SU629599A1

SU629599A1 - Electric machine with cryogenic cooling

Info

Publication number: SU629599A1
Application number: SU762421856A
Authority: SU
Inventors: Александр Алексеевич Винокуров; Геннадий Степанович Горбунов; Юрий Степанович Попов; Юрий Васильевич Скачков; Иосиф Филиппович Филиппов; Гарий Михайлович Хуторецкий
Original assignee: Специальное Конструкторское Бюро "Энергохиммаш"; Производственное Электромашиностроительное Объединение "Электросила" Им. С.М.Кирова
Priority date: 1976-12-06
Filing date: 1976-12-06
Publication date: 1978-10-25

Description

Изобретение относитс к области электромашиностроени и может быть использовано в мощных электрических машинах - электродвигател х и генераторах с криогенным охлаждением. Известна электрическа машина, в которой охлаждение вала осуществл етс хладагенте, циркулирующим по спиральной трубе внутри , что обеспечивает лучший тепловой контакт между валом и хладагентом l. Однако и в этом случае задача охлаждени вала машины решаетс недостаточно эффективно. Хладагент цир кулирует не непосредственно в теле вала, а в специальной трубе, отделенной от вала значительным тепловым сопротивлением, Б результате теплоприток к ротору по валу, хот и уменьшаетс , но все же остаетс значительным , Известна электрическа машина с криогенным охлаждением, в которой вал вьтолнен из нескольких механически св занных коаксиальных элементов , сопр женных между собой многозаходной резьбой, В зоне резьбового соединени частей вала образуютс полости, по КОТОрЬМ в противоток OCHOBHCHxiy тепловому потоку циркулиру-. Гет хладагент, иМегощий в данном случае непосредственный тепловой контакт с телом вала на значительной поверхности теплообмена, образованной сопр гающимис поверхност ми многозаходной резьбы 2 . Однако дл такой машины характерна недостаточна интенсивность охлаждени концов вала, обусловленна трудност ми переметцени газа по каналам дл циркул ции хладагента. Каналы , образованные резьбовьм соединением , имейт малую площадь проходного сечени , что приводит к потер м энергии хладагента при прохождении каналов, Целью изобретени вл етс повышение интенсивности охлаждени электрической машины путем снижени теплопритока по валу и токоподвод щим шинам. Это достигаетс тем, что указанные элементы выполнены с расположенными в зубцах резьбы со стороны упом нутых полостей пазами, в которых размещены токоподвод щие шины, причем многозаходна резьба с обоих концов вала имеет противоположное направление и упом нутые полости с обоих концов вала расположены по противоположно направленным поверхност м профил резьбы.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in powerful electric machines - electric motors and generators with cryogenic cooling. A known electrical machine in which the shaft is cooled by a coolant circulating through a spiral pipe inside, which provides the best thermal contact between the shaft and the coolant l. However, even in this case, the task of cooling the machine shaft is not sufficiently solved. The coolant does not circulate directly in the shaft body, but in a special pipe separated from the shaft by significant heat resistance, B as a result of heat flow to the rotor along the shaft, although it decreases, but still remains significant, A known cryogenic-cooled electric machine in which the shaft is filled from several mechanically connected coaxial elements, interconnected by a multiple thread, In the area of the threaded connection of the shaft parts, cavities are formed, according to which OCHOBHCHxi flow back to the heat flow of the circulating . The getter is a refrigerant, in this case direct thermal contact with the shaft body on a significant heat exchange surface formed by the mating surfaces of the multiple thread 2. However, such a machine is characterized by insufficient cooling intensity of the shaft ends, due to difficulties in sweeping the gas through the channels for the circulation of the refrigerant. The channels formed by the threaded joint have a small flow area, which leads to energy loss of the refrigerant as the channels pass. The aim of the invention is to increase the cooling rate of the electric machine by reducing the heat influx along the shaft and busbars. This is achieved by the fact that these elements are made with grooves located in the teeth of the thread on the side of the said cavities, in which current-conducting tires are placed, the multiple thread carving at both ends of the shaft has the opposite direction and said cavities at both ends of the shaft are located on oppositely directed surfaces m thread profile.

На фиг. 1 схематически изображена электрическа машина с криогенным «охлаждением, обший вид; на фиг. 2 и 3 - участки вала с полост ми дл циркул ции хладагента с различными вариантами расположени токоподвод щих шин.FIG. 1 shows schematically an electric machine with cryogenic cooling, a general view; in fig. 2 and 3 are sections of the shaft with cavities for the circulation of the refrigerant with various options for arranging the busbars.

