PL201416B1 - Wirnik maszyny synchronicznej - Google Patents

Abstract

Wirnik maszyny synchronicznej, zawieraj acy rdze n wirnika, obudow e cewki, dr azek naprezaj acy i nadprzewodz ace uzwojenie cewki, rozmieszczone wokó l przynajmniej czesci rdzenia wirnika, przy czym uzwojenie cewki zawiera dwie sekcje boczne po przeciwnych stronach rdzenia wirnika, wed lug wyna- lazku charakteryzuje si e tym, ze przynajmniej jeden drazek napr ezaj acy (42), przechodz acy przez wirnik, jest usytuowany mi edzy dwiema sekcjami bocznymi uzwojenia (34) cewki, przy czym pierwszy, p laski koniec (86) dr azka napr ezaj acego (42) jest usytu- owany w pierwszej sekcji bocznej uzwojenia (34) cewki, a drugi koniec dr azka napr ezaj acego (42) jest usytuowany w przeciwleg lej sekcji bocznej uzwojenia (34) cewki, za s pomi edzy dr azkiem napr e- zaj acym (42) a rdzeniem (22) wirnika jest pró zniowa wn eka (16) natomiast, na ka zdym z przeciwleg lych ko nców dr azka napr ezaj acego (42) jest usytuowana obudowa (44) cewki, otaczaj aca uzwojenie (34) cewki i przymocowana do tego dr azka napr ezaj acego (42), a ponadto przynajmniej jeden dr azek napr ezaj acy (42) i obudowa (44) cewki s a izolowane termicznie od rdzenia (22) wirnika. PL PL PL PL

Description

(21) Numer zgłoszenia: 353913 (51) Int.Cl.

H02K 3/46 (2006.01) H02K 55/04 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 15.05.2002 (54)

Wirnik maszyny synchronicznej

(30) Pierwszeństwo: 15.05.2001,US,09/855,026	(73) Uprawniony z patentu: General Electric Company,Schenectady,US (72) Twórca(y) wynalazku: Evangelos Trifon Laskaris,Schenectady,US
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	James Pellegrino Alexander,Ballston Lake,US
18.11.2002 BUP 24/02	Phani K. Nukala,Albany,US Ramesh Gambheera,Troy,US
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.04.2009 WUP 04/09	(74) Pełnomocnik: Kuczyńska Teresa, POLSERVICE, Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o.

(57) Wirnik maszyny synchronicznej, zawierający rdzeń wirnika, obudowę cewki, drążek naprężający i nadprzewodzące uzwojenie cewki, rozmieszczone wokół przynajmniej części rdzenia wirnika, przy czym uzwojenie cewki zawiera dwie sekcje boczne po przeciwnych stronach rdzenia wirnika, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przynajmniej jeden drążek naprężający (42), przechodzący przez wirnik, jest usytuowany między dwiema sekcjami bocznymi uzwojenia (34) cewki, przy czym pierwszy, płaski koniec (86) drążka naprężającego (42) jest usytuowany w pierwszej sekcji bocznej uzwojenia (34) cewki, a drugi koniec drążka naprężającego (42) jest usytuowany w przeciwległej sekcji bocznej uzwojenia (34) cewki, zaś pomiędzy drążkiem naprężającym (42) a rdzeniem (22) wirnika jest próżniowa wnęka (16) natomiast, na każdym z przeciwległych końców drążka naprężającego (42) jest usytuowana obudowa (44) cewki, otaczająca uzwojenie (34) cewki i przymocowana do tego drążka naprężającego (42), a ponadto przynajmniej jeden drążek naprężający (42) i obudowa (44) cewki są izolowane termicznie od rdzenia (22) wirnika.

PL 201 416 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wirnik maszyny synchronicznej. W szczególności, przedmiotem wynalazku jest konstrukcja wzmacniająca dla nadprzewodzących uzwojeń magnesujących w wirniku maszyny synchronicznej.

Do synchronicznych maszyn elektrycznych z uzwojeniami cewki magnesującej zalicza się, choć nie wyłącznie, prądnice wirujące, silniki wirujące i silniki liniowe. Te maszyny zwykle zawierają stojan i wirnik, które są sprzężone elektromagnetycznie. Wirnik może zawierać wielobiegunowy rdzeń wirnika i zainstalowane na rdzeniu wirnika jedno lub wię cej uzwojeń cewkowych. Rdzenie wirnikowe zawierają materiał stały o dużej przenikalności magnetycznej, na przykład wirnik żelazny.

W wirnikach synchronicznych maszyn elektrycznych zwykle stosuje się konwencjonalne uzwojenia miedziane. Jednakowoż rezystancja elektryczna uzwojeń miedzianych (jakkolwiek według konwencjonalnych miar niewielka) jest wystarczająca do powodowania znacznego nagrzewania wirnika i zmniejszania sprawności energetycznej maszyny. Ostatnio opracowano nadprzewodzą ce (SC - super-conducting) uzwojenia cewkowe. Uzwojenia SC efektywnie nie mają rezystancji i stanowią bardzo korzystne uzwojenia cewkowe wirnika.

Wirniki z rdzeniem żelaznym przy natężeniu pola w szczelinie powietrznej wynoszącym około 2 tesla nasycają się. W znanych konstrukcjach wirników nadprzewodzących stosuje się konstrukcje z rdzeniem powietrznym, bez ż elaza w wirniku, osią gają c pole magnetyczne w szczelinie powietrznej o wartoś ci powyż ej 3 tesla. Te silne pola magnetyczne w szczelinie powietrznej przyczyniają się do zwiększenia gęstości mocy maszyny elektrycznej, i w wyniku dają znaczne zmniejszenie ciężaru i rozmiarów maszyny. Nadprzewodzące wirniki z rdzeniem powietrznym wymagają dużych ilości drutu nadprzewodzącego. Te duże ilości drutu SC poza wymaganiem dużej liczby cewek powodują złożoność podpór cewek i zwiększają koszt uzwojeń cewki SC i wirnika.

Uzwojenia magnesujące cewki z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym są kształtowane z materiał ów nadprzewodzą cych, które są kruche, i wymagają chł odzenia do temperatury równej krytycznej lub niższej od krytycznej, na przykład 27K, dla osiągnięcia i utrzymania nadprzewodnictwa. Uzwojenia nadprzewodzące mogą być kształtowane z materiału z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym, jak na przykład BSCCO (BixSrxCaxCuxOx).

Cewki nadprzewodzące chłodzone są ciekłym helem. Po przepłynięciu przez uzwojenie silnika, gorący, zużyty hel jest odprowadzany z powrotem jako gazowy hel o temperaturze pokojowej. Używanie ciekłego helu do chłodzenia kriogenicznego wymaga ciągłego ponownego skraplania zwracanego gazowego helu o temperaturze pokojowej, i takie ponowne skraplanie stwarza znaczne problemy niezawodnościowe i wymaga znacznej mocy pomocniczej.

