Униполярная импульсная машина Советский патент 1982 года по МПК H02K31/04 

(54) УНИПОЛЯРНАЯ ИМПУЛЬСНАЯ МАШИНА

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к униполярным электрическим машинам с жидкометаллическим токосъемом, предназначенным для импульс ного питания электромагнитов, соленоидов, индуктивных накопителей энергии, обмоток некоторых типов ускорителей и термоядерных установок и т.п.

Известны импульсные униполярные генераторы, предназначенные для получе- jg ния одиночных импульсов тока. Нормальным режимом работы этих генераторов 51вляется внезапное замыкание на нагрузку, сопровождаемое всплеском тока в якорной цепи и динами ческю торможени- )$ ем ротора 1 .

Однако мощность импульсов тока в таких генераторах недостаточна.

Наиболее близкой к изобретению яв1Ш- 20 ется униполярная импульсная машина, содержащая металлический ротор с двумя дисками, жидкометаллические контакты с токоотводами, расположенными на периферии дисков, статор с кольцевым магни- топроводом 2 .

Однако при создании униполярной-машины на большие токи использование известной конструкции неэффектигаю,. так как максимальная скорость вращения ротора ограничена линейной скоростью Ж1Шкого металла на ободе диска, которая на порядок меньше предельной скорости, определяемой прочностью диска, что означает использование только части возможной кинетической энергии дисков. Кроме того, по мере рхх;та токов нагрузки индукционные электродинамические силы достигают таких значений, что даже самый тяжелый сплав невозможно удержать с помощью центробежных сил. Поэтому при работе импульсного генератора жидкометаллические тркосъемные огстройства нуждаются в надежной герметизации. Это вызвано еще и тем, что в момент прохождения максимального тока, имеющего место вблизи нулевой скорости вращения ротора, стабилизирующая роль центробежных, сил отсутствует, а неуравновешенные силы магнитного давления paapjmiaioT контакт и приводят к утечке металла через любые известные уплотнения. Указанные обстоятельства препятств ют увеличению электрической мощности униполярных машин и снижают их надежность. Цель изобретения - увеличение мощности униполярной машины в импульсном режиме. Указанная цель достигается тем, что в униполярной машине токоотводы выполнены в виде одноступенчатых кот цевых электродов, примьйсаюишх к жидкометаллическим контактам через дополнительные плоские злектроды, размещенные Б радиальных пазах, выполненных в магнитопроводе статора, а на роторе между дисками симметрично установлен маховик. На фиг. 1 изображен общий вид уни полярной машины, разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.Униполярная машина состоит из полу- корпусов (левый и правый) и разрезного статора (фиг. 2). Машина содержит статор асинхронного двигателя 1, ротор 2 и имеет единственный разъем в корпусе электроизоляционной прокладкой 3. Узел прлукорпуса состоит из крышки 4, обмот ки 5 воз гжденйя I и силового кольца 6 Разрезной статор содержит два полукольца 7 и 8 (фиг. 2), в которых сквоет радиальные пазЫ проходят электроды соединенные с втулкой-вкладышем гвдростатического подшшшика Ю. Полукольца прижимаются друг k Д1зугу через обойму токосъемного одноступенчатого кояыхево- го электрода 11 с помощью винтового соединения. Ротор 2 опирается на два МГД-подшшшика Ю. В торцах ротора 2 установлены сферические опоры 12 для осевой фиксации вала. На центральную часть вала установлен немагнитный махо вик 13 - накопитель кинетической энергкк. В центральной ко;1ьцевой полости между валом и разрез} ым статором размешено уплоггнение 14. Внешний жидкометаляичеекий контур состоит fia 6aria 15 сброса, МГД насоса 16, фильтра 17, теплообменника 18 и ($ака 19 подпора. Униполярная машина работает следую щим образом. Магнитный потсяс создается о& откой 5 возбужденияи В нижнюю полость гидро статических подшипников 10 по магист р и высокого давления подается жидкий металл, в результате чего ротор всплыает на жидкостной подушке. Затем начиается его раскрутка линейными двигаелями 1. При установившемся режиме аботы подшипников контур высокого давления переключается на контур низкого давления и жидкостное трение в подшипнике имеет только гидродинамическую природу. В разгонном режиме работы ротора 2 утечке металла в направлении маховика 13 препятствует уплотнение 14, специально для этого предназначенное. При достижении рабочих оборотов линейные двигатели отключаются. При замьпсании цепи нагрузки через внешний коммутатор наводимая в, роторе. ЭДС снимается с жидкометаллических контак- тов и в генераторе начинает течь ток (фиг. 1). Вблизи жидкометаллических контактов конфигурация тока представляет собой петлю, внутри которой индуцируется сильное магнитное поле. Магнитное, давление этого поля вытесняет жидкнй металл из контактной зоны в торш)вую полость между активным диском ротора 2 и крышки 4 в узкий канал, объем которого значительно меньше контактного объема. При этом направление индуцированных электромагнитных сил, действующих на жидкий металл, таково, что принципиально исключается возможность утечки металла в полость, занятую маховиком. Разрушение и замыкание жидкометаллических контрактов друг на друга полностью исключено, что позволяет пропустить через циркулирующий жидкий металл мегаамперные токи и увеличить мощность машины. После разряда генератора жидкость возвращается s исходное положение. Главное достоинство предложенной конструкции униполярной машины в том, что жидкий металл стабильно удерживается на ободе ротора как центробежными силами, так и силами магнитного давления. Использование в конструкшш МГДопор, равно как и статора асинхронного ggifraTtna S шче@те@ «прйесда шпяетзя единственно возможной альтернативой. Использование подшипников качения невоз можно из-за их недостаточной грузоподъемности. Выход только в использовании гидростатических по.сииипников. Но так как эти подшипники устанавливаются на концах ротора то жидкий металл под .действием электромешгатных сил обяза5983926.6

