РОТОР КРИОГЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Советский патент 1994 года по МПК H02K9/197 H01L39/02 

Изобретение относится к ротору криогенной электрической машины, имеющему сверхпроводящую обмотку.

Известен ротор криогенной электрической машины, содержащий сверхпроводящую обмотку, силовую трубу, внешнюю оболочку и полуоси, в котором в качестве компенсатора тепловых деформаций служит гибкий элемент (термокомпенсатор), являющийся составной частью оболочки (1).

У оболочки, снабженной термокомпенсатором, неизбежно снижается жесткость. Кроме того, наличие в роторе легко деформируемой оболочки приводит к возникновению относительных колебаний, что снижает его надежность.

Известен также ротор криогенной электрической машины, где роль компенсатора тепловых деформаций в осевом направлении выполняет сильфон.

Известный ротор криогенной электрической машины с сильфонным компенсатором тепловых деформаций обладает существенным недостатком. Применение сильфона в качестве компенсатора неизбежно приводит к увеличению массогабаритных показателей.

Выполнение вакуумноплотных соединений сильфона с сопрягаемыми деталями представляет значительную технологическую сложность, и в процессе эксплуатации в динамических условиях эти соединения имеют низкую надежность.

При значительных контактируемых поверхностях внешней оболочки с силовой трубой, при относительном их перемещении, возможно заклинивание в месте контакта и нарушение нормальной работы ротора.

Консольное крепление внешней оболочки приводит к снижению ее жесткости и соответственно к повышению вибраций ротора.

Целью изобретения является увеличение надежности ротора и уменьшение его массогабаритных показателей.

Цель достигается тем, что в роторе, содержащем сверхпроводящую обмотку, силовую трубу, компенсатор тепловых деформаций, внешнюю оболочку и полуоси, компенсатор тепловых деформаций выполнен в виде мембраны, наружная поверхность которой герметично соединена с внешней оболочкой, а внутренняя - с подвижной полуосью, диска, расположенного со стороны внутренней торцовой поверхности мембраны между внешней оболочкой и подвижной полуосью и прикрепленного к последней, и кулачков, расположенных в пазах диска на его внешней поверхности.

На фиг. 1 изображен общий вид ротора криогенной электрической машины; на фиг. 2 - компенсатор тепловых деформаций ротора.

Ротор состоит из сверхпроводящей обмотки 1, силовой трубы 2, подвижной полуоси 3, неподвижной полуоси 4, внешней оболочки 5 и компенсатора тепловых деформаций 6.

Полуоси 3 и 4 жестко соединены с силовой трубой 2. Внешняя оболочка 5 одним торцом жестко соединена с полуосью 4, а другой ее торец имеет возможность перемещения относительно подвижной полуоси 3 в осевом направлении. Объем 7, ограниченный силовой трубой 2, внешней оболочкой 5, торцом полуоси 4, компенсатором тепловых деформаций 6 совместно с торцом фланца полуоси 3 имеет вакуум, необходимый по условию работы ротора.

Компенсатор тепловых деформаций 6 состоит из мембраны 8, которая соединена вакуумно-плотным швом наружной поверхностью А с внешней оболочкой 5, а внутренней поверхностью Б - с подвижной полуосью 3. Мембрана 8 на боковой поверхности имеет концентрические зиги, необходимые для придания ей определенных пружинящих свойств в радиальном направлении, которые могут служить компенсаторами в радиальном направлении при возможной несоосности внешней оболочки с осью ротора при сборке.

К подвижной полуоси 3 прикреплен винтами 9 диск 10. На наружной поверхности диска по его периметру расположены пазы 11, в которых размещены кулачки 12, имеющие сферическую поверхность в месте контакта их с внешней оболочкой 5. Количество кулачков выбирается конструктивно, на криотурбогенераторе 200 кВт, например, установлено восемь кулачков.

Между диском 10 и внешней оболочкой 5 в радиальном направлении имеется зазор, необходимый для предотвращения контакта диска 10 с внешней оболочкой 5. Этот зазор выбирается при сборке кулачками 12, посредством прижатия их болтами 13. Болты 13 законтрены любым известным способом, например проволокой 14. Головки болтов 13 расположены в пазах 15 диска 10 и сообщают вакуумный объем 7 с промежутком, ограниченным мембраной 8 и диском 10.

Устройство работает следующим образом.

При термостатировании сверхпроводящей обмотки 1 при вращении ротора имеется температурный перепад по длине ротора от 4,2 К в силовой трубе 2 до 300 К - в полуосях 3, 4 и диске 10, при этом силовая труба 2 совместно с подвижной полуосью 3 и диском 10 перемещается за счет изменившихся их температур в осевом направлении. Внешняя оболочка 5 отделена от низкотемпературной силовой трубы 2 вакуумным объемом и практически имеет постоянную температуру 300 К и постоянный линейный размер.

Мембрана 8 под действием атмосферного давления внутренней торцовой поверхностью В прижата к диску 10, который ограничивает ее осевое перемещение и предохраняет от разрушения.

Наружная поверхность А мембраны 8 при термостатировании практически не меняет своего положения, а внутренняя поверхность Б перемещается в осевом направлении совместно с подвижной полуосью 3.

Так как при термостатировании обмотки температура внешней оболочки 5, диска 10 и подвижной полуоси 3 одинаковы, равные 300 К, то практически сохраняется постоянный контакт кулачков 12 с наружной оболочкой 5, при этом кулачки 12 совместно с диском 10 и подвижной полуосью 3 перемещаются без зазора относительно внешней оболочки 5.

Изобретение позволяет уменьшить массогабаритные показатели ротора за счет уменьшения его длины - заменой сильфона на мембрану.

Сварные швы мембраны, изготовленной из листовой стали, с сопрягаемыми деталями по сравнению со сварными швами тонкостенного сильфона более качественны и надежны.

Исключается возможное заклинивание внешней оболочки в месте ее контакта с сопрягаемой деталью при их относительном перемещении за свет введения кулачков со сферической поверхностью.

Увеличивается жесткость внешней оболочки изменением ее консольного крепления путем введения дополнительной опоры - кулачков, что позволяет снизить вибрации ротора на 50% .

Это увеличивает надежность ротора и соответственно срок его службы. (56) Патент США N 3.891.875, 310-40, 1975.

Патент СССР N 563129, кл. Н 02 К 9/16, 1973.

РОТОР КРИОГЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ со сверхпроводящей обмоткой, содержащий силовую трубу, внешнюю оболочку, полуось и компенсатор тепловых деформаций с гибким элементом, наружная поверхность которого герметично соединена с внешней оболочкой, а внутренняя - с возможностью осевого перемещения - с полуосью, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и уменьшения массогабаритных показателей, гибкий элемент компенсатора тепловых деформаций выполнен в виде мембраны, и компенсатор снабжен прикрепленным к полуоси диском с пазами на внешней поверхности, расположенным со стороны внутренней торцовой поверхности мембраны между внешней оболочкой и полуосью, выполненной подвижной, и кулачками, расположенными в пазах диска.