Электрическа машина содержит полый ротор 1 со сверхпровод щей обмоткой, вал 2 которого опирае.тс на подшипники 3, размещенные в торцовых щитах 4 герметичного корпуса 5, на внутренней поверхности которого закреплена статорна обмотка 6, В пространстве между ротором 1 и корпусом 5 поддерживаетс вакуум Который вл етс теплоизол цией ротора 1. Дл поддержани вакуума в торцовых щитах 4 расположены вращающиес ваку -мные уплотнени 7. Полый ротор состоит из немагнитного цилиндра 8, внутри которого закреплена обмотка 9 возбуждени . Обмотка 9 охлаждаетс до сверхпровод щего состо ни с помощью хладагента 10. Хладагент 10 к обмотке 9 возбуждени подводитс по вакуумноизолированному трубопроводу 11. который проходит по осевому каналу 12 вала 2, Дл отвода хладагента 10 от обмотки 9 в роторе 1 имеютс две камеры 13. Конуы вала 2 ротора 1 выполнены в виде двух коаксиальных труб 14, 15, соединенных с помощью резьбы, зазоры которой вл отс полост ми 16 дл отвода хладагента 10, сообгцающимис с камерами 13, Отработанный хладагент собираегс в газосборнике 17, откуда выводитс из машины. Резьба на различных концах вала 2 имеет противополоч ное направление нарезки, направление нарезки за исит от напра лени движени таза направление движени хладагента должно совпадать с направлением нарезки. Дл питани обмотки 9 возбуждени служат токоподвод щие шины 18, Дл сн ти теплпритоков они расположены в полост х 16 дл отвода хладагента 10, дл этого в профиле резьбы выполнены пазы 19,The electric machine contains a hollow rotor 1 with a superconducting winding, the shaft 2 of which rests on the bearings 3 placed in the end shields 4 of the sealed housing 5, on the inner surface of which the stator winding 6 is fixed, a vacuum is maintained in the space between the rotor 1 and the housing 5 is the thermal insulation of the rotor 1. To maintain a vacuum, rotating vacuum-seals 7 are located in the end shields 4. The hollow rotor consists of a non-magnetic cylinder 8, inside which the excitation winding 9 is fixed. The winding 9 is cooled to the superconducting state with the help of the refrigerant 10. The refrigerant 10 to the excitation winding 9 is supplied via a vacuum-insulated pipe 11. Which passes through the axial channel 12 of the shaft 2. shaft 2 of rotor 1 is made in the form of two coaxial pipes 14, 15 connected with a thread, the gaps of which are cavities 16 for draining refrigerant 10, co-running with chambers 13, the spent refrigerant is collected in a gas collector 17, from where it is removed from the machine. The thread at different ends of shaft 2 has an anti-slip cutting direction, the cutting direction for isit from the direction of movement of the pelvis the direction of movement of the refrigerant must coincide with the direction of cutting. To feed the excitation winding 9, current-carrying tires 18 serve. To remove heat flows, they are located in cavities 16 to drain refrigerant 10, for this purpose grooves 19 are made in the thread profile

При работе электрической машины хладагент 10 подводитс к сверхпровод щей обмотке 9 возбуждени по трубопроводу 11, Тепло, проникающее в псутость 1, испар ет хладагент, образовавшиес пары попадают в камеру 13, затем по полост м 16 дл отвода хладагента 10 отвод тс из полости ротора 1, одновременно охлаждают оба конца вала 2 ротора 1 и токоподвод щие шины 18, расположенные в пазах 19,When the electric machine is in operation, refrigerant 10 is supplied to superconducting excitation winding 9 through conduit 11. Heat penetrating into capacitance 1 evaporates refrigerant, the vapors formed enter chamber 13, then through cavities 16 to drain refrigerant 10 discharged from rotor cavity 1 simultaneously cooling both ends of the shaft 2 of the rotor 1 and the current-carrying tires 18 located in the slots 19,

и выход т в газосборники 17,and exit into the gas plenums 17,

Рлагодар расположению токоподвод щих шин в полост х вала дл циркул ции хладагента, образованных многозаходной резьбой, выполнениюGiving thanks to the positioning of the current busbars in the shaft cavities for the circulation of the refrigerant, formed by multiple threads, to

многозаходной резьбы на разных концах вала с противоположный направлением нарезки и расположению полостей вала дл циркул ции хладагента с обоих концав вала по противоположноmultiple threads at different ends of the shaft with opposite direction of cutting and arrangement of shaft cavities for coolant circulation at both ends of the shaft oppositely

направленным боковым поверхност м профил резьбы снижаютс внешние теплопритоки к электрической машине по валу и токоподвод щим шинам, что в итоге снижает расход дорогосто щего хладагента - жидкого гели .directed side surfaces of the thread profile, external heat gains to the electric machine are reduced by the shaft and busbars, which ultimately reduces the consumption of expensive refrigerant — liquid helium.

Claims

01. US Patent No. 3722940, cl. 31052, 1973.

2. Application 1972944 / 24-07, cl. H 02 K 9/16, 1973, according to the second, the decision was made on the author’s

1 evidence.

$

t.g

I t 18 9 16

Fig.Z