本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于傳導(dǎo)冷卻技術(shù)的超導(dǎo)電機(jī)制冷系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、制冷機(jī)冷頭、密封裝置、真空罩、磁體骨架、導(dǎo)冷帶和防輻射屏，防輻射屏通過支撐結(jié)構(gòu)固定安裝于真空罩的內(nèi)壁上；壓縮機(jī)通過密封裝置與制冷機(jī)冷頭連接，制冷機(jī)冷頭依次穿過真空罩、防輻射屏固定安裝在真空罩上，制冷機(jī)冷頭與真空罩、防輻射屏同步轉(zhuǎn)動(dòng)；防輻射屏內(nèi)設(shè)置有用于安裝超導(dǎo)磁體的磁體骨架，磁體骨架的兩端分別通過力矩管穿過防輻射屏連接于真空罩的兩端；磁體骨架的內(nèi)壁連接有導(dǎo)冷帶，導(dǎo)冷帶與位于防輻射屏內(nèi)的制冷機(jī)冷頭連接；本發(fā)明專利技術(shù)采取了高效導(dǎo)冷帶傳導(dǎo)冷卻磁體，免去了傳統(tǒng)冷卻方案中所用的冷卻介質(zhì)，從而系統(tǒng)的使用更加靈活，可靠性更高，有效降低系統(tǒng)的故障率。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及超導(dǎo)電機(jī)的制冷技術(shù)，具體涉及一種基于傳導(dǎo)冷卻的超導(dǎo)電機(jī)的制冷系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
超導(dǎo)技術(shù)作為一種新興技術(shù)已經(jīng)在電力應(yīng)用方面逐漸表現(xiàn)出不可替代的優(yōu)勢(shì)。利用超導(dǎo)技術(shù)制造的風(fēng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子由高溫超導(dǎo)(HTS)線材繞制，相對(duì)常規(guī)銅線其載流密度可以提高150倍左右，使得超導(dǎo)電機(jī)具有極高的能量密度。這一方面大大減小了電機(jī)的體積，同時(shí)因?yàn)槌瑢?dǎo)線圈可以產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場(chǎng)，電機(jī)中的鐵芯可以省去，電機(jī)的重量也減輕很多。據(jù)美國超導(dǎo)公司估計(jì)，IOMW的超導(dǎo)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重量僅140 t，如此輕的重量，將成為突破風(fēng)機(jī)擴(kuò)容技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵。另外，由于超導(dǎo)線圈可以產(chǎn)生極高的磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生更大的力矩，不需要配備成本昂貴，相對(duì)笨重的齒輪箱，這便大大提高了電機(jī)的效率和穩(wěn)定性。這樣，超導(dǎo)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)輸成本、安裝成本及維護(hù)成本都將顯著降低。 但是由于超導(dǎo)電性只能在一定的低溫下才能夠?qū)崿F(xiàn)，所以制冷系統(tǒng)作為超導(dǎo)電機(jī)的關(guān)鍵輔助系統(tǒng)，對(duì)于整個(gè)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，具有至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的超導(dǎo)電機(jī)由于轉(zhuǎn)速較高，因而一般采用冷凍劑作為冷卻介質(zhì)，利用電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力使冷卻介質(zhì)在超導(dǎo)磁體內(nèi)部的冷卻介質(zhì)流道內(nèi)流動(dòng)，通過介質(zhì)的傳熱，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)制冷的目的。然而，冷卻介質(zhì)的使用必然會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低其可靠性。另一方面，由于需要利用電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力，才可以使冷卻介質(zhì)更好的分散在轉(zhuǎn)子內(nèi)部，從而達(dá)到均勻冷卻超導(dǎo)磁體的目的。