Электрическая машина со свехпроводящей обмоткой возбуждения Советский патент 1978 года по МПК H02K9/16 

(54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА СО СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ОБМОТКОЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электрическим машинам со сверхпроводящими обмотками.

Известна электрическая машина, содержащая полый цилиндр ротора, закрытый на концах, сверхпроводящую обмотку и ряд коаксиальных цилиндров ротора 1.- В таких машинах возникают трудности обеспечения достаточной жесткости ротора и исключения механических усилий, возникающих в роторе от температурных деформаций.

Известна также электрическая мащина со сверхпроводящей обмоткой возбуждения, содержащая закрытый на концах полый цилиндр ротора, внутри которого коаксиально размещены по крайней мере один демпфирующий цилиндр, тепловой экран, опорный и внутренний цилиндры, между которыми закреплена сверхпроводящая обмотка 2.

При таком выполнении электрической мащины трудно обеспечить надежное восприятие больших усилий и моментов, возникающих при внезапном коротком замыкании. При этом места соединения цилиндров ротора ненадежны из-за возникающих при охлаждении больших термических относительных удлинений и создаются трудности для создания достаточной термоизоляции сверхпроводящей обмотки возбуждения.

С целью устранения указанных недостатков и повышения механической прочности при снижении теплопритока к обмотке возбуждения каждая пара из соседни.х цилиндров - полого, демпфирующего и опорного - соединена между собой по кольцевым аксиально смещенным один относительно другого выступам, причем одни из соединений выполнены неподвижными, а другие - с возможностью перемещения цилиндров один относительно другого.

При этом на части каждого из указанных кольцевых выступов соединение может быть выполнено по горячей посадке, а на другой части - посредством зубчатого зацепления, а опорный и внутренний цилиндры соединены между собой по торцам посредством кольцевых крышек, имеющих на торцах зубцы, размещенные в пазах, выполненных по торцам указанных цилиндров. Электрическая машина может быть снабжена дополнительными эластичными крыщками, герметично закрепленными по торцам опорного цилиндра.

На фиг. 1 схематично изображена активная часть ротора турбогенератора со сверхпроводящей обмоткой возбуждения, продольный разрез; на фиг. 2 - соединение коаксиальных цилиндров ротора на фиг. 1 (увеличено); на фиг; 3 - подвижное соединение между отдельными цилиидрами, нродольиый разрез; на фиг. 4 - то же, поперечный разрез по.Л-.Л на фиг. 3; на фиг. 5 - неподвижное соединение ци.а.индров, продольный разрез; на фиг. 6 и 7 - крепление обмотки ири неподвижном состоянии ротора и в условиях работы соответственно.

В электрической машине (фиг. 1) корпчс ротора выполнен в-виде полого цилиндра I,. Конец 2 цилиндра со стороны турбины закрыт наглу.хо, а конец 3 со стороны возбудителя вакуум но плотно соединен с валом возбудителя при иомоши муфты (на фиг. 1 не изображена). Внутреннее пространство 4 цилиндра вакуумировано, в нем размещены три концентрично расположенные на расстоянии один от другого промежуточных цилиндра 5, 6 и 7, через которые опорный для сверхпроводящей обмотки возбуждения цилиндр 8 эластично связан с наружным иолым шЛиндром 1 ротора. Средний цилнндр 6 конструктивно связан с выполненной также в виде цилиндра 9 д,емпфирующей обмоткой. Сверхпроводящая обмотка возбуждения 10 помещена на внутренней стороне опорного цилиндра 8, причем предусмотрен еще один внутренняй цилиндр 11, радиально ограничивающий с внутренней стороны пространство для сверхпроводящей обмотки. Для того чтобы внутренний цилиндр 11 мог одновременно воспринимать усилия, создаваемые об.моткой, и служить для ее крепления оба цилиндра 8 и 11 соедине-нь между собой по торцам при помощи кольцевых крыщек 12, имеющих по торца.м зубцы, размещенные в пазах, выполненных по торцам цилиндров 8 и 11.

Таким образом, создается закрытая камера 13 для обмотки 10, отделенная от вакуумированной камеры 4.

