Ротор электрической машины

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК д)1 4 Н 02 К 9/197, 55/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2928080/24-07 (22) 22.05 ° 80 (46) 15.12.86. Бюл. Н 46 (71) Ленинградское электромашиностроительное объединение "Электросила" им. С.)).Кирова и Физико-технический институт низких температур АН УССР (72) Р.В.Гаврилов, В.В.Гладкий, В.В.Домбровский, И.С.Житомирский, Ю.П.Коротов, Ю.Г.Тюрин, И.Ф.Филиппов, Г.М.Хуторецкий и А.Е.Янов (53) 621 .313.7!3(088 8) (56) Патент ФРГ )) 2440132, кл. Н 02 К 9/19, )977.

Патент Франции )) 2210854, кл. Н 02 К 9/197, 1974.

„„Я0„„1277300 А 1 (54) (57) РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ) )АР)ИН)), имеющий сверхпроводящую обмотку возбуждения с каналами для циркуляции хладагента в радиальном направлении, каркас с каналами на периферии, на котором размещена указанная обмотка, и канал, расположенный в зоне оси ротора, сообщающийся с упомянутыми каналами обмотки и каркаса, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности путем улучшения эффективности охлаждения при эксплуатации, каркас имеет дополнительные, теплоизолированные от обмотки возбуждения каналы, сообщающиеся с упомянутЫми каналами на периферии каркаса и в зоне оси ротора.

1277300

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в электрических машинах с жид- костным охлаждением обмоток возбуждения ротора, в частности сверхпроводя- 5 щих обмоток возбуждения (СПОВ)„

Известны роторы электрических машин, содержащие сверхпроводящую обмотку возбуждения, снабженную каналами для циркуляции жидкого гелия. 10

Недостаток этих конструкций заключается в том, что они недостаточно надежны при локальных тенловыделениях по механическим и электромагнитным признакам в сверхпроводящей обмотке 15 возбуждения.

Наиболее близким к изобретению является ротор электрической машины, содержащий сверхпроводящую обмотку возбуждения, размещенную на каркасе и снабженную каналами для циркуляции хладагента, направление которых имеет радиальную .составляющую, сообщающимися с каналами или полостями, расположенными у оси ротора и на пери- 2 ферии каркаса.

Криогенная жидкость подается по расположенным на периферии ротора коаксиальным каналам в каналы обмотки и снимает тепловыделение, возникающие в СПОВ из-за гистерезисных потерь и потерь из-за проникновения в обмотку низкочастотной составляющей переменного магнитного поля. Из каналов обмотки "теплый" хладагент попадает в аксиальные каналы у оси ротора и выводится из зоны криостатирования. Оптимальный расход хладагента при нормальном режиме работы определяется в основном потерями в СПОВ.

В СПОВ имеют место локальные тепловыделения, возникающие в различных частях из-за возмущений механического электромагнитного или какого-либо иного характера, которые способны перевести СПОВ в нормальное (несверхпроводящее) состояние. В известном роторе либо расход гелия должен в несколько раз превьппать оптимальный, чтобы обеспечить снятие дополнительных тепловыделений (криостатическую стабилизацию СПОВ), либо существенно понижается надежность работы машины, так как приходится всякий раз при переходе СПОВ в нормальное состояние отключать генератор.

Целью изобретения является повышение надежности работы машины без

5

46

S0

55 ухудшения ее экономичности путем повышения эффективности охлаждения обмотки возбуждения.

Указанная цель достигается тем, что в роторе электрической машины, содержащем сверхпроводящую обмотку возбуждения, размещенную на каркасе и снабженную каналами для циркуляции хладагента, направление которых имеет радиальную составляющую, сообщающимися с каналами или полостями, рас" положенными у оси ротора и на периферии каркаса, упомянутые каналы или полости дополнительно сообщены между собой каналами, выполненными в каркасе и теплоиэолированными от обмотки возбуждения.

На фиг.1 представлен ротор со сверхпроводящей обмоткой возбуждения, секции которой, например, расположены радиально, продольный разрез; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.l; на фиг.3 — узел T. на фиг.2; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.3.

Ротор содержит немагнитный цилиндр

1, в котором размещен каркас 2 со сверхпроводящей обмоткой 3. Секции обмотки расположены в пазах 4 каркаса 2 и имеют изоляцию 5. В обмотке

3 имеются каналы б, направление которых радиально или хотя бы имеет радиальную составляющую, сообщающиеся с каналами 7, расположенными у оси ротора (объединены в один центральный канал) и с каналами 8 на периферии. В каркасе ротора 2 выполнены дополнительные каналы 9, теплоизолированные от обмотки 3. Теплопритоки в обмотке 3 блокируются вакуумной изоляцией и радиационными экранами 10, 11, а со стороны токосъемных колец— теплоизоляционной пробкой 12, выполненной из материала с низкой теплопроводностью. Хладагент посту тает в каналы 8 по трубопроводу 13. Пары хладагента отводятся из центрального канала 7 на охлаждение тепловых мостов 14. Отвод пара из ротора осуществляется обычным образом.

Жидкая охлаждающая среда (для

СПО — жидкий гелий) подается в ротор по трубопроводу 13, далее по каналам 8 распределяется вдоль ротора и по каналам 6 и 9 попадает в центральный канал 7, в котором устанавливается под действием центробежных сил некоторый уровень поверхнос ги раздела жидкости и пара. При этом

3 1277 обмотка 3 и каркас 2 с хлаждаются до нужной температуры (s случае ротора со СПОВ до температуры 4,2 К). После этого обмотка эапитывается. Хладагент в каналах 6 обмотки 3 нагревается из-за тепловыделений в обмотке 3 (это имеет место И в СПОВ.из-эа гистерезисных потерь и потерь из-sa проникновения в обмотку низкочастотной .составляющей переменного тока).

На радиальном участке теплоизолированных от обмотки каналов 9 температура хладагента остается прежней.

В результате плотность хладагента в каналах 6 меньше, чем плотность хлад-, агента на радиальном участке каналов

9. Центробежные силы действуют на столбы жидкости, находящейся в каналах 9; равновесие, существовавшее до тепловыделений в обмотке, нарушается, и жидкость движется по каналу 9 на периферию ротора в канал 8, а по каналу 6 жидкость движется к центральному каналу 7. Возникает естественная циркуляция хладагента по замкну- 2 тому контуру, образованному каналами 6, 7, 9. При этом часть хладагента в центральный канал 7 попадает иэ канала 6 в обмотке 3 в виде пара.

Под действием центробежных сил пар сепарируется и собирается в центральной части канала 7 и далее отводится на охлаждение тепловых мостов 14.

Взамен в ротор поступает жидкий хладагент по трубопроводу 13. С увеличением тепловыделений в обмотке раэ- З5 ность плотностей хладагента в каналах 6 и 8 увеличивается и поэтому возрастает скорость циркуляции хладагента, что.приводит к улучшению охлаждения обмотки. В случае лохань- 40

3ОО 4 ного тепловыделения в обмотке 3 (это может иметь место в ClTOB при возмущениях механического или электромагнитного-характера) аналогичный механизм приводит к интенсивному охлаждению источника тепловыделений. Для сверхпроводящих обмоток это приводит к улучшению стабилизации обмотки, так как в случае перехода части обмотки в нормальное состояние улучшение охлаждения нормальной зоны приводит к возвращению в сверхпроводящее состояние без принятия каких-либо дополнительных мер.

В случае обмотки с параллельными секциями ротор имеет аналогичную конструкцию. Отличие может состоять в креплении обмотки (например клиньями), а аксиальными каналами у оси ротора может быть снабжена каждая секция.

Предложенная конструкция ротора отличается более эффективным использованием хладагента с естественным саморегульрованием интенсивности теплообмена, что позволяет сократить расход хладагента, а в случае СПОВ улучшить ее криостатическую стабилизацию и повысить надежнос ь работы машины в целом.

Эти преимущества предлагаемой конструкции ротора по сравнению с известным обеспечиваются sa счет того, что каналы или полости у оси ротора и и на периферии каркаса дополнительно сообщены между собой каналами, выполненными в каркасе и теплоизолирован- . ными от обмотки возбуждения.

Изобретение может использоваться в криогенном турбогенераторе мощностью 300 МВт.

1277300

РигЗ

Составитель Л. Карцева

Редактор Н. Ивыдкая Техред В.Кадар Коррект р и С. 1Чекмар

Заказ 6755/5?

Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4