Znane metody chłodzenia cewek SC obejmują chłodzenie, nasycanej epoksydem, cewki SC przez stałą ścieżkę z chłodnicy kriotechnicznej. W rozwiązaniu alternatywnym ciekły i/lub gazowy kriogen mogą przenosić rury chłodzące w wirniku do porowatego uzwojenia cewki SC zanurzonej w strumieniu ciekłego i/lub gazowego kriogenu. Jednakowoż, chłodzenie zanurzeniowe wymaga utrzymywania w temperaturze kriogenicznej całego uzwojenia magnesującego i konstrukcji wirnika. Wskutek tego nie można w ogóle stosować żelaza w obwodzie magnetycznym wirnika z powodu kruchości żelaza w temperaturach kriogenicznych.

Występuje zatem potrzeba opracowania nadprzewodzącego zespołu uzwojenia magnesującego dla maszyny elektrycznej, nie wykazującego wad rdzenia powietrznego i chłodzonego cieczowo nadprzewodzącego uzwojenia magnesującego zespołu znanego wirnika nadprzewodzącego.

Poza tym, cewki z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym (HTS - high temperature super-conducting coils) są wrażliwe na degradację przy dużych naprężeniach zginających i rozciągających. Cewki te podlegają działaniu znacznych sił odśrodkowych, które rozciągają i odkształcają uzwojenia cewki. Normalna praca maszyny elektrycznej wiąże się z tysiącami cykli włączenia i wyłączenia w cią gu kilku lat, co powoduje obciążenie zmę czeniowe wirnika przy mał ej liczbie cykli. Ponadto uzwojenie wirnika HTS powinno wytrzymywać pracę z 25% przekroczeniem szybkości podczas procedur wyważania wirnika przy temperaturze otoczenia, i ponadto sporadyczne warunki przekroczenia szybkości podczas operacji generowania energii elektrycznej. Te warunki przekroczeń szybkości zwiększają obciążenie siłą odśrodkową uzwojenia powyżej normalnych warunków eksploatacyjnych.

Cewki SC wykorzystywane jako uzwojenia magnesujące HTS, z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym, wirnika podlegają działaniu naprężeń i odkształceniom podczas schładzania i normalnego działania. Podlegają one działaniu obciążenia odśrodkowego, przenoszenia momentu, i przejściowych

PL 201 416 B1 warunków uszkodzeń. Dlatego, aby wytrzymywały te siły, naprężenia odkształcenia i obciążenia cykliczne, cewki SC wymagają odpowiedniego podparcia na wirniku przez układ wzmacniający cewki. Te układy wzmacniające utrzymują cewkę (lub cewki) w wirniku z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym (HTS) i zabezpieczają te cewki przed ogromnymi siłami odśrodkowymi spowodowanymi wirowaniem wirnika. Ponadto, układ wzmacniający cewki ochrania cewki nadprzewodzące SC, i zapewnia, że cewki nie ulegną przedwczesnemu spękaniu, zmęczeniu lub innemu uszkodzeniu.

Opracowanie układów wzmacniających cewki HTS stanowiło trudne wyzwanie przy dopasowywaniu cewek SC do wirników HTS. Przykładami opracowanych poprzednio układów wzmacniających dla wirników HTS są rozwiązania proponowane i zastrzegane w patentach USA o numerach 5.548.168, 5.532.663, 5.672.921, 5.777.420, 6.169.353 i 6.066.906. W opisie patentowym US 5777420 ujawniono zespół wirnika zawierający rurowy człon rdzeniowy, schodkowe profile, ukształtowane wzdłuż osi i nadprzewodzące uzwojenie, które z kolei zawiera liczne, podwójne, pł askie cewki, wewną trz powłoki wsporczej. Płaskie cewki wystają schodkowo do wewnątrz i wystające schodkowo do wewnątrz końce płaskich cewek są osadzone w schodkowych profilach. Chłodzące kanały, równoległe do osi wzdłużnej zespołu wirnika, ciągną się wzdłuż długości rurowego członu i przenoszą płynne lub gazowe chłodziwa niezbędne do ochładzania zespołu wirnika. Ponadto, w opisie patentowym US 4184089 ujawniono „szprychową” konstrukcję do podtrzymywania nadprzewodzącego wirnika. Szprychy przechodzą przez puste wnętrze i są przymocowane do odpowiednich części cylindrycznych. Jednakowoż te układy wzmacniające dla cewek nie rozwiązują różnych problemów, na przykład związanych z ich kosztem, złożonością i wymaganiem nadmiernej liczby części. Występuje również od dawna odczuwana potrzeba opracowania układu wzmacniającego cewki wytwarzanego przy małych kosztach, z łatwych w produkcji części składowych.

Wirnik maszyny synchronicznej, zawierający rdzeń wirnika, obudowę cewki, drążek naprężający i nadprzewodzące uzwojenie cewki, rozmieszczone wokół przynajmniej części rdzenia wirnika, przy czym uzwojenie cewki zawiera dwie sekcje boczne po przeciwnych stronach rdzenia wirnika, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przynajmniej jeden drążek naprężający, przechodzący przez wirnik, jest usytuowany między dwiema sekcjami bocznymi uzwojenia cewki, przy czym pierwszy, płaski koniec drążka naprężającego jest usytuowany w pierwszej sekcji bocznej uzwojenia cewki, a drugi koniec drążka naprężającego jest usytuowany w przeciwległej sekcji bocznej uzwojenia cewki, zaś pomiędzy drążkiem naprężającym a rdzeniem wirnika jest próżniowa wnęka natomiast, na każdym z przeciwległych końców drążka naprężającego jest usytuowana obudowa cewki, otaczająca uzwojenie cewki i przymocowana do tego drążka naprężającego, a ponadto przynajmniej jeden drążek naprężający i obudowa cewki są izolowane termicznie od rdzenia wirnika.

Obudowa cewki stanowi kanał w kształcie litery U.

Wirnik dodatkowo zawiera kriogeniczne złącze dostarczające płynu chłodzącego do uzwojenia cewki, przy czym obudowa i drążek naprężający są chłodzone przez przewodzenie od uzwojenia cewki.

Wirnik jest dodatkowo zaopatrzony w kołek ustalający sprzęgający obudowę z drążkiem naprężającym.

Wirnik jest dodatkowo zaopatrzony w rurowy kołek, sprzęgający obudowę z drążkiem naprężającym.

Drążek naprężający przechodzi przez wzdłużną oś wirnika.

Drążek naprężający przechodzi przez kanały w rdzeniu wirnika.

Rdzeń wirnika dodatkowo zawiera kanał prostopadły do wzdłużnej osi wirnika i w tym kanale jest usytuowany przynajmniej jeden drążek naprężający.

