Главная Бухгалтерия в кармане Учет расходов Экономия на кадровиках Налог на прибыль Как увеличить активы Основные средства
Главная ->  Криогенные электрические машины 

1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

йьШ цйЛИйдром 6. Указанные элементы конструкций теплового экрана, имеющие практически температуру жидкого азота, окружают снаружи гелиевый сосуд со всех сторон. Поверхности гелиевого сосуда и азотного экрана разделены вакуумными промежутками 7.

Принятая конструктивная схема криостата обеспечивает устойчивое термостатирование сверхпроводниковой обмотки возбуждения, снижение расхода гелия и повышение КПД всей системы за счет сведения до минимума теплопритока в зону гелиевых температур. Для уменьшения потока лучистой энергии к гелиевому объему отполированы поверхности криостата, обращенные в вакуум.

Схема механического крепления сверхпроводниковой системы возбуждения к корпусу двигателя выбрана двухступенчатой. Первая ступень - крепление гелиевой ванны к азотному экрану - выполнена в виде дисков 8. Для повышения теплового сопротивления диски имеют прорези 9 по дугам, расположенным на концентрических окружностях, равноудаленных друг от друга. Это позволяет значительно развить реальную длину теплового моста без существенного увеличения габаритных размеров и снизить теплоприток в зону гелиевых температур. Вторая ступень - подвеска азотного экрана к внешнему корпусу криостата - осуществлена с помощью двух цапф 10, диаметрально расположенных в корпусе криостата 1.

На верхней крышке криостата смонтированы: токо-вводы, устройства для заливки жидкого гелия в рабочую зону и жидкого азота в экран, патрубки для вывода паров азота и гелия, а также электрические разъемы системы измерения и контроля.

На примере ротора для криотурбогенератора мощностью 200 кВт рассмотрим вопросы, касающиеся схемы охлаждения и конструкции вращающегося криостата. Ротор имеет сверхпроводниковую обмотку, закрепленную в криостате. Обмотка выполнена из кабеля на основе сплава НТ-50, поэтому в качестве хладагента используется гелий при температуре криостатирования 7=4,2--4,5 К.

Конструктивная схема ротора криотурбогенератора с креплением магнитной системы на двух одинаковых торцевых цилиндрических валах и с тепловым экраном в зазоре между магнитной системой и корпусом ротора позволяет осуществить охлаждение газовым потоком валов, экрана и токовводов. Выбор схемы охлаждения элементов криостата - важный этап на пути создания ротора, причем определяющими критериями должны быть обеспече-

йиё минимального Теплопритока и расхода жидкого гелия и относительная простота технической реализации.

Термодинамический анализ различных способов промежуточного охлаждения тепловых мостов [1.23] показал, что охлаждение теплового моста по всей длине одним газовым потоком представляет собой вариант, достаточно близкий к оптимальному. Поэгому при проектировании вращающегося криостата рассматривались только схемы охлаждения торцевых труб и экрана одним газовым потоком. На рис. 1Л4,а,б показаны варианты схем с неохлаждаемым, а на рис. 1.14,6, е - с охлаждаемым экранами и приведены расчетные зависимости секундного расхода жидкого гелия m от координаты х ме-

/77, г/с

0,15 Y

0,10

0,05

т,г/с Й То 0,10 -0,05

о

0,10-0,05

lOx.

1,0х


я 7 о 0,05[


Рис 1 14 Схемы охлаждения ротора криотурбогенератора: Т -температура экрана; Л. - термическое сопротивление, определяющее связь теплового м2?а с окружа °щей средой; - температура окружающей среды



? ; 8 9 13 11 П 14 15


Рис. 1.15. вращающийся криостат криотурбогеиератора

ста крепления экрана на валу (в относительных единицах). Из приведенных графиков видно, что схема рис. 1.15,6 имеет явные преимущества как с точки зрения обеспечения малых теплопритоков (или расходов), так и с точки зрения простоты реализации. Для этой схемы оптимальное значение x 0,7, т. е. место крепления должно быть расположено на 1/3 длины охлаждаемого участка вала, отсчитанной от его теплового конца.

Варьирование размеров каналов теплообменников показало, что этот фактор мало влияет на расход.

На основании расчетов была разработана конструкция вращающегося криостата, представленная на рис. 1.15. Магнитная система 1 состоит из двух седлообразных катушек, намотанных из кабеля НТ-50 диаметром 0,85 мм, пропитанных теплопроводящим компаундом и заключенных в медные обоймы полуцилиндрической формы. Магнитная система закреплена на остове ротора 2 и обжата снаружи бандажным кольцом 3. Остов ротора и бандажное кольцо имеют каналы для циркуляции гелия, поддерживающего температуру магнитной системы.

Охлаждаемая часть вала выполнена в виде цилиндрических теплообменников 4. Теплообменник представляет собой два цилиндра, посаженных один на другой с гарантированным натягом. Внутренний силовой цилиндр имеет на внешней поверхности винтовую нарезку прямоугольного сечения, а внешний цилиндр служит герметизирующей оболочкой.

