Униполярная электрическая машина Советский патент 1976 года по МПК H02K31/04 

(54) УНИПОЛЯРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

1

Изобретение относится к области электромашиностроения, к униполярным электрическим машинам, предназначенным для работы в качестве источников постоянного тока большой величины в цветной металлургии, электрохимии и атомной энергетике.

Известна униполярная электрическая машина со сверхпроводящей обмоткой возбуждения и жидкометаллическим токосъемом, расположенным в среде инертного газа, содержащая полый ротор на полом валу, неподвижные контактные кольца и вращающиес размещенные на внутренней поверхности роторра, выводные шины и уплотнения вала.

Однако такая конструкция для предотвращения окисления жидкого металла требует герметизации всей машины, что усложняет и увеличивает ее вес. Кроме того, неизбежные выплески жидкого металла из токосъемов загрязняют внутреннюю поверх- ность машины, создают электропроводящие мостики на поверхности изоляции-вызывают коррозию конструктивных элементов машины, что приводит к снижению ее надежности.

Цель изобретения - упрощение и повышение надежности машины.

Это достигается тем, что внутренняя полость ротора выполнена герметизированной, выводные шины размещены коаксиаль- но в полости вала, и на них установлены неподвижные контактные кольца.В неподввокных контактных кольцах и выводных шинах выполнены входные и выходные каналы для циркуляции жидкого металла. В одной из выводных шин выполнен канал подвода инерт ного газа. Кроме того, для улучшения циркуляции жидкого металла в токосъемы внутренняя поверхность ротора образована усеченными конусами, расходящимися от середины к торцам ротора. Размещение токосъемов в замкнутой полости ротора обеспечивает автоматический возврат выплесков жидкого металла под действием центробежных сил в токосъемы, что повышает надежность работы машины.

На фиг. 1 изображена униполярная электрическая машина со сверхпроводящей обмоткой возбуждения в разрезе на фиг. 2 узел токосъема; на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 1. Униполярная машина состоит из криостата 1 со сверхпроводящей обмоткой возбужцения 2, в расточке которого установлен ротор 3, опирающийся на подшипники 4. Ротор 3 выполнен из полого цилиндрического остова 5, герметично соединенного с обоих торцов фланцами б и 7, выполненными заодно с валами 8 и 9. Вал 8 имеет централ Ное отверстие 10, через которое во внутре нюю полость 11 ротора 3 проходят коаксиапьно расположенные выводные шины 12 и 13 разной полярности. Шины 12 и 13 элек трически изолированы от вала 8 и друг от друга. Вал 9 имеет полумуфту 14 для соединения с приводом. Во внутренней полости 11 на шинах 12 и 13 установлены электри чески соединенные с ними неподвижные контактные кольца 15 и 16, имеющие форму дисков. Кольца 15 и 16 с зазорами 17 (фиг. 2) входят во вращающиеся кольца 18 и 19 на внутренней поверхности ротора 3, имеющие форму кольцевых канавок, и образуют жидкометаллический токосъем. В неподвижных контактных кольцах 15 и 16 имеются входные 2О и выходные 21 каналы циркуляции жидкого металла, сообщающиеся с соответствующими каналами 22 и 23 в выводных шинах. Каналы 20 и 21 имеют выход в зазор 17, причем выход канала 21 имеет большой диаметр, благодаря чему обеспечивается самоциркуляция жидкого металла в токосъемном устройстве В выводной шине 13 выполнен канал 24 для подачи инертного газа в полость 11. В центральном отверстии 10 вала 8 размещенно уплотнение вала 25, через которое проходит шина 13. Уплотнение 25 уплотняет зазор между неподвижной щиной 12 и вращающимся валом 8, Шины 12 и 1 вне ротора прикрепляются к неподвижным частям машины. Выводные шины опираются на подшипники 26, установленные на внутренней поверхности 11 ротора 3. Для возврата выплесков жидкого металла в токосъем внутренняя поверхность 27 остова 5 образована усеченными конусами, расходящимися от середины к торцам. Униполярная машина работает следующим образом. Магнитный поток создается обмоткой возбуждения 2. Во вращающемся роторе 3 наводятся э. д. с, (генеральный режим), которая снимается с вращающихся контактных колец 18 и 19 через жидкий металл (натрий-калий, геллий-индий и др.), заполняющий под действием центробежных сил зазор 17, Для отвода потерь, выделяющихся в токосъеме, жидкий металл циркулируе ерез зазор 17, поступая через каналы 22 и 20 из теплообменника, расположенного не машины ( на чертеже не показан ), и озвращается в теплообменник по каналам 21 и 23. Циркуляция происходит за счет давления в жидком металле, которое образуется в зазоре 17, При работе машишд в полости 11 поддерживается избыточное авление инертного газа (3,5-5)10 Ра, предохраняющего от окисления жидкий металл. Жидкий металл выходит из зазора 17 (выплески, подтекание и др.), а затем снова возвращается туда под действием центробежных сил и конических поверхностей внутри ротора 3. Ток,протекающий по токоведущим частям: ротор - контактные кольца - выводные шины, благодаря их бифилярно1у1у расположению компенсирует поле ротора вне его. Герметизация не всей машины, а только внутренней поверхности ротора существенно упрощает конструкцию и снижает вес всей машины. Это также упрощает доступ к обслуживанию и осмотру внутренней полости машины, что практически невозможно сделать в машинах с герметичным корпусом (без нарушения герметизации). Создаются условия, позволяющие повысить эффективность охлаждения ротора, Расположеше жидкометаллическнх токосъемов внутри герметизированного ротора обеспечивает автоматический возврат жидкого металла при его выбросе в токосъем, что также упрощает конструтшшОг так как отпадает необходимость в различного рода уплотнениях токосъема с мштыми зазорами и повышает надежность работы машин. Формула изобретения 1.Униполярная электрическая машина со сверхпроводящей обмоткой возбуждения и жидкометаллическим токосъемом, расположенным в среде инертного газа, содержащая полый ротор с полым ваяем, вращающиеся контактные кольца, размещенные на внутренней поверхности ротора, неподвижные контактные кольца, выводные шины и Зшлотнения вала, отличающаяся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности конструкции, внутренняя полость ротора выполнена герметизированной, вьгоодные шины размещены коаксиально в полости вала, и на них установлены неподвижные контактные кольца. 2,Машина по п. 1, отличающаяся тем, что в неподвижных контактных кольцах и выводных шинах вьшолвены входные и выходные каналы для циркуляции жидкого металла.