Wirnik dodatkowo zawiera zespół kanałów prostopadłych do wzdłużnej osi rdzenia wirnika i w płaszczyźnie wyznaczonej przez nadprzewodzącą cewkę.

Nadprzewodząca cewka posiada owalne nadprzewodzące uzwojenie cewki w płaskim kształcie owalnym, równoległe do wzdłużnej osi wirnika.

Wirnik według wynalazku posiada konstrukcję wzmacniającą cewki zaopatrzoną w drążki naprężające i obudowy kanałów w kształcie litery U, do montowania cewek SC wewnątrz przestrzeni próżniowej wirnika HTS. Drążki naprężające napinają przeciwległe boki cewki. Obudowy kanałów są przymocowane do obu końców drążka naprężającego i obiegają boczną część cewki. Cewka jest podtrzymywana przez drążki naprężające i obudowy kanałów w stosunku do sił odśrodkowych i innych sił działających na cewkę.

Wirnik HTS może być oryginalnie zaprojektowany dla maszyny synchronicznej z cewkami SC. W sytuacji alternatywnej wirnik HTS może zastępować wirnik z cewkami miedzianymi w istniejącej

PL 201 416 B1 maszynie elektrycznej, na przykład w konwencjonalnej prądnicy. Wirnik i jego cewki SC są w niniejszym dokumencie opisywane w kontekście prądnicy, lecz wirnik z cewkami HTS nadaje się również do wykorzystania w innych maszynach synchronicznych.

Układ wzmacniający cewki jest użyteczny w przypadku integrowania układu wzmacniającego cewki z cewką i wirnikiem. Poza tym, układ wzmacniający cewki ułatwia wstępny montaż układu wzmacniającego cewki, przed montażem końcowym wirnika. Wstępny montaż zmniejsza czas montażu, poprawia jakość podparcia cewki i zmniejsza różnice montażowe cewki.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania uwidoczniono na załączonym rysunku, na którym fig. 1 stanowi uproszczony widok z boku synchronicznej maszyny elektrycznej z nadprzewodzącym wirnikiem i stojanem, fig. 2 stanowi widok perspektywiczny przykładowego owalnego uzwojenia cewki nadprzewodzącej, fig. 3 stanowi widok w rozłożeniu części składowych wirnika z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym (HTS), fig. 4 do 6 stanowią uproszczone widoki wirnika HTS przedstawionego na fig. 3, fig. 7 stanowi powiększony przekrój części konstrukcji wzmacniającej dla wirnika HTS przedstawionego na fig. 3, fig. 8 stanowi widok perspektywiczny obudowy kanału, fig. 9 do 11 stanowią widoki perspektywiczne ukazujące proces montażu wirnika HTS przedstawionego na fig. 3.

Na fig. 1 przedstawiono przykładową prądnicę synchroniczną 10 mającą stojan 12 i wirnik 14. Wirnik zawiera cewki uzwojenia magnesującego, które wstawione są ciasno do wewnątrz cylindrycznej próżniowej wnęki 16 dla wirnika w stojanie. Wirnik osadzony jest wewnątrz próżniowej wnęki stojana. Przy obracaniu się wirnika wewnątrz stojana, pole magnetyczne 18 (przedstawione liniami przerywanymi) generowane przez wirnik i cewki wirnika porusza się/wiruje w stojanie i wytwarza prąd elektryczny w uzwojeniach cewek 19 stojana. Prąd ten jest oddawany przez prądnicę na zewnątrz w charakterze mocy elektrycznej.

Wirnik 14 ma zwykle oś 20 biegnącą wzdłużnie, i zwykle lity rdzeń 22 wirnika. Lity rdzeń 22 o dużej przenikalności magnetycznej jest zwykle wykonany z materiału ferromagnetycznego, na przykład żelaza. W maszynie o małej gęstości mocy z nadprzewodnictwem, rdzeń żelazny jest wykorzystywany do zmniejszenia siły magnetomotorycznej (MMF) a zatem zmniejszenia ilości drutu w cewce nadprzewodzącej (SC) potrzebnego na uzwojenie cewki. Na przykład lity rdzeń żelazny wirnika może być nasycony magnetycznie przy natężeniu pola magnetycznego w szczelinie wynoszącym około 2 tesla.

Wirnik 14 podtrzymuje przynajmniej jedno, rozciągające się wzdłużnie, owalne uzwojenie 34 cewki z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym (HTS) (patrz fig. 2). Uzwojenie cewki HTS może w odróżnieniu od tego mieć kształt siodłowy lub może mieć pewien inny kształt, odpowiedni dla konkretnej konstrukcji wirnika HTS. Układ wzmacniający cewki opisywany w niniejszym dokumencie jest przeznaczony dla uzwojenia cewki SC owalnej. Układ wzmacniający cewki może być dostosowany do konfiguracji cewki innej, niż cewka owalna instalowana na litym rdzeniu wirnika.

Wirnik zawiera wał 24 kolektora i napędowy wał końcowy 30, które obejmują z dwóch stron rdzeń 22 wirnika, i podparte są łożyskami 25. Wały końcowe mogą być sprzężone z urządzeniami zewnętrznymi. Na przykład końcowy wał 24 kolektora może mieć złącze 26 do transportu czynnika kriogenicznego łączące ze źródłem kriogenicznego płynu chłodzącego wykorzystywanego do chłodzenia uzwojeń cewki SC w wirniku. Złącze 26 do transportu czynnika kriogenicznego zawiera segment stacjonarny dołączony do źródła kriogenicznego płynu chłodzącego, i segment obrotowy, który dostarcza płyn chłodzący do cewki HTS. Końcowy wał 24 kolektora zawiera również kolektor 78 do połączenia elektrycznego z wirującym uzwojeniem cewki SC. Wał 30 na końcu napędowym wirnika może być napędzany przez sprzęgło 32 turbiny energetycznej 32.

Figura 2 przedstawia przykładowe owalne uzwojenie 34 cewki magnesującej. W skład cewek uzwojenia 34 magnesującego wirnika wchodzi nadprzewodząca w wysokiej temperaturze cewka (SC) 36. Każda cewka SC zawiera przewodnik z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym, na przykład druty z BSCCO (BixSrxCaxCuxOx) laminowane w kompozycie uzwojeniowym nasycanym epoksydem. Na przykład zespół drutów z BSCCO 2223 może być laminowany, spajany i zwijany w litą cewkę nasyconą epoksydem.

Drut SC jest łamliwy i łatwy do uszkodzenia. Cewka SC jest zwykle nawijana warstwami taśmy, nasycanej epoksydem. Taśma SC jest zwinięta w precyzyjny kształt, dla zapewnienia ciasnych tolerancji wymiarowych. Taśma jest nawinięta spiralnie tworząc owalną cewkę SC 36.

