РОТОР КРИОГЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Советский патент 1994 года по МПК H01L39/14 

Изобретение относится к криогенным электрическим машинам, в частности к роторам этих машин, имеющим сверхпроводящую обмотку.

Известен ротор криогенной электрической машины, содержащий сверхпроводящую обмотку, заключенную в низкотемпературную полость, две тепловые подвески, тепловой экран и полуоси, в котором каждая из двух тепловых подвесок выполнена в виде трубы, одна часть которой по длине охватывает сверхпроводящую обмотку, а вторая часть расположена за торцом ее, при этом между внутренним диаметром тепловой подвески, наружным диаметром обмотки, торцом обмотки и внутренним торцом полуоси образована полость, в которую вставлена вакуумная заглушка.

Тепловой экран выполнен в виде целиковой трубы, концы которой жестко закреплены на подвесках.

В указанном роторе размещение вакуумной заглушки между внутренним диаметром тепловой подвески и наружным диаметром обмотки приводит к увеличению внешнего диаметра ротора и, в свою очередь - к увеличению весогабаритных показателей машины.

Выполнение экрана в виде целиковой трубы, концы которой жестко закреплены на подвесках, приводит к дополнительным механическим напряжениям в нем и в подвесках за счет их различных рабочих температур и коэффициентов линейных расширений материалов.

Известен также ротор криогенной электрической машины, конструкция которого выбрана за прототип, содержащий сверхпроводящую обмотку, заключенную в низкотемпературную полость, две тепловые подвески, тепловой экран и полуоси. В данной конструкции ротора низкотемпературная полость выполнена в виде цилиндра, образованного трубой и двумя боковинами, а каждая из двух подвесок является продолжением длины вышеуказанной трубы в обе стороны от низкотемпературной полости, при этом одна из подвесок прикреплена к полуоси, а друга - к опорной стойке, которая связана с другой полуосью.

Тепловой экран выполнен в виде целиковой трубы, концы которой жестко закреплены на подвесках.

В таком роторе длина тепловых подвесок является составной частью общей длины ротора и составляет существенную часть этой длины (до 50% - без полуосей).

Выполнение экрана в виде целиковой трубы, концы которой жестко закреплены на подвесках, приводит, как и в аналоге, к дополнительным механическим напряжениям в нем и в подвесках за счет их различных рабочих температурах и коэффициентов линейных расширений.

Целью изобретения является уменьшение весогабаритных показателей ротора и снижение теплопритока к низкотемпературной полости.

Цель достигается тем, что в известном роторе, содержащем сверхпроводящую обмотку, заключенную в низкотемпературную полость, две тепловые подвески, тепловой экран и полуоси, низкотемпературная полость выполнена в виде полого цилиндрического кольца, снабженного выступом на внутренней поверхности, каждая тепловая подвеска выполнена из двух труб, жестко соединенных между собой скрепляющим элементом, который может быть выполнен в форме диска, при этом одна из труб выполнена охватываемой упомянутым кольцом и жестко прикреплена к его выступу, а другая труба расположена вне кольца со стороны его торца и жестко связана с полуосью вторым скрепляющим элементом, который может быть выполнен в виде диска, тепловой экран выполнен из двух продольных труб, каждая из которых жестко связана с тепловой подвеской и имеет каналы для прохода хладагента.

На чертеже изображен общий вид ротора криогенной электрической машины (продольное сечение).

Ротор содержит сверхпроводящую обмотку 1, расположенную в низкотемпературной полости 2, образованной внешней трубой 3, двумя боковинами 4 и внутренней трубой 5 с выступом 6, имеющим отверстие 7 и каналы выхода хладагента 8, две тепловые подвески 9, каждая из которых состоит из двух труб: трубы 10 с каналом 11 и трубы 12 с каналом 13, двух скрепляющих элементов: элемента 14 с каналом 15 и элемента 16 с каналом 17, тепловой экран 18, состоящий из двух труб с каналами подвода хладагента 19 и каналом выхода хладагента 20, две полуоси 21, внешнюю оболочку 22, трубку подачи хладагента 23, две трубки выхода хладагента 24, два радиационных экрана 25 и вакуумную полость 26, образованную внешней оболочкой 22 и полуосями 21. Трубы 10 и 12 и скрепляющие элементы 14 и 16 жестко связаны между собой и совместно образуют тепловую подвеску 9, которая жестко связана с выступом 6 и полуосью 21.

Скрепляющие элементы 14 и 16 могут быть выполнены, например, в виде диска, обода со спицами. В конкретном устройстве скрепляющие элементы выполнены в виде диска.

Каждая из двух труб теплового экрана 18 жестко связана своим торцом с торцом трубы 12 тепловой подвески 9.

Экран может быть выполнен из материала с высокой теплопроводностью без каналов. Внешняя труба 3, две боковины 4 и внутренняя труба 5, совместно образующие низкотемпературную полость 2, жестко соединены между собой, например, вакуумноплотным швом.

Радиационный экран 25, предназначенный для снижения теплопритока, соединен с тепловой подвеской 9 любым известным способом, обеспечивающим надежный тепловой контакт.

При криостатировании сверхпроводящей обмотки 1 хладагент подается по трубке 23, установленной в отверстие 7, в низкотемпературную полость 2 для охлаждения обмотки. Отработанный хладагент из полости 2 поступает двумя параллельными потоками в каналы 8 и последовательно проходит по каналам 11 трубы 10, каналам 15 диска 14, каналам 19, затем каналам 20 теплового экрана 18, каналам 13 трубы 12, каналам 17 диска 16 и по трубке выхода хладагента 24 выводится в газгольдер.

Изобретение позволяет уменьшить весогабаритные показатели ротора за счет выполнения тепловой подвески, часть длины которой охватывается низкотемпературной полостью. В таком выполнении ротор обеспечивает возможность увеличить длину подвески по сравнению с прототипом в 1,5-2 раза, а длину ротора (исключая полуоси) - уменьшить на 10-15% и соответственно снизить теплопритоки к низкотемпературной полости и уменьшить расход хладагента по сравнению с известным ротором, например, для ротора криомашины мощностью 2000 кВт с заявленным устройством потребуется на 12% меньше хладагента по сравнению с прототипом.

Выполнение теплового экрана охлаждаемым и состоящим по длине из двух труб позволяет снизить теплопритоки к низкотемпературной полости и обеспечивает тепловую компенсацию без введения в его конструкцию термокомпенсатора. (56) Авторское свидетельство СССР N 542305, кл. Н 01 L 39/04, 1975.

1. РОТОР КРИОГЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий сверхпроводящую обмотку, заключенную в низкотемпературную полость, две тепловые подвески, тепловой экран и полуоси, отличающийся тем, что, с целью уменьшения весогабаритных показателей и снижения теплопритока к низкотемпературной полости, она выполнена в виде полого цилиндрического кольца, снабженного выступом на внутренней поверхности, каждая тепловая подвеска выполнена из двух труб, жестко соединенных между собой скрепляющим элементом, при этом одна из труб выполнена охватываемой указанным кольцом и жестко прикреплена к его выступу, а вторая труба расположена вне кольца со стороны его торца и жестко связана с полуосью вторым скрепляющим элементом, тепловой экран выполнен из двух продольных труб, каждая из которых жестко связана с тепловой подвеской. 2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что тепловой экран выполнен с каналами для прохода хладагента, а оба скрепляющих элемента выполнены в форме дисков.