Криостат сверхпроводящего трансформатора

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для криостатирования сверхпроводящих обмоток многофазных силовых трансформаторов с плоской магнитной системой. Техническим результатом является повышение КПД за счет сокращения теплопритоков из окружающей среды через внешнюю тепловую изоляцию к криогенной жидкости. Криостат состоит из отдельных тороидальных емкостей, образованных внутренними и внешними вертикальными и соосно расположенными диэлектрическими цилиндрами, соединенными плоскими кольцевыми днищами друг с другом. Число тороидальных емкостей равно числу фаз трансформатора. Каждая отдельная тороидальная емкость размещена на отдельном стержне плоского многофазного магнитопровода. Наружные поверхности внешних цилиндров отдельных тороидальных емкостей снабжены двумя теплоизоляционными диэлектрическими блоками в виде параллелепипедов, высотой, равной высоте отдельных тороидальных емкостей, а длиной, равной или превышающей сумму внешних диаметров отдельных тороидальных емкостей. Каждый из теплоизоляционных блоков выполнен с вертикальными полостями со стороны, примыкающей к наружной поверхности внешних цилиндров тороидальных емкостей. Число полостей равно числу отдельных тороидальных емкостей, а их форма повторяет форму внешних цилиндров тороидальных емкостей по линии соприкосновения с ними в стык. Внешние края на стыке между поверхностями внешних вертикальных цилиндров отдельных тороидальных емкостей и вертикальных полостей параллелепипедов заполнены пенополиуретановыми швами. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области сверхпроводящего электротехнического и электроэнергетического оборудования и может быть использовано для криостатирования сверхпроводящих обмоток многофазных силовых трансформаторов с плоской магнитной системой.

Известна конструкция криостата для трехфазного сверхпроводящего трансформатора с переключателем ответвлений обмоток. Наружный, внешний корпус криостата изготовлен из металла с прорезями для размещения замкнутых контуров вокруг стержней магнитопровода трансформатора. Внутренняя поверхность криостата покрыта теплоизолирующим диэлектрическим материалом. Силовые конструкционные элементы изготовлены из диэлектрических материалов. Снижение теплопритоков извне осуществляется посредством размещения электрических соединений внутри криостата и теплоизоляции магнитопровода от сверхпроводящих обмоток.

Тороидальные емкости, в которых размещены сверхпроводящие обмотки, насажены на стержни плоского многофазного магнитопровода трансформатора и размещаются в общем внешнем корпусе (Ramanan W.R., Bonman D. «Cryostat for use with a superconducting transformer», International Publication Number WO 01/43148 A1).

Недостатком данной конструкции является наличие прорезей в наружном, внешнем корпусе криостата, вследствие чего снижается механическая прочность внешнего корпуса криостата. В металлическом корпусе криостата имеются дополнительные потери энергии, из-за индуцированных вихревых токов (токов Фуко), возникающих вследствие наличия в обмотках трансформатора магнитных полей рассеяния.

Известна конструкция сверхпроводящего трансформатора, одним из основных элементов которого является тороидальный, цилиндрический криостат, выполненный разборным и изготовленным из ферромагнитного материала (углеродистая сталь).

Наружный корпус криостата одновременно является магнитопроводом сверхпроводящего трансформатора. Внутри наружного корпуса размещены теплоизолирующие стенки (материал - стеклопластик), образующие внутренний корпус криостата. Сверхпроводящие обмотки трансформатора размещены во внутренней стеклопластиковой емкости с хладагентом (пат. США №5107240, М. кл. H01F 27/08, H01F 27/30, 1992).

Данная конструкция криостата сверхпроводящего трансформатора не обеспечивает предотвращение теплопритоков в хладагент, возникающих вследствие тепловыделений в наружном ферромагнитном корпусе криостата из-за наличия магнитных потерь энергии, в переменных магнитных полях.

Техническим результатом, на достижение которого направлено техническое решение является сокращение теплопритоков из окружающей среды через внешнюю тепловую изоляцию тороидальных цилиндрических емкостей к хладагенту (криогенная жидкость - жидкий азот) для уменьшения расхода его испарения и увеличения КПД сверхпроводящего трансформатора.