Wymiary cewki owalnej zależą od wymiarów rdzenia wirnika. Zwykle każda owalna cewka otacza bieguny magnetyczne rdzenia wirnika i jest równoległa do osi wirnika. Uzwojenia cewki są ciągłe wokół kształtu owalnego. Cewki SC tworzą bezrezystancyjną ścieżkę dla prądu elektrycznego wokół

PL 201 416 B1 rdzenia wirnika i między biegunami magnetycznymi rdzenia. Cewka ma styki elektryczne 114 łączące elektrycznie cewkę z kolektorem 78.

W uzwojeniu 34 cewki znajdują się kanały płynowe 38 dla kriogenicznego płynu chłodzącego. Kanały te mogą przechodzić wokół zewnętrznej krawędzi cewki 36 SC. Przejścia kanałowe doprowadzają płyn chłodzący do cewki i odprowadzają z cewki ciepło. Płyn chłodzący utrzymuje niską temperaturę, na przykład 27K w uzwojeniu cewki konieczną do zapewnienia warunków nadprzewodnictwa, związanych z brakiem rezystancji elektrycznej cewki. Kanały chłodzące na jednym końcu rdzenia wirnika mają wejściowe i wyjściowe okna 112 dla płynu. Te okna 112 dla płynu (gazu) łączą kanały chłodzące 38 cewki SC ze złączem 26 do transportu czynnika kriogenicznego.

Każde uzwojenie 34 owalnej cewki ma dwie w zasadzie proste części boczne 40, równoległe do osi 20 wirnika, i dwie części końcowe 54, które są prostopadłe do osi wirnika. Na części boczne cewki działają największe siły odśrodkowe. Zatem ściany boczne są podparte układem wzmacniającym cewki, który kompensuje siły odśrodkowe działające na cewkę.

Figura 3 przedstawia w rozłożeniu rdzeń 22 wirnika i układ wzmacniający dla cewki z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym. W skład układu wzmacniającego wchodzą drążki naprężające 42 połączone z obudowami kanałowymi w kształcie litery U. Obudowy utrzymują i wspierają części boczne 40 uzwojenia 38 cewki wirnika. Jakkolwiek na fig. 3 przedstawiono jeden drążek naprężający i jedną obudowę kanału, to układ wzmacniający cewki będzie zwykle zawierał szereg drążków naprężających, z których każdy ma obudowy wzmacniające cewki na obu końcach drążka. Drążki naprężające i obudowy kanałowe zapobiegają uszkodzeniu uzwojenia cewki podczas pracy wirnika, wzmacniają uzwojenie cewki w odniesieniu do sił odśrodkowych i innych, i stanowią ekran ochronny dla uzwojenia cewki.

Główne obciążenie uzwojenia 34 cewki HTS w wirniku z rdzeniem żelaznym pochodzi od przyspieszenia odśrodkowego podczas wirowania wirnika. Potrzebne jest skuteczne wsparcie, zwłaszcza wzdłuż sekcji bocznych 40 cewki, na które działa największe przyspieszenie odśrodkowe. Dla wzmocnienia sekcji bocznych cewki, między sekcjami cewki rozpięte są drążki naprężające, zamocowane do kanałowych obudów 44, które chwytają przeciwległe sekcje boczne cewki. Drążki naprężające rozciągają się między sekcjami bocznymi tej samej cewki lub między cewkami sąsiednimi.

Kanały 46 mają zwykle kształt cylindrycznych przejść w rdzeniu wirnika, o prostych osiach. Średnica kanałów jest w zasadzie stała, z wyjątkiem ich końców przy wgłębionych powierzchniach wirnika. Na końcach kanały mogą rozszerzać się do większej średnicy, dla pomieszczenia nieprzewodzącej cylindrycznej tulei, tworzącej rurę izolacyjną 52, która zapewnia ślizgową powierzchnię łożyskującą i izolację termiczną między rdzeniem wirnika a drążkiem naprężającym.

Osie kanałów 46 znajdują się zwykle w płaszczyźnie wyznaczonej przez owalną cewkę. Poza tym, osie kanałów są prostopadłe do sekcji bocznych cewki, do której są przyłączone drążki naprężające przechodzące przez te kanały. Ponadto, w przedstawionej w niniejszym dokumencie odmianie wykonania kanały są ortogonalne względem osi wirnika, i przecinają tę oś. Liczba kanałów i rozmieszczenie tych kanałów będzie zależało od rozmieszczenia cewek HTS i liczby obudów cewki (patrz fig. 10) niezbędnych do podparcia bocznych sekcji cewek.

Drążki naprężające podtrzymują cewkę szczególnie dobrze w odniesieniu do sił odśrodkowych, ponieważ drążki przechodzą w zasadzie promieniowo między bokami uzwojenia cewki. Każdy drążek naprężający jest wałkiem stanowiącym przedłużenie w kierunku wzdłużnym drążka i w płaszczyźnie owalnej cewki. Wiązanie wzdłużne drążków naprężających zapewnia boczną sztywność cewek, co zapewnia korzystne parametry dynamiczne wirnika. Ponadto, sztywność boczna umożliwia zintegrowanie wzmocnienia cewek, tak że cewka może być składana ze wzmocnieniem cewki przed końcowym montażem wirnika. Wstępny montaż cewki ze wzmocnieniem skraca cykl produkcyjny, poprawia jakość wzmocnienia cewki, i zmniejsza różnice w montażu cewki. Cewka owalna wzmocniona jest matrycą elementów naprężających, które spinają długie boki cewki. Elementy wzmacniające cewki w postaci drążków naprężających są montowane wstępnie z cewką.

Uzwojenie cewki HTS i konstrukcyjne elementy wzmacniające znajdują się w temperaturze kriogenicznej. W odróżnieniu od tego, rdzeń wirnika znajduje się w temperaturze „gorącego” otoczenia. Wsporniki cewki stanowią potencjalne źródła przewodnictwa cieplnego, które mogłoby umożliwić docieranie ciepła z rdzenia wirnika do cewek HTS. Podczas pracy wirnik staje się gorący. Ponieważ cewki muszą być utrzymywane w warunkach przechłodzenia, to przewodzeniu ciepła do cewek należy zapobiegać. Drążki przechodzą przez otwory, na przykład kanały, w wirniku, lecz nie stykają się z wirnikiem. Ten brak kontaktu zapobiega przewodzeniu ciepła z wirnika do drążków naprężających i cewek.

PL 201 416 B1

Dla zmniejszenia upływu ciepła na zewnątrz z cewki, wspornik cewki jest zminimalizowany, dla zmniejszenia przewodzenia ciepła przez wspornik od źródeł ciepła, na przykład rdzenia wirnika. Istnieją w zasadzie dwie kategorie wsporników uzwojenia nadprzewodzącego (I) wsporniki „gorące”, i (II) wsporniki „zimne”. W przypadku wspornika gorącego, konstrukcje wzmacniające są izolowane cieplnie od chłodzonych uzwojeń SC. Przy wspornikach gorących, większość obciążenia mechanicznego cewki nadprzewodzącej (SC) jest przejmowana przez elementy konstrukcyjne rozpięte między elementami zimnymi i gorącymi.

