Ротор электрической машины с криогенным охлаждением Советский патент 1983 года по МПК H02K9/197 H01L39/02 

(5) РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С КРИОГЕННЫМ ОХЛАЖДЕН1 ЕМ Изобретение относится к электротехнике, в частности к роторам элект рических машин с криогенным охлаждением. Известны электрические машины с криогенным охлаждением, роторы которых содержат внутренний немагнитный цилиндр с охлаждаемой обмоткой возбу дейия и наружный теплоизолирующий экран, сопряженные с возможностью осевого перемещения друг относительно друга СП. Подвижное сопряжение внутреннего немагнитного цилиндра и наружного теплоизолирующего экрана необходимо для компенсации температурных деформаций, появляющихся п()и захолаживании ротора. Известна также электрическая машина с криогенным охлаждением,, включающая ротор, содержащий внутренний немагнитный цилиндр с закрепленной на нем обмоткой возбуждения и распоопта

1-::тт пщ ложенный коаксиально ему наружный теплоизолирующий экран 2 J. Немагнитный цилиндр и наружный экран ротора со стороны привода жест ко соединены с одной общей цапфой вала, а с другой стороны ротора наружный экран по подвижной посадке соединен посредством центрирующих и передающих вращающий момент шпонок (штифтов) с немагнитным цилиндром, который в свою очередь жестко соединен с другой цапфой вала. Штифты расположены по периметру подвижной посадки. Герметичность вакуумированной полости обеспечивается вакуумноплотным эластичным сильфоном. Такое соединение немагнитного . цилиндра с теплоизолирующим экраном и цапфами вала ротора обеспечивает компенсацию взаимных осевых деформаций внутреннего цилиндра и наружного экрана, возникающих за счет их различных рабочих температур, и дает

возможность передавать крутящий момент .

Однако в известном устройстве упомянутое подвижное соединение не исключает возможности появления зазора между сопрягаемыми элементами при рабочих температурах ротора. Как показывает расчеты, в рабочем режиме ротора температура наружного экрана может быть на К выше комнатной в то время как температура немагнитного цилиндра в месте его сопряжения с наружным экраном на 20-30 К ниже ее Следовательно, перепад температуры между этими элементами ротора может достигать О-УО К.

Появление зазора лишает ротор жесткости и приводит к неуравновешенности сил инерции, что в конечном итоге вызывает дополнительные поперечные колебания ротора и повышает уровень вибраций. Повышение вибраций может нарушить рабочий режим работы машины, привести к расстройке, управления и регулирования, искажеНИИ показаний приборов, наконец, вызвать усиленный износ и поломку машины, т. е. существенно снизить эксплуатационную надежность.

Уменьшение вибрации, вызываемой неуравновешенностью ротора, может быть достигнуто за счет снижения остаточной неуравновешенности, т.е. ликвидации любых конструктивных и технологических причин появления на роторе небаланса. Это означает, что в конструкции не должно быть нарушений осевой симметрии.

Цель изобретения - обеспечение жесткости ротора в рабочем режиме.

Поставленная цель достигается тем что в подвижном соединении немагнитного цилиндра и теплоизолирующего экрана по крайней мере один из сопряженных элементов снабжен расклинивающим конусным элементом.

При этом конусный элемент может быть выполнен упругим, размещен на теплоизолирующем экране и сопряжен с установленным на немагнитном цилиндре упорным кольцом.

Конусный элемент может быть также размещен на немагнитном цилиндре и сопряжен с установленным на теплоизолирующем экране упорным кольцом.

Подвижное соединение теплоизолирующего экрана и немагнитного цилиндра целесообразно дополнительно снабдить

передающими момент элементами, например шпонками.

Предложенное техническое решение позволяет, во-первых, обеспечить компенсацию взаимных осевых деформаций немагнитного цилиндра и теплоизолирующего экрана в режиме захолаживания ротора; во-вторых, произвести заклинивание упомянутого подвижного соединения в рабочем режиме ротора и тем . самым обеспечить необходимую жесткость ротора.

