РОТОР КРИОГЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Советский патент 1996 года по МПК H02K9/197 H01L39/02 

Изобретение относится к области электротехники, к разделу роторов криогенных электрических машин, имеющих сверхпроводящую или гиперпроводниковую вращающуюся обмотку возбуждения, преимущественно к генераторам различной мощности.

Известен ротор криогенной электрической машины с глубоким охлаждением, имеющим токовводы и элементы с каналами охлаждения, в том числе и тепловой экран, в каналах одного из которых расположены токовводы.

Известен также ротор криогенной электрической машины с глубоким охлаждением обмотки возбуждения, содержащий корпус, в котором размещена обмотка возбуждения, механическую подвеску с каналами охлаждения, соединяющую корпус обмотки с валом, тепловой экран с каналами охлаждения и токовводы.

Однако во всех известных конструкциях роторов криогенных электрических машин обратный поток хладагента, использованного для термостатирования обмотки магнитной системы возбуждения, поступает на охлаждение всех или выборочно-механической подвески, тепловых экранов и токовводов, представляющих раздельные конструктивные узлы ротора.

При таком конструктивном исполнении роторов возникает необходимость многократного разветвления обратного потока хладагента, что приводит к появлению большого числа каналов, имеющих неравнозначные гидравлические характеристики, в значительной мере влияющие на процессы теплообмена в охлаждаемых элементах. При этом возникает неравномерное распределение температурного поля, что также приводит к увеличению расхода хладагента, поступающего на термостатирование обмотки и охлаждение конструкционных элементов ротора, Кроме того, расположение механической подвески, передающей вращающий момент, с торцов магнитной системы возбуждения приводит к увеличению осевых размеров ротора.

Целью изобретения является улучшение весогабаритных характеристик ротора при одновременном повышении надежности и эффективности.

Цель достигается тем, что тепловой экран соединен с корпусом обмотки в центральной по длине его части и служит механической подвеской, а полость корпуса обмотки выполнена сообщающейся с каналами теплового экрана через каналы в месте соединения теплового экрана с корпусом обмотки, причем токовводы размещены в каналах теплового экрана.

На чертеже изображен ротор криогенной электрической машины с сечением по длине.

Ротор имеет наружную оболочку 1, являющуюся одновременно и герметизирующим корпусом криостата, полувалы 2 и 3, расположенную в корпусе 4 сверхпроводящую или гиперпроводниковую обмотку 5, термостатируемую при криогенных температурах, тепловой экран 6, выполняющий роль механической подвески и предназначенный для передачи вращающего момента от полувалов 2 и 3 к корпусу 4 и для защиты данной системы от теплопритока за счет излучения от оболочки 1 ротора. Обратный поток хладагента, подаваемого на термостатирование обмотки 5 по центральному вводу 7, поступает в тепловой экран 6 в центральной по длине части ротора через отверстия в элементах 8 крепления корпуса с тепловым экраном 6, причем эти элементы 8 могут иметь сплошное, или периодическое по окружности сечение. Токовводы 9 и 10 размещены в каналах охлаждения 11 теплового экрана 6. Проходя через каналы охлаждения 11 теплового экрана 6, хладагент одновременно охлаждает и токовводы 9 и 10, также выведенные через элементы 8 крепления.

Отработанный хладагент отводится из ротора через выводные трубы 12 и 13, в которых также уложены токовводы 9 и 10. В торцовых частях ротора по обе стороны от корпуса 4 установлены тепловые экраны 14 и 15, имеющие механический контакт с тепловым экраном 6, который может быть осуществлен, например, посредством болтового соединения, сварки или пайки.

Таким образом, в данной конструкции роль механической подвески выполняет тепловой экран, и обратный поток хладагента, использованного для термостатирования обмотки магнитной системы возбуждения, выходя из корпуса магнитной системы через отверстия в элементах крепления теплового экрана к корпусу магнитной системы, распределяется на два разнозначных потока в каналах охлаждения теплового экрана, охлаждая при этом и токовводы, уложенные в этих же каналах. Поскольку упомянутые каналы полностью симметричны относительно друг друга, то обеспечивается и равнозначность гидравлических характеристик обоих потоков хладагента.

Такое конструктивное исполнение механической подвески позволяет существенно уменьшить осевые размеры роторов криогенных электрических машин при остающихся практически без изменения радиальных, так как толщина стенки теплового экрана, имеющего каналы для охлаждения, рассчитанная из условий устойчивости цилиндра, достаточна для механической прочности теплового экрана при использовании его в качестве механической подвески, передающей вращающий момент.

Такое конструктивное исполнение ротора позволяет значительно упростить его, снизить трудоемкость изготовления и существенно повысить надежность его работы при одновременном уменьшении осевых размеров, соответственно веса и улучшении его теплофизических характеристик.

1. Ротор криогенной электрической машины с глубоким охлаждением обмотки возбуждения, содержащий корпус, в котором размещена обмотка возбуждения, механическую подвеску с каналами охлаждения, соединяющую корпус обмотки с валом, тепловой экран с каналами охлаждения и токовводы, отличающийся тем, что, с целью улучшения весогабаритных характеристик ротора при одновременном повышении надежности и эффективности, тепловой экран соединен с корпусом обмотки в центральной по длине его части и служит механической подвеской, а полость корпуса обмотки выполнена сообщающейся с каналами теплового экрана через каналы в месте соединения теплового экрана с корпусом обмотки.

2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что токовводы размещены в каналах теплового экрана.

1. Ротор криогенной электрической машины с глубоким охлаждением обмотки возбуждения, содержащий корпус, в котором размещена обмотка возбуждения, механическую подвеску с каналами охлаждения, соединяющую корпус обмотки с валом, тепловой экран с каналами охлаждения и токовводы, отличающийся тем, что, с целью улучшения весогабаритных характеристик ротора при одновременном повышении надежности и эффективности, тепловой экран соединен с корпусом обмотки в центральной по длине его части и служит механической подвеской, а полость корпуса обмотки выполнена сообщающейся с каналами теплового экрана через каналы в месте соединения теплового экрана с корпусом обмотки. 2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что токовводы размещены в каналах теплового экрана.