W zimnym układzie wzmacniającym, układ wzmacniający znajduje się w temperaturze bliskiej niskiej kriogenicznej temperatury cewek SC. We wspornikach zimnych większość obciążenia mechanicznego cewki nadprzewodzącej (SC) jest przejmowana przez elementy konstrukcyjne znajdujące się w temperaturze bliskiej kriogenicznej. Opisywany niniejszym przykł adowy ukł ad wzmacniają cy cewki jest wspornikiem zimnym, ponieważ drążki naprężające i przyporządkowane do nich obudowy sprzęgające drążki naprężające z uzwojeniami cewki SC są utrzymywane w temperaturze równej kriogenicznej lub bliskiej jej. Ponieważ elementy wzmacniające są zimne, to te elementy są izolowane termicznie, na przykład przez kanały bezstykowe w rdzeniu wirnika, od innych, „gorących” części składowych wirnika.

Pojedynczy element wzmacniający składa się z drążka naprężającego 42 (który może być prętem z dwiema śrubami na każdym końcu), kanałowej obudowy 44, i kołka ustalającego 80, który łączy obudowę z końcem drążka naprężającego. Każda kanałowa obudowa 44 jest obejmą w kształcie litery U, mającą ramiona, które łączą się z drążkiem naprężającym i kanałem obejmując uzwojenie 34 cewki. Kanałowa obudowa w kształcie litery U umożliwia precyzyjny i wygodny montaż układu wzmacniającego dla cewki. Wzdłuż boku uzwojenia cewki może być rozmieszczony szereg kanałowych obudów stykających się końcami. Kanałowe obudowy razem rozprowadzają siły działające na cewkę, na przykład siły odśrodkowe w zasadzie na całe sekcje boczne 40 każdej cewki.

Kanałowe obudowy 44 zapobiegają nadmiernemu uginaniu się sekcji bocznych 40 cewek pod działaniem sił odśrodkowych. Wsporniki cewki nie ograniczają liniowego rozszerzania się i kurczenia termicznego cewek, występującego podczas normalnych operacji uruchamiania/zatrzymywania turbiny gazowej. W szczególności, liniowa rozszerzalność termiczna jest ukierunkowana głównie w kierunku długości sekcji bocznych. Zatem sekcje boczne cewki ślizgają się nieco wzdłużnie względem obudowy kanałowej i drążków naprężających.

Przenoszenie obciążenia odśrodkowego z konstrukcji cewki na drążek wzmacniający odbywa się przez kanałową obudowę, która nałożona jest wokół powierzchni zewnętrznej cewki, i bocznych sekcji prostych, i jest unieruchomiona przez kołki ustalające 80 w końcu drążka naprężającego mającym większą średnicę. Kanałowe obudowy o kształcie U wykonane są z lekkiego materiału o dużej wytrzymałości, który ma dobrą ciągliwość w temperaturach kriogenicznych. Typowymi materiałami na obudowy kanałowe są aluminium, Inconel lub stopy tytanowe, które są niemagnetyczne. Kształt obudowy U można optymalizować pod względem masy i wytrzymałości.

Kołek ustalający 80 przechodzi przez otwory w obudowie kanałowej i drążku naprężającym. Kołek może dla zmniejszenia ciężaru być wykonany jako drążony. Na końcach kołka ustalającego 80 znajdują się nakręcone czyli zamocowane nakrętki blokujące (nie pokazane) dla unieruchomienia obudowy w kształcie U i zabezpieczenia przed rozpadnięciem i rozproszeniem na zewnątrz boków obudowy pod obciążeniem. Kołek ustalający może być wykonany jako wytrzymały z Inconelu lub stopów tytanowych. Drążki naprężające mają większą średnicę końców, które są wykonane przez skrawanie, z dwoma spłaszczeniami dla dopasowania do obudowy o kształcie litery U i do szerokości cewki. Płaskie końce 86 drążków naprężających dotykają wewnętrznej powierzchni cewek HTS, kiedy drążek, cewka i obudowa są zmontowane razem, i ten montaż zmniejsza skupianie naprężeń przy otworze w drążku naprężającym dla kołka ustalającego.

Układ wzmacniający cewki z drążkami naprężającymi 42, kanałowymi obudowami 44 i dzielonym zaciskiem 58 może być składany z uzwojeniami 34 cewki HTS, przy montażu obu tych części na rdzeniu 22 wirnika. Drążki naprężające, obudowy kanałowe i zacisk stanowią całkowicie sztywną konstrukcję do wzmocnienia uzwojeń cewki i unieruchomienia uzwojeń cewki względem rdzenia wirnika.

Każdy drążek naprężający 42 przechodzi przez rdzeń wirnika, i może przechodzić prostopadle przez oś 20 wirnika. Kanały 46 skrośne rdzenia wirnika stanowią przejścia, przez które przechodzą drążki naprężające. Średnica kanałów jest dostatecznie duża dla uniknięcia konieczności stykania się gorących ścian wirnika w kanale z zimnymi drążkami naprężającymi. Brak tego styku poprawia izolację cieplną między drążkami naprężającymi a rdzeniem wirnika.

PL 201 416 B1

Rdzeń 22 wirnika jest zwykle wykonany z materiału magnetycznego, na przykład żelaza, natomiast końcowe wały wirnika są zwykle wykonywane z materiału niemagnetycznego, na przykład stali nierdzewnej. Rdzeń wirnika i wały końcowe stanowią zwykle oddzielne części składowe, które są składane i trwale łączone razem albo przez skręcanie śrubami, albo przez spawanie.

Żelazny rdzeń 22 wirnika ma zwykle kształt cylindryczny odpowiedni do wirowania we wnęce 16 wirnika stojana 12. Rdzeń wirnika ma wgłębione powierzchnie 48, na przykład obszary lub szczeliny płaskie lub trójkątne, dla uzwojeń cewki. Te powierzchnie 48 są ukształtowane w zakrzywionej powierzchni 50 rdzenia cylindrycznego i przechodzą wzdłuż przez rdzeń wirnika. Uzwojenie 34 cewki jest zamontowane na wirniku w sąsiedztwie obszarów wgłębionych 48. Cewki zwykle są ułożone wzdłuż zewnętrznej powierzchni obszaru wgłębionego i wokół końców rdzenia wirnika. Wgłębione powierzchnie 48 rdzenia wirnika mieszczą uzwojenie cewki. Kształt obszaru wgłębionego jest zgodny z kształtem uzwojenia cewki. Na przykład, jeżeli cewka byłaby ukształtowana siodłowo, lub w pewien inny sposób, to wgłębienia w rdzeniu wirnika byłyby ukształtowane odpowiednio do pomieszczenia kształtu uzwojenia.