Указанный технический результат достигается тем, криостат сверхпроводящего трансформатора, состоящий из отдельных тороидальных емкостей, образованных внутренними и внешними вертикальными и соосно расположенными цилиндрами, соединенными плоскими кольцевыми днищами друг с другом, изготовленными из диэлектрического материала, причем число тороидальных емкостей равно числу фаз сверхпроводящего трансформатора, при этом каждая отдельная тороидальная емкость размещена на отдельном стержне плоского многофазного магнитопровода сверхпроводящего трансформатора, и наружные поверхности внешних цилиндров отдельных тороидальных емкостей криостата сверхпроводящего трансформатора снабжены двумя теплоизоляционными блоками из диэлектрического материала, выполненными в виде параллелепипедов, при этом высота параллелепипедов равна высоте отдельных тороидальных емкостей криостата сверхпроводящего трансформатора а длина равна или превышает сумму внешних диаметров отдельных тороидальных емкостей криостата, причем каждый из теплоизоляционных блоков выполнен с вертикальными полостями со стороны примыкающей к наружной поверхности внешних цилиндров тороидальных емкостей криостата, число полостей равно числу отдельных тороидальных емкостей криостата, а формы полостей выполнены повторяющими форму внешних цилиндров тороидальных емкостей по линии соприкосновения с ними в стык, при этом внешние края на стыке между поверхностями внешних вертикальных цилиндров отдельных тороидальных емкостей криостата и вертикальных полостей параллелепипедов заполнены пенополиуретановыми швами.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематически изображен передний вид предложенного криостата сверхпроводящего трансформатора (число фаз равно трем), на фиг. 2 - его вид сверху с разрезом по горизонтальному сечению A-A, на фиг. 3 - вертикальный разрез по сечению Б - Б, на фиг.4 - передний вид, а на фигуре 5 - вид сверху теплоизоляционных блоков отдельных тороидальных емкостей криостата, соответственно.

Криостат 1 сверхпроводящего трансформатора, размещенный на стержнях плоского многофазного магнитопровода 2 сверхпроводящего трансформатора состоит из трех отдельных тороидальных емкостей 3, образованных внутренними 4 и наружными 5 вертикальными соосно расположенными цилиндрами, изготовленными из твердого диэлектрического материала, например из стеклотекстолита, соединенными между собой плоскими круглыми днищами 6, имеющими круглые отверстия в середине для стержней магнитопровода 2 сверхпроводящего трансформатора и, также как и цилиндры, изготовленными из диэлектрического материала. Внутренние 4 и наружные 5 цилиндры тороидальных емкостей 3 имеют равную толщину стенок и соответственно равные диаметры. Тороидальные емкости 3 криостата 1 закрываются равными по диаметру и толщине плоскими круглыми крышками 7, имеющими как и днище 6 круглые отверстия в середине для стержней магнитопровода 2. К внешним поверхностям наружных вертикальных цилиндров 5 тороидальных емкостей 3 криостата 1 сверхпроводящего трансформатора 1 посредством клеевого соединения прикреплены теплоизоляционные блоки 8 и 9 из диэлектрического материала, выполненные в виде параллелепипедов, высота которых h равна высоте отдельных тороидальных емкостей 3 криостата 1, а длина ℓ равна или превышает сумму длин внешних диаметров отдельных тороидальных емкостей 3 криостата 1, причем каждый из теплоизоляционных блоков 8 и 9 выполнен с вертикальными полостями со стороны, примыкающей к наружной поверхности внешних цилиндров 5 тороидальных емкостей 3 криостата 1, число полостей равно числу отдельных тороидальных емкостей 3 криостата 1, а формы полостей выполнены повторяющими форму внешних цилиндров 5 тороидальных емкостей 3 по линии соприкосновения с ними в стык. Внешние края на стыке 10 между поверхностями внешних вертикальных цилиндров 5 отдельных тороидальных емкостей 3 криостата 1 и вертикальными полостями параллелепипедов заполнены пенополиуретановыми швами.

Материалом для изготовления криостата сверхпроводящего трансформатора (тороидальных емкостей с крышками, теплоизоляционных блоков) является пенополиуретан, имеющий при затвердевании достаточно механическую прочность, необходимую для изготовления неметаллических криостатов и малую теплопроводность, обеспечивающую низкий теплоприток к хладагенту (жидкий азот) из окружающей среды.

Технология изготовления изделий из вспенивающегося пенополиуретана аналогична технологии изготовления изделий методом литья.

Криостат сверхпроводящего трансформатора, состоящий из отдельных тороидальных емкостей снабженный дополнительной теплоизоляцией из теплоизоляционных пенополиуретановых блоков, прикрепленных к внешним поверхностям отдельных тороидальных емкостей имеет значительно большую толщину внешнего слоя тепловой изоляции, не имеющую ограничений в плоскости перпендикулярной горизонтальной оси симметрии плоского стержневого магнитопровода сверхпроводящего трансформатора и тем самым уменьшает теплоприток извне в зону нахождения хладагента, что приводит к уменьшению его расхода и увеличение КПД сверхпроводящего трансформатора.