На фиг. 1 представлен продольный разрез ротора со стороны подвижного соединения немагнитного цилиндра и теплоизолирующего экрана; на фиг. 2и 3 - варианты выполнения узла А на фи г. 1 .

Машина имеет сверхпроводящую обмотку 1, внутренний немагнитный цилиндр 2, наружный теплоизолирующий экран 3, вакуумиррванную полость , сильфон 5, цапфу вала .6, шпонки 7t упорное кольцо 8, конусный элемент 9, стопорные кольца 10 и опоры вала П .

Конусный элемент 9 выполнен упругим и может быть установлен по прессовой, посадке на немагнитном цилиндре 2 (фиг. 2) или на теплоизолирующем экране 3 (фиг. 3). Упорное кольцо 8 (фиг. 2 и 3) может быть установлено по прессовой посадке в теплоизолирующем экране 3 или на немагнитном цилиндре 2. Осевые перемещения конусного элемента и упорного кольца ограничены стопорными кольцами 10.

При охлаждении ротора до рабочих температур конусный элемент 9(фиг,2) установленный на немагнитном цилиндре 2, перемещается в сторону привода относительно упорного кольца 8 за счет температурных изменений размеров немагнитного цилиндра и теплоизолирующего экрана (для случая фиг, 3 перемещается упорное кольцо 8), Температурное сокращение немагнитного цилиндра при охлаждении обмотки воз буждения жидким гелием происходит при перепаде температур от 300 Поэтому принято, чтоперемещается конусный элемент (фиг. 2) или упорное кольцо (фиг. 3), закрепленные на немагнитном цилиндре.

Перемещаясь друг относительно друга, упомянутые элементы в рабочем состоянии ротора заклинивают подвижное соединение немагнитного цилиндра и теплоизолирующего экрана и тем самым обеспечивают жесткость ротора, близкую к жесткости ротора с неподвижной например с прессовой, посадкой. Таким образом, предложенное техническое решение при рабочих температурах ротора обеспечивает точность центровки теплоизолирующего экрана относительно немагнитного цилиндра за счет упругих свойств конусного элемента, исключает зазор между этими элементами ротора, повышает жесткост ротора, снижает нарушение осевой симметрии ротора, что уменьшает попереч ные колебания ротора. . Предложенное техническое решение найдет широкое применение в электрических машинах с криогенным охлаждением мощностью выше О МВт. Формула изобретения 1 . Ротор электрической машины с криогенным охлаждением, содержащий внутренний немагнитный цилиндр со сверхпроводящей обмоткой возбуждения и расположенный коаксиально ему теплоизолирующий экран, соединенные друг с другом на одном конце жестко, а на другом - подвижно с уплотнением вакуумной полости между экраном и немагнитным цилиндром вакуумноплотным эластичным элементом, например сильфо ном, отличающийся тем, 7

Фаг./ 66 что, с целью обеспечения жест кисти в рабочем режиме, в подвижном соединении немагнитного цилиндра и теплоизолирующего экрана по крайней мере один из сопряженных элементов снабжен расклинивающим конусным элементом. 2.Ротор электрической машины по Л. 1, отличающийся тем, что упомянутый конусный элемент выполнен упругим. 3.Ротор электрической машины по ПП.1 и2,. отличающийся тем, что конусный элемент размещен на немагнитном цилиндре и сопряжен с установленным на теплоизолирующем экране упорным кольцом. . Ротор электрической машины по пп.1и2, отличающийся тем, что конусный элемент размещен на теплоизолирующем экране и сопряжен с установленным на немагнитном цилиндре упорным кольцом. 5. Ротор электрической машины по п. 1, отличающийся тем, что подвижное соединение теплоизолирующего экрана и немагнитного цилиндра дополнительно снабжено передающими момент элементами, например шпонками. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3679920, кл. 310-10, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР № 508870, кл. Н 02 К 9/16, 1973.

Фиг. 2