На фиг. 2 приведено крепление коаксиальных цилиндров ротора между собой, при этом для наглядности показаны только два из промежуточных цилиндров 5 и 6, помещенные между полым цилиндром 1 и опорным цилиндром 8. При этом цилиндр 5 скомпонован совместно с демпфирующим цилиндром 9. Демпфирующий цилиндр 9 и наружный промежуточный цилиндр 5 образуют тепловой экран 14, охлаждае.мый до 70° К хладагентом через охлаждающие каналы 15 и штуцеры 16. Для герметизации внутреннего пространства, образованного опорным цили41дром 8, по торцам цилиндра 8 герметично з,реплены дополнительные эластичные крыШКи 17. Каждая пара из соседних цилиндров 8-6; 6-5 и 5-1 соединена между собой по кольцевым аксиально смещенным друг относигельно друга выступам 18 и 19. При этом соединения 18 выполнены подвижными, а соединения 19 неподвижными. Так, например, согласно фиг. 2 цилиндры 1 и 5 соединены в средней зоне их длины, цилиндры 5 и, 6 соединены по краям, а цилиндры 6 и 8 - в средней зоне.

Подвижные соединения выполнены так, как показано на фиг. 3. На части 20 выступа 18 соединение выполнено но горячей посадке, а на другой части 21 посредством зубчатого зацепления, изображенного на фиг. 4. В общем случае такого рода соединения посредством горячей посадки и зубчатого зацепления могут допускать компенсацию удлинения цилиндров, вызываемого разницей температур, причем, в случае необходимости скользящие поверхности горячей посадки можно предохранить от износа, например плакированием.

Неподвижные соединения могут быть выполнены, например, как показано на фиг. 5. На

0 выступе 19 выполняется паз 22, в который заходит выступ 23 сопрягаемого цилиндра.

Благодаря такой конструкции соединения цилиндров ротора тепловой поток проходит от нагреваемого при работе полого цилиндра ротора 1 (330° К) через относительно узкие места

5 соединения 18 и 19 в тепловой экран 14, который принудительно охлаждается до температуры порядка 70° К, и далее через аксиально смещенные друг относительно друга места соединения к цилиндрам 6 и 8 и к сверхпроводящей обмотке возбуждения. Путем размещения -:между полым 1 и опорным 8 цилиндрами трех и более коаксиальных цилиндров путь теплового потока к обмотке удлиняется и обеспечивается еще более действенное тепловое экранирование. Система крепления обмотки возбуждения

5 через промежуточные цилиндры ротора обеспечивает компенсацию деформаций отдельных элементов ротора при охлаждении до рабочих температур. Это поясняется фиг. 6 и 7.

Так как опорный цилиндр 8 при неохлажденной обмотке сильнее всего удлиняется в

° сравнении с глубоким охлаждением при рабо-, чем состоянии, то промежуточные цилиндры деформируются, как показано на фиг. 6. В-рабочем состоянии, показанном на фиг. 7, несущий цилиндр 8 о.хлаждается до 4, 5° К и поэтому сжимается так, что промежуточные цилиндры 5 и 6 занимают свое нормальное положение и подвергаются наименьшим напряжениям во время работы.

Формула изобретения

пара из соседних цилиндров - полого, демпфирующего и опорного - соединена между собой по кольцевым аксиально смещенным один относительно другого выступам, причем одни из соединений выполнены неподвижными, а другие- с возможностью аксиального перемещения цилиндров один относительно, другого.

зацепления. 3. Машина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что опорный и внутренний цилиндры соединены между собой по торцам посредством кольцевых крышек, имеющих на торцах зубцы, размецхенные в пазах, выполненных по торцам указанных цилиндров. 4. Машина ио пп. 1-3, отличающаяся IQ, что она снабжена дополнительными эластичными крышками, герметично закрепленными по торцам опорного цилиндра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Патент Швейцарии ° 516250, кл. Н 02 К 9/10, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР Лг 262240, кл. Н 02 к 9/16, 1968.

19 5 6 1 18 / / / //

У///////////я/

А - А

13

18

/

jL