但對(duì)于，海上型超導(dǎo)風(fēng)機(jī)中的超導(dǎo)電機(jī)，由于其額定轉(zhuǎn)速很低，一般不超過20轉(zhuǎn)每分鐘，因而這種轉(zhuǎn)速下的離心力不足以驅(qū)動(dòng)低溫液體在轉(zhuǎn)子內(nèi)部均勻分布，因而受到使用的局限。傳導(dǎo)冷卻技術(shù)是利用高熱導(dǎo)的固體材料，通過固體傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)冷量的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)磁體的冷卻功能。利用固體傳導(dǎo)的方式，可以避免系統(tǒng)當(dāng)中使用液氮，液氦等冷卻介質(zhì)，從而極大的降低了對(duì)系統(tǒng)密封性的要求，可提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。例如，公開日為2011-11-30，公開號(hào)為CN 102262952的中國專利文獻(xiàn)，公開了一種傳導(dǎo)冷卻超導(dǎo)磁體裝置，其包括被收容在真空容器中的超導(dǎo)線圈，防輻射屏，制冷機(jī)等配件。使用此方案可以利用冷卻配管使超導(dǎo)線圈，防輻射屏等部件得到充分冷卻，并且可以有效縮短系統(tǒng)的初期冷卻時(shí)間。但液氦等制冷機(jī)的使用，極大的降低了系統(tǒng)的安全性和可靠性，另一方面系統(tǒng)必需依賴制冷劑的使用方可以正常工作，這也降低的系統(tǒng)的適應(yīng)性。如果單純使用傳導(dǎo)冷卻作為冷卻方案，可以擺脫對(duì)制冷劑的依賴，只需對(duì)壓縮機(jī)和制冷機(jī)提供電源就可以實(shí)現(xiàn)制冷工作，從而降低了對(duì)制冷系統(tǒng)的要求，特別是對(duì)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)這樣的工作需求，只需配合常溫工作的旋轉(zhuǎn)密封裝置就可以實(shí)現(xiàn)，而利用液氦，液氖或液氮的制冷系統(tǒng)，則需要利用低溫旋轉(zhuǎn)密封裝置才可以應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)這類的設(shè)備之中
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了一種基于傳導(dǎo)冷卻技術(shù)的超導(dǎo)電機(jī)制冷系統(tǒng)，利用傳導(dǎo)冷卻的方法，將制冷機(jī)冷頭和超導(dǎo)磁體相連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)超導(dǎo)磁給進(jìn)行降溫冷卻的目的；根據(jù)本專利技術(shù)，可以避免使用氦、氖和氮等制冷劑，較好的提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下 一種基于傳導(dǎo)冷卻技術(shù)的超導(dǎo)電機(jī)制冷系統(tǒng)，其特征在于包括壓縮機(jī)、制冷機(jī)冷頭、密封裝置、真空罩、磁體骨架、導(dǎo)冷帶和防輻射屏，防輻射屏通過支撐結(jié)構(gòu)固定安裝于真空罩的內(nèi)壁上，真空罩與防輻射屏分別呈封閉狀；壓縮機(jī)通過密封裝置與制冷機(jī)冷頭連接，制冷機(jī)冷頭依次穿過真空罩、防輻射屏固定安裝在真空罩上，制冷機(jī)冷頭與真空罩、防輻射屏同步轉(zhuǎn)動(dòng)；所述防輻射屏內(nèi)設(shè)置有用于安裝超導(dǎo)磁體的磁體骨架，磁體骨架的兩端分別通過力矩管穿過防輻射屏的兩端并連接于真空罩的兩端的內(nèi)壁上；所述磁體骨架的內(nèi)壁連接設(shè)置有N個(gè)導(dǎo)冷帶，每個(gè)導(dǎo)冷帶均與位于防輻射屏內(nèi)的制冷機(jī)冷頭部分連接；其中，N為整數(shù)，N彡I。所述制冷機(jī)冷頭包括一級(jí)冷頭和二級(jí)冷頭，一級(jí)冷頭和二級(jí)冷頭位于真空罩內(nèi)， 工作時(shí)處于真空環(huán)境。所述制冷機(jī)的一級(jí)冷頭直接與防輻射屏連接，并將防輻射屏冷卻到一個(gè)相對(duì)較高的溫度(如60-80K)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于外部輻射漏熱的截?cái)唷Ｋ鲋评錂C(jī)的二級(jí)冷頭與導(dǎo)冷帶相連接，通過導(dǎo)冷帶冷卻磁體骨架及超導(dǎo)磁體。