Униполярная импульсная машина

 

Союз С©ветсиик

Социалистичесиик

Ресцублии

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61,) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.06.79 (21) 2794984/24-07 с присоединением. заявки М 2987396/07 (5l )N. Кл.

Н 02 К 31/04

9eyaapame4 к, тт

СССР ню двлзи взобретенкЯ и открыткЯ (23) Приоритет

Опубликовано 23.12.82. Бюллетень М 47 (53) УДК621, .3 13.292

Дата опубликования описания 23.12.82

{72) Авторы изобретения

И, М, Кирко и В. Р. Терровере

Пермский ордена Трудового Красного Знамени госу университет им. А. М. Горького и Отдел физики полимеров

Уральского научного центра АН СССР (71) Заявители (54) УНИПОЛЯРНАЯ ИМПУЛЬСНАЯ МАШИНА

Изобретение относится к электротехнике, а именно к униполярным электрическим машинам с жидкометаллическим токосъемом, предназначенным для импульсного питания электромагнитов, соленои5 дов, индуктивных накопителей энергии, обмоток некоторых типов ускорителей и термоядерных установок и т.п.

Известны импульсные униполярные генераторы, предназначенные для получе- 1g ния одиночных импульсов тока. Нормальным режимом работы этих генераторов является внезапное замыкание на нагрузку, сопровождаемое всплеском тока в якорной цепи и динамическим торможени- т ем ротора t 1) .

Однако мощность импульсов тока s таких генераторах недостаточна. Наиболее близкой к изобретению явля- щ ется униполярная импульсная машина, содержащая. металлический ротор с двумя дисками, жидкометаллические контакты с токоотводами, расположенными на пери2 ферии дисков, статор с кольцевым магнитопроводом t2j .

Однако при создании униполярной.hehшины на большие токи использование известной конструкции неэффективно,, так как максимальная скорость вращения ро-. тора ограничена линейной скоростью жидкого 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 роста токов нагруз« ки ицдукционные электродинамические силы достигают таких значений, что да же самый тяжелый сплав невозможно удержать с помощью центробежных can.

Поэтому при работе импульсного генера;тора жидкометаллические тркосъемные .устройства нуждаются в надежной герметизации. Это вызвано еще и тем, что s момент прохождения максимального тока, имеющего место вблизи нулевой скорости

3 9839 вращения ротора, стабилизирующая роль центробежных сил отсутствует, а неуравновешенные силы магнитного давления разрушают контакт и приводят к утечке металла через любые известные уплотнения. Укаэанные обстоятельства препятствуют увеличению электрической мощности . униполярных машин и снижают их надежность.

Uemü изобретения — увеличение мощ- 10 ности униполярной машины в импульсном режиме.

Указанная цель достигается тем, что в униполярной машине токоотводы выполнены в виде одноступенчатых кольцевых I 5 электродов, примьйсаюших к жидкометаллическим контактам через дополнительные плоские электроды, размещенные в радиальных пазах, выполненных в магнитопроводе статора, а на роторе между 20 дисками симметрично установлен маховик.

На фиг. 1 изображен общий вид уни полярной машины, разрез; на фиг. 2— разрез А-А на фиг. l. 25

Униполярная машина состоит из полукорпусов (левый и правый) и разрезного статора (фиг. 2). Машина со@ержит статор асинхронного двигателя l, ротор 2 и имеет единственный разъем в корпусе с 50 электроизоляционной прокладкой 3. Узел полукорпуса состоит из крышки 4, обмотки 5 возбуждения < и силового кольца 6.

Разрезной статор содержит два полукольца 7 и 8 (фиг. 2), в которых сквозь радиальные пазъ проходят электроды 9, соединенные с втулкой-вкладышем rmppoстатического подшипника 10. Полукольца прижимаются друг z другу через обойму токосъемного одноступенчатого кольцево- <0 го электрода 11 с помощью винтового соединения. Ротор 2 опирается на два

МГД-подшипника 10. В торцах ротора 2 установлены сферические опоры 12 для .осевой фиксации вала. На центральную часть цала установлен немагнитный маховик 13 - накопитель кинетической энергии. В центральной кольцевой полости между валом и разрезным статором размешано уплотнение 14. Внешний жидкомюталличюбяий кОнтур ОООтОЕФ иэ 6&Ма

15 сброса, МГД насоса 16, фильтра 17, теплообменника 18 и бака 19 подпора.

Укиполярная машина работает следующим образом.

Магнитный поТоК oosgLR9TcR обмоткой

6 возбуждения, В нижнюю полость гидростатических подшипников 10 по магистра1 ли высокого давления подается жидкий металл, в результате чего ротор всплывает на жидкостной подушке. Затем начинается его раскрутка линейными двигателями. 1. При установившемся режиме работы 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 замыкании 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 жид кий металл из контактной зоны в торце вую йолость 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 воэможность утечки металла в полость, занятую маховиком, Разрушение и замыкание жидкометаллическнх контактов друг на друга полностью исключено, что позволяет пропустить через циркулирующий жидкий металл мегаамперные токи и увеличить мощность машины. После разряда генератора жидкость возвращается в исходное положение.

Главное достоинство предложенной конструкции униполярной машины в том, что жидкий металл стабильно удерживает ся на ободе ротора как центробежными силами, так и силами магнитного давления. Использование в конструкции МГДопор, равно как и статора асинхронного

ДЩЦаЩДЯ В КВЧЕатаееЩДЭааау 3eeIOVOg единственно возможной альтернативой.

Использование подшипников качения невоз можно из-еа их недостаточной грузоцодьемности. Выход только в использовании гидростатических подшипников. Но так как эти подшипники устанавливаются на концах ротора, то жндкий металл под действием электромагнитных сил обяза5 983026, 6 тельно попадет в подшипниковый узел и - ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я перемещается с рабочей жидкостью под- ° Униполярная импульсная машина, сошипника. Потому единственный путь усъ- держащая металлический ротор с двумя ранения этой проблемы - использовать в дисками, жидкометаллические контакты с качестве рабочей жидкости в гидростати- S токоотводами, расположенными на перической опоре сюа жидкий металл. ферии дисков, статор с кож цевым магниСогласно расчетам разгон ротора в топроводом, отличающаяся двигательном режиме неприемлем из-эа тем, что, с целью увеличения мощности невозможности организации эффективного машины, токоотводы выполнены в виде отвода джоуаева тепла от жидкого метал-1 одноступенчатых кольцевых электродов, ла. Поэтому необходим внешний привод. примыкающих к жидкометаллическим кон

Разгон ротора механическим приводом тактам через дополнительные плоские предполагает наличие в корпусе машины- электроды, размещенные s радиальных отверстия для приводного вала. Но эяо пазах, выполненных в магнитопроводе стакедопустимо, так как импульсное магнич - >> тора, а на роторе между дисками симмеч ное давление вытеснит жидкий металл из рично установлен маховик. контактной эоны через любое известное Источники информации, уплотнение вращающегося вала, разрушив принятые во внимание при экспертизе тем самым электрический контакт. Сог- 1. Харитонов В. В. и др. Переходные ласно экономическим оценкам, при одина- процессы в ударных унипопярных генераковой накапливаемой энергии вес предло- торах. N., «Энергия, 1980, с. 22, женной униполярной машины, а соответст- 2. Бертинов JL И. и др. Униполяриые венно и ее себестоимость, в пятьь раэ m- электрические маиппы с жидкометалличеоже известного униполярного генератора зим токосъемом. М.«Л, Энергия, 1966, с цилиндрическим ротором. 2$ Ь. 33.

9839 -6

Составитель A. Трепутнева

Редактор Н. Бобкова Техред Т.Маточка -KoppeKTopC. Шекмар

Заказ 9949/69 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4