Электрическая машина с криогенным охлаждением Советский патент 1978 года по МПК H02K9/197 H01L39/04 

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в мощных электрических машинах - электродвигателях и генераторах с криогенным охлаждением. Известна электрическая машина, в которой охлаждение вала осуществл ется хладагенте, циркулирующим по спиральной трубе внутри , что обеспечивает лучший тепловой контакт между валом и хладагентом l. Однако и в этом случае задача охлаждения вала машины решается недостаточно эффективно. Хладагент цир кулирует не непосредственно в теле вала, а в специальной трубе, отделенной от вала значительным тепловым сопротивлением, Б результате теплоприток к ротору по валу, хотя и уменьшается, но все же остается значительным, Известна электрическая машина с криогенным охлаждением, в которой вал вьтолнен из нескольких механически связанных коаксиальных элементов , сопряженных между собой многозаходной резьбой, В зоне резьбового соединения частей вала образуются полости, по КОТОрЬМ в противоток OCHOBHCHxiy тепловому потоку циркулиру-. Гет хладагент, иМегощий в данном случае непосредственный тепловой контакт с телом вала на значительной поверхности теплообмена, образованной сопрягающимися поверхностями многозаходной резьбы 2 . Однако для такой машины характерна недостаточная интенсивность охлаждения концов вала, обусловленная трудностями переметцения газа по каналам для циркуляции хладагента. Каналы, образованные резьбовьм соединением, имейт малую площадь проходного сечения, что приводит к потерям энергии хладагента при прохождении каналов, Целью изобретения является повышение интенсивности охлаждения электрической машины путем снижения теплопритока по валу и токоподводящим шинам. Это достигается тем, что указанные элементы выполнены с расположенными в зубцах резьбы со стороны упомянутых полостей пазами, в которых размещены токоподводящие шины, причем многозаходная резьба с обоих концов вала имеет противоположное направление и упомянутые полости с обоих концов вала расположены по противоположно направленным поверхностям профиля резьбы.

На фиг. 1 схематически изображена электрическая машина с криогенным «охлаждением, обший вид; на фиг. 2 и 3 - участки вала с полостями для циркуляции хладагента с различными вариантами расположения токоподводящих шин.

Электрическая машина содержит полый ротор 1 со сверхпроводящей обмоткой, вал 2 которого опирае.тся на подшипники 3, размещенные в торцовых щитах 4 герметичного корпуса 5, на внутренней поверхности которого закреплена статорная обмотка 6, В пространстве между ротором 1 и корпусом 5 поддерживается вакуум Который является теплоизоляцией ротора 1. Для поддержания вакуума в торцовых щитах 4 расположены вращающиеся ваку -мные уплотнения 7. Полый ротор состоит из немагнитного цилиндра 8, внутри которого закреплена обмотка 9 возбуждения. Обмотка 9 охлаждается до сверхпроводящего состояния с помощью хладагента 10. Хладагент 10 к обмотке 9 возбуждения подводится по вакуумноизолированному трубопроводу 11. который проходит по осевому каналу 12 вала 2, Для отвода хладагента 10 от обмотки 9 в роторе 1 имеются две камеры 13. Конуы вала 2 ротора 1 выполнены в виде двух коаксиальных труб 14, 15, соединенных с помощью резьбы, зазоры которой являотся полостями 16 для отвода хладагента 10, сообгцающимися с камерами 13, Отработанный хладагент собираегся в газосборнике 17, откуда выводится из машины. Резьба на различных концах вала 2 имеет противополоч ное направление нарезки, направление нарезки заяисит от напра ления движения таза направление движения хладагента должно совпадать с направлением нарезки. Для питания обмотки 9 возбуждения служат токоподводящие шины 18, Для снятия теплпритоков они расположены в полостях 16 для отвода хладагента 10, для этого в профиле резьбы выполнены пазы 19,

При работе электрической машины хладагент 10 подводится к сверхпроводящей обмотке 9 возбуждения по трубопроводу 11, Тепло, проникающее в псутость 1, испаряет хладагент, образовавшиеся пары попадают в камеру 13, затем по полостям 16 для отвода хладагента 10 отводятся из полости ротора 1, одновременно охлаждают оба конца вала 2 ротора 1 и токоподводящие шины 18, расположенные в пазах 19,

и выходят в газосборники 17,

Рлагодаря расположению токоподводящих шин в полостях вала для циркуляции хладагента, образованных многозаходной резьбой, выполнению

многозаходной резьбы на разных концах вала с противоположный направлением нарезки и расположению полостей вала для циркуляции хладагента с обоих концав вала по противоположно

направленным боковым поверхностям профиля резьбы снижаются внешние теплопритоки к электрической машине по валу и токоподводящим шинам, что в итоге снижает расход дорогостоящего хладагента - жидкого гелия.

Формула изобретения

гЭлектрическая машина с криогенным

охлаждением, содержащая ротор со сверхпроводящей обмоткой, вал с концами, выполненными из нескольких цилиндрических элементов, сопряженных между собой по поверхностям многозаходной резьбы неполного профиля с образованием полостей для циркуляции хладагента, и токоподводящие шины, расположенные на валу, о т л и ч а-, ю щ а я с я тем, что, с целью по5 вншенияинтенсивности охлаждения путем снижения теплопритока по валу и токоподводящим шинам, указанные элементы выполнены с расположенными в зубцах резьбы со стороны упомянутых

0 полостей пазами, в которых ра.змещены токоподводящие шины, причем многозаходная резьба с обоих концов вала имеет противоположное направление и упомянутые полости с обоих

5 концов вала расположены по противоположно направленным боковым поверхностям профиля резьбы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

01. Патент США № 3722940, кл. 31052, 1973.

2. Заявка 1972944/24-07, кл. Н 02 К 9/16, 1973, по к рторой принято решение о вьщаче авторского

1 свидетельства.

$

t.g

I t 18 9 16

Фиг.З