход хладагента при нормальном режиме работы определяется в основном потерями в СПОВ.

Б СПОВ имеют место локальные теп- ловаделения, возникающие в различных частях из-за возмущений механического электромагнитного или какого-либо иного характера, которые способны перевести СПОВ в нормальное (несверхпроводящее) состояние. В известном роторе либо расход гелия должен в несколько раз превышать оптимальный, чтобы обеспечить снятие дополнительных тепловыделений (криостатическую стабилизацию СПОВ), либо существенно понижается надежность работы машины, так как приходится всякий раз при переходе СПОВ в нормальное состояние отключать генератор.

Целью изобретения является повьше- ние надежности работы машины без

5

0 5

0

5

CI

0

. 5

ухудшения ее экономичности путем по- вьш1ения эффективности охлаждения обмотки возбуждения.

Указанная цель достигается тем, что в роторе электрической машины, содержащем сверхпроводяшую обмотку возбуждения, размещенную на каркасе и снабженную каналами для циркуляции хладагента, направление которых имеет радиальную составляющую, сообщающимися с каналами или полостями, расположенными у оси ротора и на периферии каркаса, упомянутые каналы глпк полости дополнительно сообщены между собой каналами, выполненными в каркасе и теплоизолированными от обмотки возбуждения.

На фиг.1 представлен ротор со сверхпроводящей обмоткой возбуж,цения, секции которой, например, расположены радиально, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - узел I на фиг.2; на фиг.А - разрез Б-Б на фиг.З.

Ротор содержит немагнитный ц:нлиндр 1, в котором размещен каркас 2 со сверхпроводящей обмоткой 3. Сек:ции обмотки расположены в пазах 4 каркаса 2 и имеют изоляцию 5. В обмотке 3 имеются каналы 6, направление которых радиально или хотя бы имеет радиальную составляюпсую, сообщающ1игеся с каналами 7, расположенными у оси ротора (объединены в один центр,аль- ный канал) и с каналами 8 на периферии. В каркасе ротора 2 выполнены дополнительные каналы 9, теплоизолированные от обмотки 3. Теплопритоки в обмотке 3 блокируются вакуумной изоляцией и радиационными экранами 10, i1, а со стороны токосъемных колец - теплоизоляционной пробкой 12, выполненной из материала с низкой теплопроводностью. Хладз-гент поступает в каналы 8 по трубопроводу 13. Пары хладагента отводятся из центрального канала 7 на охлаждение тепловых мостов 14. Отвод пара из ротор а осуществляется обычным образом.

Жидкая охлаждающая среда (для СПОВ - жидкий гелий) подается в ротор по трубопроводу 13, далее-по каналам 8 распределяется вдоль ротора и по каналам 6 и 9 попадает в центральный канал 7, в котором устанавливается под действием центробежн 1х сил некоторый уровень поверхности раздела жидкости и пара. При этом

3

обмотка 3 и каркас 2 сгхлаждаются до нуткной температуры (в случае ротора со СПОВ до температуры 4,2 К). После этого обмотка запитьшается. Хладаген в каналах 6 обмотки 3 нагревается из-за тепловьщелений в обмотке 3 (это имеет место ri в СЛОВ из-за ги- стерезисных потерь и потерь из-за проникновения в обмотку низкочастотной составляющей переменного тока).

На радиальном участке теплоизолированных от обмотки каналов 9 температура хладагента остается прежней. В результате плотность хладагента в каналах 6 меньше, чем плотность хладагента на радиальном участке каналов 9. Центробежные силы действуют на столбы жидкости, находящейся в каналах 9; равновесие, существовавшее до тепловыделений в обмотке, нарушается и жидкость движется по каналу 9 на периферию ротора в канал 8, а по каналу 6 жидкость движется к центральному каналу 7. Возникает естествен- ная циркуляция хладагента по замкнутому контуру, образованному каналами 6, 7, 9. При этом часть хладагента в центральный канал 7 попадает из канала 6 в обмотке 3 в виде пара. Лод действием центробежных сил пар сепарируется и собирается в центральной части канала 7 и далее отводится на охлаждение тепловых мостов 14. Взамен в ротор поступает жидкий хладагент по трубопроводу 13. С увеличением тепловыделений в обмотке раз- ность плотностей хладагента в каналах 6 и 8 увеличивается и поэтому возрастает скорость циркуляции хладагента, что приводит к улучшению охлаждения обмотки. В случае локаль-

12

to

t5

т , 3540

773004

него тепяовыделения в обмотке 3 (это может иметь место в СПОВ при возмущениях механического или электромагнитного- характера) аналогичный механизм приводит к интенсивному охлаждению источника тепловыделений. Для сверхпроводящих обмоток это приводит к улучшению стабилизации обмотки, так как в случае перехода части обмотки в нормальное состояние улучшение охлаждения нормальной зоны приводит к возвращению в сверхпроводящее состояние без принятия каких-либо дополнительных мер.

В случае обмотки с параллельными секциями ротор имеет аналогичную конструкцию. Отличие может состоять в креплении обмотки (например клиньями) , а аксиальными каналами у оси ротора может быть снабжена каждая секция .

Предложенная конструкция ротора отличается более эффективным использованием хладагента с естественным саморегулированием интенсивности теплообмена, что позволяет сократить расход хладагента, а в случае СПОВ улучшить ее криостатическую стабилизацию и повысить надежнос ь работы машины в целом.

Эти преимущества предлагаемой конструкции ротора по сравнению с известным обеспечиваются за счет того, что каналы или полости у оси ротора и и на периферии каркаса дополнительно сообщены между собой каналами, выполненными в каркасе и теплоизолирован- . ными от обмотки возбуждения.

Изобретение может использоваться : в криогенном турбогенераторе мощностью 300 МВт.

20

25

30

S 9 5

(ригЗ

Б-В

S & 6 S 3

.

сригЛ

Составитель Л. Карцева редактор Н. Швыдкая Техред В.Кадар орректор С.Шекмар

Зак1 б7 55/5 Тираж 631 °«™;;«°

ВНИИПИ Государственного комитета СИ..1:

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производств енно-поли)

йграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4