Применение криостата сверхпроводящего трансформатора с существенно низкими теплопритоками увеличит КПД сверхпроводящего трансформатора и технико-экономические показатели энергосистемы в которой такой трансформатор будет использован.

1. Криостат сверхпроводящего трансформатора, состоящий из отдельных тороидальных емкостей, образованных внутренними и внешними вертикальными и соосно расположенными цилиндрами, соединенными плоскими кольцевыми днищами друг с другом, изготовленными из диэлектрического материала, причем число тороидальных емкостей равно числу фаз сверхпроводящего трансформатора, при этом каждая отдельная тороидальная емкость размещена на отдельном стержне плоского многофазного магнитопровода сверхпроводящего трансформатора, отличающийся тем, что наружные поверхности внешних цилиндров отдельных тороидальных емкостей криостата сверхпроводящего трансформатора снабжены двумя теплоизоляционными блоками из диэлектрического материала, выполненными в виде параллелепипедов, при этом высота параллелепипедов равна высоте отдельных тороидальных емкостей криостата сверхпроводящего трансформатора, а длина равна или превышает сумму внешних диаметров отдельных тороидальных емкостей криостата, причем каждый из теплоизоляционных блоков выполнен с вертикальными полостями со стороны, примыкающей к наружной поверхности внешних цилиндров тороидальных емкостей криостата, число полостей равно числу отдельных тороидальных емкостей криостата, а формы полостей выполнены повторяющими форму внешних цилиндров тороидальных емкостей по линии соприкосновения с ними в стык.

2. Криостат сверхпроводящего трансформатора по п. 1, отличающийся тем, что внешние края на стыке между поверхностями внешних вертикальных цилиндров отдельных тороидальных емкостей криостата и вертикальных полостей параллелепипедов заполнены пенополиуретановыми швами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к области криогенной электротехники и может быть использовано в качестве сверхпроводящей магнитной системы в физических , исследованиях или в ЯМР-томографии.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к криогенной технике, и предназначено для преобразования трехфазного напряжения одной величины в трехфазное напряжение другой величины промышленной частоты.

Изобретение относится к трансформаторам электрического тока, а также к ограничителям электрического тока. .

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к сверхпроводящим магнитным катушкам, может быть использовано в качестве индуктивного накопителя энергии. .

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для применения в качестве бесконтактного электромагнитного устройства ввода электрической энергии от обычной или сверхпроводящей энергетической сети в однофазный сверхпроводящий кабель или сверхпроводящую магнитную систему переменного тока промышленной частоты. Технический результат состоит в повышении токонесущей способности, мощности и кпд. Сверхпроводящий трансформатор содержит магнитопровод, криостат, силовые первичную и вторичную, многослойные цилиндрические сверхпроводящие обмотки с концентрически расположенными слоями витков. Многослойная цилиндрическая обмотка возбуждения с концентрически расположенными плотно намотанными витками и слоями, прилегающими друг к другу, присоединена параллельно силовой первичной обмотке, размещена между магнитопроводом и силовыми первичной и вторичной обмотками. Витки силовой первичной и вторичной обмоток выполнены неплотно намотанными. Слои витков размещены с зазором относительно друг друга. Многослойная цилиндрическая обмотка возбуждения размещена в криостате. Вне его жидкоазотной полости размещен конденсатор, параллельно подключенный к обмотке возбуждения, которая пространственно удалена от силовой первичной обмотки на расстояние (0,12÷0,15)R. Число витков первичной обмотки равно (1,02÷1,05) W, где R - радиус поперечного сечения силовой первичной обмотки, W - число витков обмотки возбуждения. Обмотка возбуждения выполнена из высокотемпературного сверхпроводящего многожильного ленточного провода. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к трехфазным силовым трансформаторам с обмотками из высокотемпературных сверхпроводников. Технический результат состоит в повышении к.п.д. за счет сокращения теплопритоков из окружающей среды через внешнюю тепловую изоляцию к криогенной жидкости. Криостат сверхпроводящего трансформатора состоит из отдельных тороидальных емкостей по числу фаз, образованных внутренними и внешними вертикальными соосными диэлектрическими цилиндрами, соединенными плоскими кольцевыми днищами друг с другом. Каждая отдельная тороидальная емкость размещена на отдельном стержне магнитопровода, выполнена с теплоизолированными внешними поверхностями в виде параллелепипедов, размещенных с зазором между параллельными гранями теплоизоляционного покрытия средней и боковых цилиндрических тороидальных емкостей. Длина параллелепипедов в поперечном направлении относительно продольной плоскости симметрии магнитопровода больше ширины параллелепипедов, параллельной продольной плоскости его симметрии. Ширина параллепипедов боковых тороидальных емкостей больше ширины параллелепипеда средней тороидальной емкости, расположенного между боковыми тороидальными емкостями криостата. Зазор между параллельными гранями теплоизоляционного покрытия двух соседних тороидальных емкостей заполнен листовым пенополиуретановым материалом, а его нижние края по всему периметру уплотнены пенополиуретановыми швами. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в упрощении ремонта. Сверхпроводящая катушка содержит первую и вторую плоские катушки, сформированные путем намотки сверхпроводящего провода, пакетированные в направлении толщины и прилегающие друг к другу. Охлаждающая подложка контактирует с концевой поверхностью первой плоской катушки и разделена на множество охлаждающих пластин. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.