Wgłębione powierzchnie 48 mieszczą uzwojenie cewki, tak że powierzchnia zewnętrzna uzwojenia cewki sięga w zasadzie do obwiedni powstałej przy obrocie wirnika. Zewnętrzne zakrzywione powierzchnie 50 rdzenia wirnika przy wirowaniu tworzą obwiednię cylindryczną. Ta obwiednia obracania się wirnika ma w zasadzie tę samą średnicę, co wnęka 16 na wirnik (patrz fig. 1) w stojanie.

Przerwa między obwiednią wirnika a wnęką 16 w stojanie stanowi stosunkowo niewielki prześwit, potrzebny do wymuszonego chłodzenia wentylacyjnego tylko stojana, ponieważ wirnik nie wymaga chłodzenia wentylacyjnego. Pożądane jest minimalizowanie prześwitu między wirnikiem a stojanem, dla zwiększenia sprzężenia elektromagnetycznego między uzwojeniami cewki wirnika a uzwojeniami stojana. Ponadto korzystne jest, jeżeli uzwojenie cewki wirnika umieszczone jest tak, że wystaje do obwiedni wyznaczonej przez wirnik, a zatem jest oddzielone od stojana tylko przerwą stanowiącą prześwit między wirnikiem a stojanem.

Sekcje końcowe 54 uzwojenia 34 cewki sąsiadują z przeciwległymi końcami 56 rdzenia wirnika. Dzielony zacisk przy każdym końcu 54 cewki zawiera dwie przeciwległe płyty 60, między którymi umieszczone jest przekładkowo uzwojenie 34 cewki. Powierzchnie płyt zaciskowych zawierają kanały 116, 118 (fig. 11) do pomieszczenia uzwojenia cewki i doprowadzeń 112, 114 do uzwojenia.

Dzielony zacisk 58 może być wykonany z materiału niemagnetycznego, na przykład z aluminium lub stopów Inconel. Te same lub podobne materiały niemagnetyczne można wykorzystywać do wykonania drążków naprężających, obudów kanałowych i innych części układu wzmacniającego cewki. Układ wzmacniający cewkę jest, korzystnie, niemagnetyczny, dla zachowania ciągliwości w temperaturach kriogenicznych, ponieważ materiały ferromagnetyczne w temperaturze poniżej punktu przejścia Curie stają się kruche i nie nadają się do wykorzystania w konstrukcjach przenoszących obciążenie.

Dzielony zacisk 58 otoczony jest kołnierzem 62, chociaż nie pozostaje z nim w kontakcie. Kołnierz 62 znajduje się na każdym końcu rdzenia 22 wirnika, jakkolwiek na fig. 3 przedstawiono tylko jeden kołnierz. Kołnierz jest to gruba tarcza z materiału niemagnetycznego, takiego samego, jak materiał, z którego są wykonane wały wirnika lub podobnego, na przykład stali nierdzewnej. Jak z tego wynika, ten kołnierz jest częścią wału wirnika. Kołnierz 62 ma szczelinę 64, prostopadłą do osi wirnika i dostatecznie szeroką do pomieszczenia i ułożenia dzielonego zacisku 58. Gorące ściany boczne 66 kołnierza ze szczeliną są odsunięte od zimnego dzielonego zacisku, tak że nie wchodzą z nim w kontakt.

Kołnierz 62 może zawierać wgłębiony obszar dyskowy 68 (przedzielony na dwie części szczeliną 64) do pomieszczenia podniesionego obszaru dyskowego 70 rdzenia wirnika (po przeciwnej stronie rdzenia wirnika znajduje się podwyższony obszar dyskowy do wprowadzenia w kołnierz przeciwległy). Wprowadzenie podwyższonego obszaru na końcu 56 rdzenia wirnika we wgłębiony obszar dyskowy 68 zapewnia podparcie dla rdzenia wirnika w kołnierzu, i sprzyja skorygowaniu położenia wzajemnego rdzenia wirnika i kołnierzy. Poza tym kołnierz może mieć kołowy obszar otworów 72 pod śruby przechodzące wzdłużnie przez kołnierz i rozmieszczone wokół obrzeża kołnierza. Te otwory pod śruby odpowiadają zgodnie rozmieszczonym otworom gwintowanym 74 dla śrub, przechodzącym częściowo przez rdzeń wirnika. Śruby 75 (patrz fig. 5) przechodzą przez te wzdłużne otwory 72, 74 dla śrub i mocują kołnierze do rdzenia wirnika.

Figura 4 przedstawia pierwszy przekrój rdzenia wirnika i kołnierza. Fig. 5 przedstawia drugi przekrój rdzenia wirnika i kołnierza, prostopadły do pierwszego przekroju. Przewody elektryczne i przewody dla płynu chłodzącego są ekranowane cienkościenną rurą 76, która przechodzi wzdłuż osi wirnika od jednej z sekcji końcowych 54 cewki i przez kołnierz 62. Kanały chłodzące w rurze 76 łączą się

PL 201 416 B1 z oknami wejściowymi i wyjściowymi 112 kanału chłodzącego 38 prowadzącego od uzwojenia cewki do złącza 26 przepływu czynnika kriogenicznego. Złącze elektryczne 114 cewki znajduje się na tej samej sekcji końcowej cewki, co złącze 26 chłodzenia.

Sekcje boczne 40 owalnego uzwojenia 34 cewki są wzmocnione szeregiem drążków naprężających 42 przechodzących przez kanały 46 w rdzeniu wirnika. Drążki naprężające są niemagnetycznymi, prostymi prętami przechodzącymi między przeciwległymi sekcjami bocznymi tej samej cewki, lub między sekcjami bocznymi dwóch cewek. Drążek naprężający może być wykonany ze stopów niemagnetycznych o wysokiej wytrzymałości, na przykład Inconelu X718. Drążki naprężające zaopatrzone są na każdym końcu w sprzęg z kanałową obudową 44, która obejmuje bok 40 uzwojenia cewki. Kanałowe obudowy 44 i drążki naprężające 42 mogą służyć do korygowania naprężenia przykładanego do bocznych sekcji uzwojeń cewki. Na przykład drążki naprężające mogą być wykonane z naprężonego pręta, który przechodzi przez rdzeń wirnika, i ma na każdym końcu gwintowany otwór dla śruby naprężającej.

Każda ze śrub naprężających może mieć płaski koniec 86 stykający się z uzwojeniem cewki.

Uzwojenie 34 cewki jest wzmocnione drążkami naprężającymi 42 (z których na fig. 4 przedstawiono tylko jeden) które spinają przeciwległe sekcje boczne 40 cewki. Kanałowa obudowa 44 połączona jest kołkiem ustalającym 80 z końcem drążka naprężającego. Dla przejrzystości niniejszego opisu, lewa strona fig. 6 przedstawia drążek naprężający bez obudowy kanałowej. Podobnie, górna strona fig. 4 przedstawia drążek naprężający bez obudowy kanałowej; natomiast dolna część ukazuje obudowę kanałową przymocowaną do drążka naprężającego. Drążki naprężające 42 przechodzą przez kanały 46 w rdzeniu 22 wirnika. Te kanały mają zwiększoną średnicę na ich odpowiednich końcach 88. Te powiększone końce 88 mieszczą rurę izolacyjną 52, która jest ukształtowana w postaci tulei na drążku naprężającym. Rury izolacyjne ekranują termicznie drążki naprężające 42 od gorącego rdzenia 22 wirnika.

Jak to pokazano na fig. 5, kanały 46 przechodzą prostopadle przez oś wirnika i są rozmieszczone symetrycznie na długości rdzenia. Liczba kanałów 46 i ich rozmieszczenie na rdzeniu wirnika i względem siebie nawzajem, jest sprawą wyboru przy projektowaniu.

Rdzeń wirnika może być zamknięty w metalowym cylindrycznym ekranie 90, który chroni uzwojenie 34 cewki nadprzewodzącej przed prądami wirowymi i innymi prądami elektrycznymi, otaczającymi wirnik i zapewnia w razie potrzeby osłonę próżniową dla utrzymania stałej próżni wokół kriogenicznych części składowych wirnika. Cylindryczny ekran 90 może być wykonany z materiału o dużej konduktywności, na przykład stopu miedzi lub aluminium.

Uzwojenie 34 cewki SC jest utrzymywane w próżni. Próżnia może być utworzona przez ekran 90, który może zawierać cylindryczną warstwę stali nierdzewnej, tworzącą naczynie próżniowe wokół cewki i rdzenia wirnika. Fig. 7 przedstawia przekrój, prostopadły do osi wirnika, ukazujący powiększoną część rdzenia 22 wirnika, drążek naprężający 42 uzwojenie 34 cewki i konstrukcje przyporządkowane. Płaski koniec 86 drążka naprężającego dotyka wewnętrznej powierzchni uzwojenia 34 cewki. Przeciwległy koniec drążka naprężającego (nie pokazany na fig. 7) dotyka podobnej powierzchni wewnętrznej uzwojenia cewki. Zatem drążek naprężający rozpięty jest na uzwojeniu cewki i zapewnia stałą powierzchnię, która wzmacnia uzwojenie cewki.

Każdy drążek naprężający 42, jakkolwiek cylindryczny na swojej długości, ma płaskie końce 86 pozwalające na ścisłe zamocowanie do uzwojenia cewki, i do kanałowej obudowy 44 w kształcie litery U. Każdy drążek naprężający jest dołączony do kanałowej obudowy 44 za pomocą kołka ustalającego 80, który zapobiega ześlizgiwaniu się obudowy promieniowo na zewnątrz z drążka naprężającego. Kanałowa obudowa zapobiega wygięciu lub wykrzywieniu się cewki pod działaniem siły odśrodkowej przy obracaniu się wirnika. Nakrętki blokujące (nie przedstawione) są nakręcone na końce kołka ustalającego 80 mocując ramiona boczne 106 obudowy 144 przed rozpadaniem się pod obciążeniem. Kołek ustalający może być wykonany z Inconelu lub stopów tytanowych. Każdy drążek naprężający 42 wstawiony jest ciasno do nie stykającego się z nim kanału 46, tak że drążek naprężający nie może się w sposób przypadkowy zetknąć z rdzeniem wirnika. Na końcu każdego drążka naprężającego może znajdować się rura izolacyjna 52 mocująca konstrukcję wzmacniającą do gorącego wirnika, i zmniejszająca przewodzenie ciepła między nimi. Poza tym, na drążek naprężający 42 może być nakręcona nakrętka blokująca 84, która prowadzi do rury izolacyjnej 52 i jest wykorzystywana do zabezpieczenia i korekcji położenia drążka naprężającego 42 wewnątrz kanału 46. Nakrętka blokująca 84 i rura izolacyjna 52 mocują drążek naprężający i obudowę kanałową do rdzenia wirnika, minimalizując przenoszenie ciepłą z gorącego wirnika do konstrukcji obudowy.

PL 201 416 B1

Rura izolacyjna jest wykonana z materiału izolującego cieplnie. Jeden koniec rury może zawierać zewnętrzny pierścień 120, stykający się ze ścianą przewodu 88. Drugi koniec rury zawiera wewnętrzny pierścień 122, który zazębiony jest z nakrętką blokującą 84 utrzymującą drążek naprężający.

Ciepło z wirnika przed dotarciem do drążka naprężającego musi przepłynąć przez długość rury izolacyjnej 52 i nakrętkę blokującą. Zatem rura izolacyjna izoluje termicznie drążek naprężający od rdzenia wirnika.

Uzwojenie cewki jest również wzmacniane przez kanałową obudowę 44 (patrz fig. 8). Kanałowa obudowa wzmacnia uzwojenie cewki przeciw działaniu sił odśrodkowych (strzałka 100 na fig. 7) i stycznych sił skręcających (strzałka 102). Kanałowa obudowa może być wykonana z niemagnetycznych materiałów metalicznych, jak aluminium, Inconel i stopy tytanowe. Kanałowa obudowa jest unieruchomiona na drążku naprężającym kołkiem ustalającym 80, który wystaje przez otwór 104 w końcu drążka naprężającego. Ramiona 106 obudowy kanałowej mogą być wykonane jako grube i mogą mieć żebra dla wzmocnienia konstrukcyjnego wokół otworów 108, w które wchodzi kołek ustalający. Siły odśrodkowe powstają w wyniku obrotów wirnika. Siły styczne mogą powstawać wskutek przyspieszania i spowalniania biegu wirnika, jak również transmisji momentu. Ponieważ boki 40 uzwojenia cewki są zamknięte przez kanałowe obudowy 44, i płaskie końce 86 drążków naprężających, to boki uzwojenia cewki są całkowicie podtrzymywane wewnątrz wirnika.

Dla ułatwienia wytrzymywania przez drążki naprężające i kanałowe obudowy dużych sił promieniowych, które mogą powstawać w warunkach uszkodzenia sieciowego stosuje się klamrę wzmacniającą 124. Wzmocnienie promieniowe może mieć postać prostokątnej skrzynki rozmieszonej wokół boków 40 uzwojenia cewki i wychodzącej przez dzielony zacisk 58. Klamra wzmacniająca ma dwie ściany boczne, które są połączone „na jaskółczy ogon” ze szczeliną we wgłębionej powierzchni. Ściany boczne przechodzą od powierzchni 48 rdzenia wirnika do ekranu 90, i zapewniają wytrzymałość konstrukcyjną ekranu.