тельно попадет в подшипниковый узел и-Формула изобретения перемешается с рабочей зкидкостью под- - Униполярная импульсная машина, сошшшика. Потому единственный путь уст-держащая металлический ротор с двумя ранения этой проблемы - использовать в дисками, Ж1одкометаллйческие контакты с качестве рабочей жидкости в гвдростати- 5токоотводами расположенными на перической опоре сам жидкий металл.ферий дисков, статор с кольцевым маган-

Согласно расчетам разгон ротора втопроводом, отличающаяся

двигательном режиме неприемлем из-затем, что, с пелыо увеличения мощности

невозможности организации эффективногомащины, токоотводы выполнены в В1ще

отвода джоуаева тепла от жидкого метал- одноступенчатых кольцевых электродов,

ла. Поэтому необходим внешний привод.примыкающих к жидкометаллическим кон«

Разгон ротора механическим приводомтактам через дополнительные плоские

предполагает наличие в Kopiyce машиньтэлектроды, размещенные в радиальных

отверстия для приводного вала. Но Э5Опазах, вьшолненных в магнитопроводе станедопустрмо, так как импульсное магнит- тора, а на роторе между дисками снммет ное давление вытеснит жидкий металл изрично установлен маховик, контак ной зоны через любое известноеИсточники информации,

уплотнение вр а1цающегося вала, разрушив принятые во внимание при экспертизе тем самым электрический контакт. Сог-1. Харитонов В. В. н др. Переходные

ласно экономическим оценкам, при одина Wпроцессы в ударных униполярных генераковой накашиваемой энергии вес предпо-торах, М., Энергия, 198О, с. 22. женной униполярной машины, а соответст-2. Бертинов Л. И. н др. Униполярные

веннб и ее себестоимость, в пять раз ни-(Электрические машины с жвдкометалличеоже известного униполярного генератораJKEM токосъемом. М.-Л, Энергия, 1966,

с цилиндрическим ротором.25Ь. 33.

J5