SU873338A1

SU873338A1 - Ротор криогенной электрической машины

Info

Publication number: SU873338A1
Application number: SU792725190A
Authority: SU
Inventors: Игорь Алексеевич Глебов; Януш Брониславович Данилевич; Сергей Александрович Иванов; Анатолий Анатольевич Карымов; Галина Анатольевна Котлярова; Владимир Александрович Сапожников; Валентин Николаевич Шахтарин
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6794
Priority date: 1979-02-15
Filing date: 1979-02-15
Publication date: 1981-10-15
Also published as: US4342932A; DE3005066A1; JPS55131253A

Description

(54) РОТОР КРИОГЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

I

Изобретение относитс к электромашино-. строению и может быть использовано пре-: имущественно в крупных электрических машинах , в частности турбогенераторах.

Эффективность работы турбогенераторов со сверхпровод щей обмоткой возбуждени во многом зависит от системы охлаждени обмотки, причем наиболее эффективное охлаждение замоноличеннь1Х обмоток достигаетс при условии максимальной поверхности охлаждени при непосредственном контакте охлаждаемой поверхности с .хладагентом , например жидким гелием.

Известен ротор криогенной электрической машины, в котором дл подачи в сверхпровод щую обмотку возбуждени и отвода жидкого гели используютс аксиальнь1е каналы в зубцах несуш,его цилиндра. Эти каналы сообщаютс с каналами на боковых част х пазовой изол ции катушек ротора. В свою очередь каналы на боковых част х сообщаютс между собой через каналы в пазовой изол ции на дне пазов 1.

Однако така конструкци характеризуетс низкой надежностью и недостаточной эффективностью охлаждени обмотки, вследствие невозможности выполнени надежной сверхпровод щей обмотки из-за наличи пересекающихс аксиальных и радиальных каналов, привод щих к возможности образовани неконтролируемых вихревых течений жидкого гели , затруднени перемещени хладагента по каналам подачи на боковых част х пазовой изол ции. Ухудшаетс использование активной зоны ротора из-за необходимости утолщени зубцов дл размещени в них аксиальных каналов.

Известен также ротор криогенной элект10 рической мащины, в котором конструктивно обмотка возбуждени выполнена в виде плоских кafyщeк-мoдyлeй из сверхпроводника , кажда из которых пропитана, заключена в обойму из алюминиевого сплава и

,5 зажата между перегородками-щеками из того же материала с бандажом из нержавеющей стали. В щеках имеютс радиальные каналы, посредством которых осуществл етс охлаждение катущек обмотки жидким гелием, попадающим в каналы из центральной полости обмотки ротора, в которой образуетс свободна поверхность жидкого кип щего гели 2.

Недостатком такого конструктивного решени вл етс то, что при движении жидкого гели поканалам образуютс встречные потоки жидкого хладагента, идущего из центральной полости обмотки к ее периферии , и испарившегос хладагента, идуш ,его от периферии к ее центру, что ухудшает охлаждение обмотки. Возможны также образовани неконтролируемых, неорганизованных вихревых течений хладагента, при . вод щих к-повышению температуры в его объеме. Вместе с ротором вращаетс относительно толстый слой хладагента, например жидкого гели , что приводит к его сжатию центробежными силами, вследствие чего повышаетс его температура кипени , что снижает эффективность использовани сверх проводников; В конструкции имеет место косвенное охлаждение сверхпроводника через слой корпусной изол ции. При выполнении корпусной изол ции, отвечающей прин тым в электромашиностроении требовани м будет иметь место ухудщение охлаждени сверхпровод щей обмотки. Кроме того, катушки ротора изготавливают и пропитывают вне каркаса ротора, что снижает монолитность конструкции и tpe6yeT дл пропитки каждой из катушек своей сложной пресс-формы. После пропитки необходима механическа обработка катушек дл получени необходимых ее размеров.

Целью изобретени вл етс повышение надежности и эффективности охлаждени обмотки.

Указанна цель достигаетс тем, что кажда из обойм выполнена в виде основани и клина с аксиальными, тангенциальными и радиальными каналами дл хладагента , а между катушками и перегородками закреплены полоски электроизол ционного материала, которые образуют каналы дл хладагента, сообщающиес с каналами основани и клина.

На фиг. 1 изображен ротор криогенной электрической машины с системой каналов и указанием движени охлаждающего агента , продольное сечение; на фиг. 2 показаны обмотки ротора, поперечное сечение; на фиг. 3 - одна изкатушек с установленным клино1у ; на фиг. 4 - установка электроизол ционных полосок, образующих радиальные охлаждающие каналы катушек; на, фиг. 5 - система аксиальных и радиальных каналов в клинь х.

