Электрическая машина Советский патент 1979 года по МПК H02K9/197 H01L39/02 

Изобретение относится к электри- , ческим машинам, содержащим сверхпроводящие или гиперпроводниковые обмот ки, преимущественно к гидрогенераторам. . Известна электрическая машина, в которой сверхпроводящая обмотка возбуждения расположена во вращающемся роторе, внутрь которого через вращаю щийся узел ввода подается хладоагент { . При таком исполнении снятие тока нагрузки якорной обмотки .производится через неподвижные соединения, но при том усложняется конструкция кри остата, что обуславливается наличием вращающегося узла ввода и вывода хла доагента, вращением криогенных жидкостей в роторе, передачей большого вращающегося момента по элементам криостата, необходимостью сохранить высокий вакуум в полостях вращакяцего ся . криостата и другими специфическими требованиями, Наиболее близкой по технической сущности к предложенному изобретению является электрическая машина с крио генным охлаждением обмотки возбуждеWия содержащая ротор с вертикальной осью вращения, на котором размещена помянутая обмотка возбуждения, неодвижный криостат с хладоагентом, в котором установлен ротор с валом, тепловой мост, соединяющий охлаждаемую зону с наружной зоной криостата, и герметичное вращающееся уплотнение, установленное на валу ротора, причем криостат выполнен в виде двух секций, в нижней из которых, заполненной жидкнм хладоагентом, размещен нижний конец вала 2 . Известная конструкция имеет недостаточную надежность, вызванную тем, что вращающаяся обмотка расположена в жидком «ладоагенте, обмотка-недостаточно защищена от теплопритоков по верхнему концу вала, а также тем, что уплотнение расположено внутри криостата. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности. Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая электрическая машина снабжена теплообменником, например, в виде дисков, закрепленным на верхнем конце вала, верхняя секция криостата заполнена парами хладоагента и. в ней расположена упомянутая oj лаждающая обмотка, тепловой мост выполнен в виде тонкостенного полого цилиндра, размещенного на валу между теплообменником и наружной зоной криoctaTa, а уплотнение расположено в наружной зоне криостата Сущность изобретения поясняется чертежом. Машина имеет ротор 1 со сверхпроводящей или гиперпроводниковой обмоткой, имеющей тепловой контакт с нил5ним свободным концом вала 2, Ротор помещен в неподвижный криостат 3,эаливаемый криогенной жидкостьюа4о На верхнем приводном конце вала 5 установлены теплообм.энник 6 и тепловой мост 7, Пары лсидкости 4 выходят через патрубок 8. Снаружи криостата 3 установлен статор 9 Криостат 3 имеет оболочки 10 из неметаллического материала. Внутренний объем криостата 3 с криогенной жидкостью 4 окружен дополнительной емкостью с промежуточной криогенной жидкостью 11, Подачу и отвод криогенной жидкости 11 осуществляют через патрубки 12 и 13, Подачу криогенной жидкости 4 осуществляют через патрубок 14. В крышке 15 криостата выполнено уплотнение 16 верхнего приводного ко да- вала 5 и мажет быть установлен подшипник 17, Вне криостата 3 на ва лу 5 соединяемом с приводом 18 установлены контактные кольца 19, На кор пусе криостата 3 установлен патрубок 20 для обеспечения откачки вакуумиру мых полостей криостата 3 Охлаждение обмотки ротора 1 осуществлено за счет теплопроводности по валу 2 от обмотки к криогенной жи кости 4, Дл обеспечения минимального перепада температуры по валу 2 он выполнен с минимсшьным тепловым сопротивлением и имеет надежный тепловой контакт с охлаждаемой обмоткой, Пары криогенной жидкости 4 охлаждают верхний конец вала 5, проходя через теплообменник б, выполненный, например в виде дисков, поочередно закреп ленных на валу 6 и стенке 10 криоста та 3, Для уменьшения теплопритока по валу 5 служит тепловой мост 7, выпол ненный, например, в виде пустотелого цилиндра с тонкими стенками. Для пре дотвращения утечки паров криогенной жидкости 4 из криостата в крьиике 15 криостата установлено уплотнение 16, которЬе работает практически при тем пературе окружающей среды. Для предо вращения нагрева стенок 10 криостата 3 за счет вихревых токов, они выполненн из неметаллических материалов Поскольку криостат неподвижен, то возможна постоянная откачка вакуумных полостей криостата. во время ра ботымашины. Для уменьшения теплопри токов к криогенной жидкости 4, она окружена сосудом, заполненным вспомо гательной криогенной жидкостью 11, ЯМеквдей например более высокую темпе ратуру кипения, чем жидкость 4, Статор 9 машины может быть как обычного исполнения с обмоткой, на- пример, из меди, так и с криогенным охлаждением и обмотками из сверхпроводящих или гиперпроводниковых материалов. В последнем случае он заключается в криостат, который может быть выполнен совместно с криостатом 3, TakaH конструкция криогенной электрической машины с вертикально расположенной осью вращения и обмоткой возбуждения, расположенной на роторе, позволяет отказаться от вращающихся узлов ввода, ротора и вывода из него хладоагента для охлаждения обмотки .-. максимально упростить конструкцию криостата с обеспечением возможности поддержания постоянного высокого вакуума в вакуумных полостях криостата во время работы машины и разгрузив механически криостат, обеспечив минимальный теплоприток внутрь криостата за счет теплопроводности по его. стенкам и элементам крепления и обес,печить работу уплотнения при температуре окружающей среды. Формула изобретения Электрическая машина с криогенным охлаждением обмотки возбуждения, содержащая ротор с вертикальной осью вращения, на. котором размещена упомянутая обмотка возбуждения, неподвижный криостат с хладоагентом, в котором установлен ротор с валом, тепловой мост, соединяющий охлаждаемую зону с наружной зоной криостата, и герметичное вращающееся уплотнение, установленное на валу ротора, причем криостат выполнен в виде двух секций, в нижней из которых, заполненной жидким хладоагентом, размещен нижний конец вала, отличающая ся тем, что, с целью повышения надежности, она снабжена теплообменником, например, в виде дисков, закрепленным на верхнем конце вала, верхняя из упомянутых секций криоста а заполнена парами хладоагента ив ней расположена указанная охлаждаемая обмотка, тепловой мост выполнен в виде тонкостенного полого цилиндра, размещенного на валу между теплообменником и Наружной зоной криостата, а упомяну--; тое уплотнение расположено в наружнс)й зоне криостата. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Ворзов Г,Г. и др. Проблемы создания турбогенераторов большой мощности со сверхпроводящими Обмотками возбуждения, М., Энергетика И транспорт . Известия АН СССР, № 4,, 1972, с. 25. 2/Патент США № 3940643, ; кл. Н 02 К 9/00, 310-52, 1976.

IS

20 10

ia