Использование: для криостатирования сверхпроводящей обмотки индукционного накопителя. Сущность изобретения заключается в том, что способ криостатирования и запитки сверхпроводящей обмотки индукционного накопителя включает режим захолаживания, ввод тока в сверхпроводящую обмотку и удержание магнитного поля, где захолаживание сверхпроводящей обмотки индукционного накопителя осуществляют за счет принудительного протока жидкого гелия, а ввод тока и удержание магнитного поля обеспечивают с помощью сверхпроводящего преобразователя тока, который располагают между накопительной емкостью с жидким гелием и сверхпроводящей обмоткой индукционного накопителя, при этом накопительную емкость с жидким гелием, сверхпроводящий преобразователь тока и сверхпроводящую обмотку индукционного накопителя располагают в разных криостатах и соединяют между собой при помощи коаксиальных каналов, внутри которых располагают гелиевые магистрали и токоподводы. Технический результат: обеспечение возможности получения простого и эффективного способа криостатирования. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к трехфазным силовым трансформаторам с обмотками из высокотемпературных сверхпроводников. Технический результат состоит в повышении к.п.д. за счет сокращения теплопритоков из окружающей среды через внешнюю тепловую изоляцию к криогенной жидкости. Криостат сверхпроводящего трансформатора состоит из отдельных тороидальных емкостей по числу фаз, образованных внутренними и внешними вертикальными соосными диэлектрическими цилиндрами, соединенными плоскими кольцевыми днищами друг с другом. Каждая отдельная тороидальная емкость размещена на отдельном стержне магнитопровода, выполнена с теплоизолированными внешними поверхностями в виде параллелепипедов, размещенных с зазором между параллельными гранями теплоизоляционного покрытия средней и боковых цилиндрических тороидальных емкостей. Длина параллелепипедов в поперечном направлении относительно продольной плоскости симметрии магнитопровода больше ширины параллелепипедов, параллельной продольной плоскости его симметрии. Ширина параллепипедов боковых тороидальных емкостей больше ширины параллелепипеда средней тороидальной емкости, расположенного между боковыми тороидальными емкостями криостата. Зазор между параллельными гранями теплоизоляционного покрытия двух соседних тороидальных емкостей заполнен листовым пенополиуретановым материалом, а его нижние края по всему периметру уплотнены пенополиуретановыми швами. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для криостатирования сверхпроводящих обмоток многофазных силовых трансформаторов с плоской магнитной системой. Техническим результатом является повышение КПД за счет сокращения теплопритоков из окружающей среды через внешнюю тепловую изоляцию к криогенной жидкости. Криостат состоит из отдельных тороидальных емкостей, образованных внутренними и внешними вертикальными и соосно расположенными диэлектрическими цилиндрами, соединенными плоскими кольцевыми днищами друг с другом. Число тороидальных емкостей равно числу фаз трансформатора. Каждая отдельная тороидальная емкость размещена на отдельном стержне плоского многофазного магнитопровода. Наружные поверхности внешних цилиндров отдельных тороидальных емкостей снабжены двумя теплоизоляционными диэлектрическими блоками в виде параллелепипедов, высотой, равной высоте отдельных тороидальных емкостей, а длиной, равной или превышающей сумму внешних диаметров отдельных тороидальных емкостей. Каждый из теплоизоляционных блоков выполнен с вертикальными полостями со стороны, примыкающей к наружной поверхности внешних цилиндров тороидальных емкостей. Число полостей равно числу отдельных тороидальных емкостей, а их форма повторяет форму внешних цилиндров тороидальных емкостей по линии соприкосновения с ними в стык. Внешние края на стыке между поверхностями внешних вертикальных цилиндров отдельных тороидальных емкостей и вертикальных полостей параллелепипедов заполнены пенополиуретановыми швами. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх