Ротор электрической машины

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 7730 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ окл ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ленинградское электромашиностроительное объединение "Электросила"им. С.М.Кирова и Физико-техническийинститут низких температур АН УССР(54)(57) РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАР 1 ИНЬ имеющии сверхпроводящую обмотку возбуждения с каналами для циркуляциихладагента в радиальном направлении,каркас с каналами на периферии, накотором размещена указанная обмотка,и канал, расположенный в зоне оси ротора, сообщающийся с упомянутыми каналами обмотки и каркаса, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью ивышения надежности путем улучшенияэффективности охлаждения при эксщ 1 атации, каркас имеет дополнительные,теплоизолированные от обмотки возбуждения каналы, сообщающиеся с упомянутЫми каналами на периферии каркаса ив зоне оси ротора.1277300 Изобретение относится к электро- машиностроению и может быть использовано в электрических машинах с жид- костным охлаждением обмоток возбуждения ротора, в частности сверхпроводя щих обмоток возбуждения СПОВ)Известны роторы электрических машин, содержащие сверхпроводящую обмотку возбуждения, снабженную каналами для циркуляции жидкого гелия. 10Недостаток этих конструкций заключается в том, что они недостаточно надежны при локальных тенловыделениях по механическим и электромагнитнымпризнакам 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 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 0 5 30 35 4 С 45 50 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.1; на фиг.3 - узел Т 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 постутает 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 СПОВ - 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 этом3 1277 обмотка 3 и каркас 2 жиаждаются до нужной температуры (в 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-за 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 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 хлад- агент по трубопроводу 13. С увеличением тепловыделений в обмотке раэ- З 5 ность плотностей хладагента в каналах 6 и 8 увеличивается и поэтому возрастает скорость циркуляции хлад- агента, что.приводит к улучшению охлаждения обмотки. В случае лохань зоо 4ного тепловыделения в обмотке 3 (этоможет иметь место в СПОВ при возмущениях механического или электромагнитного"характера) аналогичный механизм приводит к интенсивному охлаждению источника тепловыделений. Длясверхпроводящих обмоток это приводитк улучшению стабилизацюФ обмотки,так как в случае перехода части обмотки в нормальное состояние улучшение охлаждения нормальной зоны приводит к возвращению в сверхпроводящеесостояние без принятия каких-либо дополнительных мер.В случае обмотки с параллельнымисекциями ротор имеет аналогичную конструкцию. Отличие может состоять вкреплении обмотки (например клиньями), а аксиальными каналами у оси ротора может быть снабжена каждая секция.Предложенная конструкция ротора отличается более эффективным использованием хладагента с естественнымсаморегульрованием интенсивности теплообмена, что позволяет сократитьрасход хладагента, а в случае СПОВулучшить ее криостатическую стабилизацию и повысить надежнос ь работы машины в целом.Эти преимущества предлагаемой конструкции ротора по сравнению с известным обеспечиваются за счет того,что каналы илиполости у оси ротора и и на периферии каркаса дополнительно сообщены между собой каналами, выполненными в каркасе и теплоизолирован- .ными от обмотки возбуждения.Изобретение может использоватьсяв криогенном турбогенераторе мощностью 300 МВт.277300 Составитель Л. КарцеваРедактор Н. Ивыдкая Техред В.Кадар Коррект ро С. Пекмар Заказ 6755/52 Тираж 631 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5