Экран 5 расположен в вакуумной полости криостата и крепится к теплообменникам. Для отвода газа из левого теплообменника на правый торец ротора используются две газоотводящие трубки 6. 30

Газоохлаждаемые токовводы 7 для питания магнитной системы выполнены в виде двух плоских шин переменного по длине сечения, расположенных на поверхности стеклотекстолитовой трубы и герметизированных тонкостенной трубой из нержавеющей стали 5. Каналы теплообменника токовводов образованы спиральной стеклотекстолитовой лентой, расположенной в зазоре между медными шинами и герметизирующей трубой.

Внешняя оболочка криостата образована кожухом 9, мембраной 10 и кольцом . Вакуумирование внутренней полости криостата производится через вентиль 12, приваренный к левой цапфе 13. На правой цапфе 14 установлены контактные кольца 15 цепи питания магнитной системы и измерительные контактные кольца 16 для съема информации с датчиков температур и фазности, помещенных в полости магнитной системы и вдоль гелиевого тракта. Для предотвращения утечек жидкого и газообразного гелия предусмотрены торцевые уплотнения 17 и 18.

Движение охлаждающего потока гелия происходит следующим образом:

жидкий или двухфазный гелий подается из сифона в гелиевый приемник 19, расположенный на оси ротора;

из гелиевого приемника через два радиальных отверстия гелий подается в каналы 20 остова ротора и бандажа 3; проходя по ним, омывает внутреннюю и внешнюю поверхности магнитной системы и испаряется, снимая теплоприток, проходящий к магнитной системе через вакуумную изоляцию и по теплопроводам;

выходя из полости магнитной системы, поток газообразного гелия делится на три части, направляясь в левый теплообменник и газоотводящие трубки, в правый теплообменник, а также на охлаждение токовводов;

нагревшийся в трех теплообменниках газообразный гелий на выходе объединяется и выводится из криостата с правого торца.

С тепловой точки зрения левая и правая половины криостата одинаковы, а охлаждение токовводов производится потоком гелия, не зависящими от потоков, охлаждающих обе половины вала, поэтому расчет можно производить для каждого потока в отдельности. Как показано в [1.24], распределение расходов в криостатах с несколькими охлаждаемыми тепловыми мостами получается оптимальным, если оно осуществляется пропорционально вносимому каждым тепловым мостом теплопритоку.



1.3. Сверхпроводниковые материалы

В основе физических принципов работы КЭМ лежит явление сверхпроводимости, заключающееся в дискретном снижении электрического сопротивления обмотки возбуждения до нуля. К сожалению, это явление наблюдается при температурах, близких к точке кипения жидкого гелия, что приводит к необходимости обеспечить охлаждение обмотки и поддержание столь низкого температурного уровня.

В настоящее время сверхпроводниковые магнитные системы изготавливаются из так называемых жестких сверхпроводников или сверхпроводников второго рода, которые в состоянии обеспечить высокие плотности тока в сильных магнитных полях. Создание таких сверхпроводников - результат многолетнего теоретического и экспериментального исследования многих замечательных ученых, одно из крупнейших достижений физики XX в. Жесткие сверхпроводники представляют собой сплавы типа твердых растворов н иитерметалли-ческие сое.шнения.

1.3.1. Материалы из сплава ниобий-- титан

Наиболее широкое распростраиеиие в практике создания сверхпроводниковых магнитных систем получили провода на основе пластичных сплавов ниобия с титаном илн цирконием.

Первый простейший технический сверхпроводник состоял из одной ииобнево-титановой проволоки, покрытой слоем медн. В настоящее время промышленностью освоена большая номенклатура проводов из сплава Nb -Ti, которые используются для различных изделий, в том числе индукторов электрических машин. Это многожильные сверхпроводники, полученные в результате сложного технологического цикла, на протяжении которого с помощью термического н механического воздействий в материале складывается структура, обеспечивающая высокие значения критических параметров. На рис. 1.16 показана в разрезе конструкция круглого провода, имеющего 2000 жил. На ранней стадии разработки сверхпроводников использовались сплавы ниобия с цирконием, но в дальнейшем была разработана технология изготовления сплавов Nb - Ti, обладающих более высокими критическими параметрами.

В табл. 1.2 приведены основные технические данные для многожильных проводов нз ннобнй-титана, выпускаемых серийно отечественной промышленностью [1,15], Как видно из табл, 1.2, существующая номенклатура проводов типа НТ-50 охватывает диапазон возможных значений токов возбуждения КЭМ, Следует иметь в виду, что сортамент выбирался разработчиками провода применительно к устройствам типа соленоидов для физических исследований. Разработка про-


Рнс. 1.16. Конструкция сверхпроводиикового провода

Таблица 1,2. Провода из ниобий-титанового сплава

Диаметр провода (нлн сечение), мм (мм=)

Число жил

Диаметр жилы, мкм

Коэффициент заполнения

Критический ток при 4,2 К,

5 Тл, А

Критичес кая плотность тока при 5 Тл, А/мм

Шаг скрутки, мм

с круг/ым сечением

Диаметр 0,5 0,7 0,85

1,0 1,2 1,5

37 55 61 61 61 61

40 40 40 6J 100 200

0,3-0,5

60 120 260 500 680 1200

1100-1500

С прямоугольным сРчением

Сечение 2,0X2,0

3,0X1 3,5X2,0 5X2

456 456 ,361 456

40 40

8Э 70

0,15 0,15 0,30 0,15

360 390 1480 750

30 . 30 50

3-287



1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95