PL200952B1 - Przewód zasilający układ elektryczny i układ chłodzący wysokotemperaturowego, nadprzewodzącego uzwojenia cewki wirnika - Google Patents

Abstract

Przewód zasilaj acy uk lad elektryczny i uk lad ch lodz acy wysokotemperaturowego, nadprze- wodz acego uzwojenia cewki wirnika, zawieraj a- cy blok wymiany ciep la, który mo ze zosta c przymocowany do przegrody ruroci agu prze- p lywu powrotnego, izolator mocowany mi edzy blokiem wymiany ciep la a przegrod a ruroci agu przep lywu powrotnego i termicznie zoptymali- zowane przewody pr adowe, wed lug wynalazku charakteryzuje si e tym, ze izolator (22) zawiera materia l ceramiczny, za s blok (16) wymiany ciep la zawiera dwa pó l-bloki, o wymiarach, przy których przegroda (18) ruroci agu (20) przep ly- wu powrotnego jest nimi otoczona, a termicznie zoptymalizowane przewody pr adowe zawieraj a dwa termicznie zoptymalizowane przewody pr adowe (26) po laczone z odpowiednimi pó l- blokami. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest przewód zasilający układ elektryczny i układ chłodzący wysokotemperaturowego, nadprzewodzącego uzwojenia cewki wirnika. Dokładniej, przedmiotem niniejszego wynalazku jest przewód zasilający dla wysokotemperaturowych, nadprzewodzących uzwojeń wzbudzających w wirniku maszyny synchronicznej.

Synchroniczne maszyny elektryczne, mające uzwojenia wzbudzające, obejmują, choć nie są do nich ograniczone, prądnice, silniki i silniki liniowe. Maszyny te ogólnie zawierają stojan i wirnik, które są sprzężone elektromagnetycznie. Wirnik może zawierać wielo-biegunowy rdzeń wirnika i uzwojenia cewki, zamontowane na rdzeniu wirnika. Rdzeń wirnika może zawierać magnetycznie przepuszczalny stały materiał, jak w przypadku wirnika z rdzeniem ferromagnetycznym.

W wirnikach maszyn synchronicznych zwykle są stosowane tradycyjne uzwojenia miedziane. Jednakże elektryczna rezystancja uzwojeń miedzianych (choć niska dla innych zastosowań), jest dostatecznie duża, aby wywołać znaczne grzanie wirnika i zmniejszyć wydajność energetyczną maszyny. Niedawno opracowano dla wirników uzwojenia nadprzewodzące, które w zasadzie nie mają rezystancji i są bardzo korzystne dla uzwojeń cewki wirnika.

Typowe nadprzewodzące uzwojenia wirnika tworzą cewki w postaci siodła, zamontowane wokół cylindrycznych korpusów, tworzących podporę konstrukcyjną. Cewki w kształcie siodeł są skomplikowanymi konstrukcjami uzwojeń, które są chłodzone przy bezpośrednim kontakcie z płynami kriogenicznymi. Przewody zasilające! są również chłodzone płynami kriogenicznymi w torach obwodu równoległego przepływu, co stwarza problemy związane ze sterowaniem szybkością przepływu i stabilnością temperatury przy dużych siłach odśrodkowych.

Przewód zasilający układ elektryczny i układ chłodzący wysokotemperaturowego, nadprzewodzącego uzwojenia cewki wirnika, zawierający blok wymiany ciepła, który może zostać przymocowany do przegrody rurociągu przepływu powrotnego, izolator mocowany między blokiem wymiany ciepła a przegrodą rurocią gu przepł ywu powrotnego i termicznie zoptymalizowane przewody prą dowe, według wynalazku charakteryzuje się tym, że izolator zawiera materiał ceramiczny, zaś blok wymiany ciepła zawiera dwa pół-bloki, o wymiarach, przy których przegroda rurociągu przepływu powrotnego jest nimi otoczona, a termicznie zoptymalizowane przewody prądowe zawierają dwa termicznie zoptymalizowane przewody prądowe połączone z odpowiednimi pół-blokami.

Pół-bloki są przymocowane jeden do drugiego śrubami izolowanymi elektrycznie.

Ceramiczny izolator jest utworzony z berylu lub z szafiru.

Ceramiczny izolator jest platerowany po obu stronach z wyjątkiem krawędzi.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat montażowy przewodów zasilających dla cewki wyzwalającej wirnika HTS; fig. 2 przedstawia przewody zasilające z fig. 1 i izolowaną termicznie rurę podtrzymującą; fig. 3 przedstawia przewód zasilający połączony z wirnikiem HTS; fig. 4 przedstawia termicznie zoptymalizowane przewody prądowe, sprzężone z doprowadzeniami z plecionego przewodu miedzianego, które łączą się z ceramicznymi, próż niowymi przepustami; fig. 5-8 są rysunkami mechanicznymi, pokazującymi przewody zasilające wirnika HTS i wirnik według wynalazku, zaś fig. 9 jest powiększonym rysunkiem montażowym przewodów zasilających według wynalazku.