На фиг. 1-5 обозначено: 1 - сверхпровод ща об.мотка, 2 - металлические перегородки, 3 - основани , 4 - торцовые вкладыши, 5 - радиальные каналы, в основани х , 6 - аксиальные каналы в основани х и торцовых вкладышах, 7 - клинь , 8 - аксиальные каналы в клинь х, 9 - радиальные каналы в клинь х, 10 - тангенциальные каналы в клинь х, 11 - наружный бандажный цилиндр, 12 - радиальные каналы, образованные изол цион-ными полосками 13, 14 - труба, подвод ща жидкий гелий, 15 - центральна полость ротора, 16 - теплообменники, 17 - торцовые стенки.

Пазы ротора, в которые вматываетс

сверхпроводник дл образовани катушек ротора или устанавливаютс заранее изготовленные катущки ротора, образованы перегородками 2 и основани ми 3. В основани х фрезеруютс радиальные и аксиальные охлаждающие каналы. Пазы ротора закрываютс клинь ми 7, в клинь х фрезеруетс система аксиальных 8, тангенциальных 10 и радиальных каналов 9 дл подвода охлаждающего хладагента, например жидкого гели . Вс обмотка компаундируетс ,

при этом непосредственно в пазах ротора все охлаждающие каналы закрываютс легко удалимыми вставками, не имеющими, адгезии к компаунду. Корпусна изол ци выполн етс в виде полосок изол ционного материала 13, которые прикрепл ютс к

перегородкан 2. Изол ционные полоски 13 образуют также радиальные охлаждающие каналь, подвод щие хладагент непосредственно к катушкам ротора 1. На обмотанный ротор с клинь ми надеваетс бандажный

5 цилиндр 11 из немагнитной стали или другого сплава.

Система охлаждени ротора выполнена следующим образом.

Охлаждающий агент, например жидкий гелий, подаетс известным способом с помощью труб 14 на внутреннюю поверхность бандажного цилиндра 11. Растека сь тонким слоем по внутренней поверхности цилиндра, охлаждающий агент попадает в аксиальные каналы 6 в торцовых вк адыщах 4 и в аксиальные каналы 8 в клинь х 7 ротора, от куда по тангенциальным каналам 10 на поверхности клиньев 7 охлаждающий агент попадает в радиальные каналы 9 в клинь х 7 и согласованные с ними радиальные каналы 12 на поверхности катушек ротора и

Q радиальные каналы 5 в основани х 3. При прохождении через каналы охлаждающий агент испар етс , выходит в центральную полость ротора 15 и оттуда, огиба торцовые стенки 17, в каналы теплообменников 16 и далее на выход.

5 Повышение надежности работы ротора со сверхпровод щей обмоткой возбуждени в предлагаемой конструкции достигаетс путем существенного улучшени охлаждени катушек обмотки ротора и обеспечиваетс за счет системы аксиальных, тангенциальных и радиальных каналов в торцовых вкладышах , клинь х, у поверхности катушек, пронизывающих всю толщину обмотки. В предлагаемой конструкции обеспечиваетс заполнение обмотки охлаждающей жидкостью

Claims

5 от периферии к центру, создаетс упор доченное движение охлаждающей жидкости без встречных потоков, образовани неконтролируемых вихревых течений. В предлагаемой конструкции имеетс возможность беспреп тственно подводить увеличенное количество охлаждающей жидкости к обмотке в анормальных режимах. Высока эффективность охлаждени в предлагаемой конструкции по сравнению с известными обеспечиваетс также за счет минимального (целесообразной толщины) сло хладагента, вентил ционного действи согласованной системы каналов в элементах конструкции ротора и непосредствениога охлаждени сверхпроводника при наличии корпусной изол ции катушек. Предлагаема конструкци упрощает изготовление ротора турбогенератора за счет возможности непосредственной намотки катушек обмотки в пазы ротора и пропитки всей обмотки в целом. Техническое преимущество изобретени обеспечивает также повышение производительности труда в 1,5-1,7 раза, упрощает технологию, улучшает услови труда. Формула изобретени Ротор криогенной электрической машины, имеющий сверхпровод щую обмотку )///// /)///2 буждени , выполненную в виде плоских катушек, кажда из которых заключена в обойму, металлические перегородки,расположенные между катушками, бандаж, охватывающий разделенные упом нутыми перегородками катушки, и радиальные каналы , сообщающие центральную заполненную хладагентом полость ротора с катушками , отличающийс тем, что, с целью повышени надежности и эффективности охлаждени , кажда из обойм выполнена в виде основани и клина с аксиальными тангенциальными и упом нутыми радиальными каналами и между катушками и перегородками закреплены полоски электроизол ционного материала, образующие каналы, сообщающиес с каналами основани и клина. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.За вка ФРГ № 2511104, кл. Н 02 К9/19,
2.Component Development for 20-mVA Superconducting Generator WELC. Moscow, 1977, paper 139.