Figury 9 do 11 przedstawiają w uproszczeniu proces montażu konstrukcji wzmacniającej i uzwojenia cewki w wirniku. Jak to pokazano na fig. 9, przed złożeniem rdzenia wirnika z kołnierzami i innymi częściami składowymi wirnika, drążki naprężające 42 wprowadza się w każdy z kanałów 46, który przechodzi przez rdzeń wirnika. Rura izolacyjna 52 na każdym końcu drążka naprężającego jest umieszczana w rozszerzonym płaskim końcu 86, przy każdym końcu kanału 46. Rura izolacyjna 52 jest unieruchomiona przez nakrętkę blokującą 84 ustalacza. Kiedy drążki naprężające są zainstalowane w rdzeniu 22 wirnika uzwojenia cewki uzwojenia są gotowe do wstawienia w rdzeń.

Jak to pokazano na fig. 10, cewka SC 36 jest wstawiona w rdzeń wirnika tak, że płaskie końce 86 drążków naprężających 42 dotykają wewnętrznej powierzchni sekcji bocznych 40 cewki SC. Po osadzeniu uzwojenia na końcach pręta naprężającego, kanałowe obudowy 44 są nakładane na cewkę SC. Kanałowe obudowy zostają przytwierdzone do końców prętów naprężających przez wstawienie kołków ustalających 80 w otwory w drążku naprężającym i kanałowej obudowie, odpowiednio 104, 108.

Kanałowa obudowa na górnej powierzchni wewnętrznej ma szczelinę 110, w której mieści się kanał chłodzący 38 przytrzymywany przy cewce 36.

Zespół kanałowych obudów skutecznie unieruchamia cewkę, bez oddziaływania na nią sił odśrodkowych. Jakkolwiek kanałowe obudowy przedstawiono jako bliskie siebie nawzajem, to obudowa musi być tylko na tyle blisko, jak to jest potrzebne dla zapobieżenia pogorszeniu się jakości cewki, spowodowanemu dużymi naprężeniami zginającymi i rozciągającymi podczas obciążeń odśrodkowych, transmisji momentu, i podczas przejściowych warunków awarii.

Kanałowe obudowy i drążki naprężające mogą być montowane z uzwojeniem cewki przed zmontowaniem rdzenia wirnika, i cewek z kołnierzem i innymi częściami wirnika. Zatem, rdzeń wirnika, uzwojenie cewki i układ wzmacniający cewkę mogą być montowane razem jako blok, przed montażem pozostałych części wirnika maszyny synchronicznej.

Figura 11 przedstawia montaż dzielonego zacisku 58, utworzonego przez dwie płyty zaciskowe 60. Płyty zaciskowe 60 zamykają płasko z dwóch stron ułożone między nimi sekcje końcowe 64 uzwojenia. Dzielony zacisk zapewnia wzmocnienie konstrukcyjne końców uzwojenia 34 cewki. Płyty 60 dzielonego zacisku zaopatrzone są na wewnętrznych powierzchniach w kanały 116, mieszczące uzwojenie cewki. Podobnie, płyty te zawierają kanały 118 dla linii wejścia/wyjścia 112 dla gazów i do wprowadzania i wyprowadzania doprowadzeń prądowych 114 do cewki. Po złożeniu wsporników cewki, cewki, kołnierza i rdzenia wirnika, ten blok jest gotowy do wmontowania w wirnik i maszynę synchroniczną.

Jakkolwiek wynalazek opisano w połączeniu z odmianą wykonania, którą obecnie uważa się za najkorzystniejszą i możliwą do zrealizowania, to jest oczywiste, że wynalazek nie ma być w założeniu

PL 201 416 B1 ograniczony do opisanej odmiany wykonania, lecz przeciwnie, uważa się, że obejmuje wszystkie odmiany wykonania zgodne z istotą załączonych zastrzeżeń.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wirnik maszyny synchronicznej, zawierający rdzeń wirnika, obudowę cewki, drążek naprężający i nadprzewodzące uzwojenie cewki, rozmieszczone wokół przynajmniej części rdzenia wirnika, przy czym uzwojenie cewki zawiera dwie sekcje boczne po przeciwnych stronach rdzenia wirnika, znamienny tym, że przynajmniej jeden drążek naprężający (42), przechodzący przez wirnik, jest usytuowany między dwiema sekcjami bocznymi uzwojenia (34) cewki, przy czym pierwszy, płaski koniec (86) drążka naprężającego (42) jest usytuowany w pierwszej sekcji bocznej uzwojenia (34) cewki, a drugi koniec drążka naprężającego (42) jest usytuowany w przeciwległej sekcji bocznej uzwojenia (34) cewki, zaś pomiędzy drążkiem naprężającym (42) a rdzeniem (22) wirnika jest próżniowa wnęka (16) natomiast, na każdym z przeciwległych końców drążka naprężającego (42) jest usytuowana obudowa (44) cewki, otaczająca uzwojenie (34) cewki i przymocowana do tego drążka naprężającego (42), a ponadto przynajmniej jeden drążek naprężający (42) i obudowa (44) cewki są izolowane termicznie od rdzenia (22) wirnika.
2. 2. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że obudowa (44) cewki stanowi kanał w kształcie litery U.
3. 3. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo zawiera kriogeniczne złącze (26) dostarczające płynu chłodzącego do uzwojenia (34) cewki, przy czym obudowa (44) i drążek naprężający (42) są chłodzone przez przewodzenie od uzwojenia (34) cewki.
4. 4. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że jest dodatkowo zaopatrzony w kołek ustalający (80) sprzęgający obudowę (44) z drążkiem naprężającym (42).
5. 5. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że jest dodatkowo zaopatrzony w rurowy kołek, sprzęgający obudowę (44) z drążkiem naprężającym (42).
6. 6. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że drążek naprężający (42) przechodzi przez wzdłużną oś (20) wirnika.
7. 7. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że drążek naprężający (42) przechodzi przez kanały (46) w rdzeniu wirnika.
8. 8. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rdzeń (22) wirnika dodatkowo zawiera kanał (46) prostopadły do wzdłużnej osi (20) wirnika i w tym kanale (46) jest usytuowany przynajmniej jeden drążek naprężający (42).
9. 9. Wirnik według zastrz. 8, znamienny tym, że dodatkowo zawiera zespół kanałów (46) prostopadłych do wzdłużnej osi (20) rdzenia wirnika i w płaszczyźnie wyznaczonej przez nadprzewodzącą cewkę (36).
10. 10. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że nadprzewodząca cewka (36) posiada owalne nadprzewodzące uzwojenie (34) cewki w płaskim kształcie owalnym, równoległe do wzdłużnej osi (20) wirnika.