Na rysunkach pokazane są przewody zasilające dla uzwojenia HTS cewki! wirnika. Wyprowadzenia początkowe i końcowe cewki HTS (nie pokazane) są korzystnie przylutowane do miedzianych końcówek 14, które znajdują się w pobliżu osi wirnika, tak że są poddawane małym obciążeniom odśrodkowym. Rurociąg 20 przepływu powrotnego transportuje płyn kriogeniczny z rury chłodziwa wymiennika ciepła cewki HTS w sąsiedztwie miedzianych końcówek 14, do zakończenia wału wirnika (pokazanego na fig. 8), gdzie połączenie transportu płynu dostarcza płyn kriogeniczny do zewnętrznego źródła kriogenicznego płynu chłodzącego. Krótkie doprowadzenia 12 z plecionego przewodu miedzianego łączą końcówki cewki 14 z miedzianymi blokami 16 wymiany ciepła. Bloki 16 wymiany ciepła są utworzone z dwóch pół-bloków, które mają takie wymiary, że przegroda 18 rurociągu 20 przepływu powrotnego jest nimi objęta. Jak pokazano na fig. 9 pół-bloki 16 wymiany ciepła są połączone jeden z drugim izolowanymi elektrycznie śrubami 24, które wytrzymują obciążenie odśrodkowe.

Platerowane ceramiczne izolatory 22 są lutowane z jednej strony do bloków 16 wymiany ciepła, zaś z drugiej strony do przegrody 18 rurociągu 20 przepływu powrotnego, tak że przewody zasilające są chłodzone dzięki przewodzeniu ciepła, aby usunąć ciepło do rurociągu 20 przepływu powrotnego chłodziwa wirnika. Bloki 16 wymiany ciepła są elektrycznie izolowane od rurociągu 20 przepływu

PL 200 952 B1 powrotnego przez ceramiczne izolatory 22, ale usuwają wydajnie ciepło przy małej różnicy temperatury, ponieważ ceramiczne izolatory 22 są zaprojektowane tak, że mają wysoką przewodność cieplną w temperaturach kriogenicznych. Ceramiczne izolatory 22 są zwykle wykonane z cienkich płyt berylowych (tlenek berylu) lub szafirowych, które są platerowane po obu stronach poza krawędziami, w celu zapewnienia odpowiedniej izolacji elektrycznej dla cewki HTS. Typowa grubość izolatora waha się od 0,040 do 0,125 cala. Grubsze izolatory poprawiają izolację elektryczną i zwiększają napięcie przebicia cewki HTS kosztem pogorszenia zdolności chłodzących wymiennika ciepła.

Termicznie zoptymalizowane przewody prądowe 26 są przylutowane jednym końcem do bloków 16 wymiany ciepła, zaś drugim końcem do plecionych końcówek miedzianych 28, które łączą się z ceramicznymi, próżniowymi przepustami (próżniowo szczelne, ceramicznej, izolowane końcówki miedziane). Przewody prądowe 26 są zoptymalizowane do przesyłania najwyższego natężenia prądu przy najniższym obciążeniu termicznym dla wymiennika ciepła. Przekrój poprzeczny, długość i rezystancja elektryczna termicznie zoptymalizowanych przewodów prądowych 26 są dostosowane do przesyłania prądu wirnika z wystarczającym zapasem dla stanów nieustalonych i minimalizowania transportu do zimnego końca ciepła powstającego w wyniku grzania rezystancyjnego i przewodzenia cieplnego. Termicznie zoptymalizowane części przewodów zasilających są podtrzymywane przez cienkościenną, termicznie odseparowaną rurę 30 z włókna szklanego, która jest przymocowana jednym końcem do otworu wirnika, a drugim końcem podtrzymuje bloki 16 wymiany ciepła i przegrodę 18 rurociągu 20 przepływu powrotnego.

W konstrukcji przewodów zasilających wirnika HTS według wynalazku, bloki wymiany ciepła przewodów zasilających są elektrycznie sprzęgane z wirnikiem maszyny elektrycznej, przy czym są elektrycznie izolowane od rurociągu przepływu powrotnego, a jednocześnie są termicznie sprzężone z rurociągiem przepływy powrotnego przez dostarczony między nimi izolator ceramiczny. Izolator ceramiczny zapewnia przewodzenie ciepła między blokami wymiany ciepła a rurociągiem przepływu powrotnego. Termicznie zoptymalizowane przewody prądowe dostosowane są do przesyłania stanów nieustalonych przy minimalizowaniu transportu ciepła.

Chociaż wynalazek został opisany w połączeniu z uważanymi obecnie za najbardziej praktyczne i korzystne przykłady wykonania, należy rozumieć, że wynalazek nie jest ograniczony do opisanych przykładów wykonania, ale przeciwnie, powinien obejmować różne modyfikacje i równoważne rozwiązania, mieszczące się w duchu i literze dołączonych zastrzeżeń.

Claims (4)

1. Przewód zasilający układ elektryczny i układ chłodzący wysokotemperaturowego, nadprzewodzącego uzwojenia cewki wirnika, zawierający blok wymiany ciepła, który może zostać przymocowany do przegrody rurociągu przepływu powrotnego, izolator mocowany między blokiem wymiany ciepła a przegrodą rurociągu przepływu powrotnego i termicznie zoptymalizowane przewody prądowe, znamienny tym, że izolator (22) zawiera materiał ceramiczny, zaś blok (16) wymiany ciepła zawiera dwa pół-bloki, o wymiarach, przy których przegroda (18) rurociągu (20) przepływu powrotnego jest nimi otoczona, a termicznie zoptymalizowane przewody prądowe zawierają dwa termicznie zoptymalizowane przewody prądowe (26) połączone z odpowiednimi pół-blokami.

2. Przewód według zastrz. 1, znamienny tym, że pół-bloki są przymocowane jeden do drugiego śrubami (24) izolowanymi elektrycznie.

3. Przewód według zastrz. 1, znamienny tym, że ceramiczny izolator (22) jest utworzony z berylu lub z szafiru.

4. Przewód według zastrz. 3, znamienny tym, że ceramiczny izolator (22) jest platerowany po obu stronach z wyjątkiem krawędzi.