所述超導(dǎo)磁體連接有兩根超導(dǎo)電流引線，兩根超導(dǎo)電流引線穿過防輻射屏沿防輻射屏外壁走線，并延伸穿過真空罩外部，與其他部件連接。兩根超導(dǎo)電流引線結(jié)構(gòu)相同，分別用于電流的輸入與輸出，超導(dǎo)電流引線的上端為常規(guī)引線材料，如銅，下端為高溫超導(dǎo)材料。超導(dǎo)電流引線因?yàn)橘N于防輻射屏走線，所以也是經(jīng)一級(jí)冷頭冷卻。所述磁體骨架設(shè)置用于安裝超導(dǎo)磁體的凹槽，凹槽與超導(dǎo)磁體的多個(gè)面緊密接觸，通過導(dǎo)冷帶將熱量傳給制冷機(jī)冷頭。超導(dǎo)電機(jī)的超導(dǎo)磁體及磁體骨架等部件，被密閉安裝于防輻射屏內(nèi)，超導(dǎo)磁體的熱量通過導(dǎo)冷帶傳遞給制冷機(jī)的二級(jí)冷頭，并通過制冷機(jī)將熱量帶到系統(tǒng)外部，可以最大限度減少外部輻射漏熱。所述真空罩是一個(gè)由金屬材料(如不銹鋼等)制成的密閉容器，需要耐受一定的壓強(qiáng)而不出現(xiàn)明顯的變形。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，真空罩內(nèi)部被抽成一定的高真空，超導(dǎo)磁體、磁體骨架、支撐結(jié)構(gòu)、導(dǎo)冷帶、力矩管、防輻射屏等組件均存在于真空環(huán)境中，這樣可以減少由于氣體對(duì)流傳熱引起的漏熱。除去氣體對(duì)流傳導(dǎo)漏熱，系統(tǒng)主要存在的漏熱來源于高溫輻射和支撐部件的固體傳導(dǎo)漏熱。所述真空罩兩端的內(nèi)壁設(shè)置有端板，所述力矩管則連接在端板上，制冷機(jī)的一級(jí)冷頭和二級(jí)冷頭均穿過端板位于真空罩內(nèi)部。所述防輻射屏通過支撐結(jié)構(gòu)安裝懸掛于真空罩的內(nèi)壁上，用于減小外部輻射對(duì)磁體的輻射漏熱；所述防輻射屏采用高熱導(dǎo)性材料(如紫銅等材料)制成。所述支撐結(jié)構(gòu)由低熱導(dǎo)率的材料制成，如GlO環(huán)氧玻璃鋼，而且其長度需要保證能有效阻止外部熱量傳導(dǎo)進(jìn)入防輻射屏，使防輻射屏保持在一個(gè)較低的溫度，從而保證超導(dǎo)磁體處在一個(gè)較低的輻射環(huán)境當(dāng)中。所述導(dǎo)冷帶的兩段設(shè)置有安裝孔，采用螺栓直接與超導(dǎo)磁體、制冷機(jī)冷頭相連接；所述導(dǎo)冷帶采用導(dǎo)熱性能良好的材料，例如高純銅，高純鋁或其它導(dǎo)熱性能良好的材料。所述力矩管可以采用環(huán)氧玻璃鋼制成；此種材料具備一定的強(qiáng)度，并且熱導(dǎo)率較低，可以有效的減少外界環(huán)境對(duì)于超導(dǎo)磁體本身的傳導(dǎo)漏熱。由于制冷機(jī)冷頭隨著轉(zhuǎn)子本體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因此密封裝置設(shè)計(jì)為旋轉(zhuǎn)密封裝置，通過旋轉(zhuǎn)密封裝置將制冷機(jī)冷頭和壓縮機(jī)進(jìn)行連接，該旋轉(zhuǎn)密封裝置可以耐受足夠的高壓，但只需滿足常溫要求。所述旋轉(zhuǎn)密封裝置包括轉(zhuǎn)動(dòng)端和靜止端,轉(zhuǎn)動(dòng)端嵌于靜止端的凹槽中，轉(zhuǎn)動(dòng)端的外壁和靜止端的槽壁之間設(shè)置有動(dòng)密封的密封結(jié)構(gòu)；該密封結(jié)構(gòu)可以是磁流體密封，也可以是機(jī)械動(dòng)密封，或其他多種密封方案。所述靜止端設(shè)置有連接制冷機(jī)冷頭的出氣管和連接制冷機(jī)冷頭的進(jìn)氣管；所述轉(zhuǎn)動(dòng)端設(shè)置有連接壓縮機(jī)的進(jìn)氣管和連接壓縮機(jī)的出氣管。本專利技術(shù)的工作過程如下 壓縮機(jī)采用氦氣壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)產(chǎn)生常溫高壓氦氣，通過連接管路連接到旋轉(zhuǎn)密封裝置的靜止端的進(jìn)氣口，高壓氦氣通過旋轉(zhuǎn)密封裝置后由轉(zhuǎn)動(dòng)端的出氣口送出，并通往旋轉(zhuǎn)的制冷機(jī)頭，制冷機(jī)冷頭利用高壓氦氣進(jìn)行制冷工作，并產(chǎn)冷量使一級(jí)冷頭和二級(jí)冷頭的溫度下降，返回的氦氣又進(jìn)入旋轉(zhuǎn)密封裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)端進(jìn)氣口，并從旋轉(zhuǎn)密封裝置的靜止端出氣口經(jīng)連接管路回到氦氣壓縮機(jī)循環(huán)壓縮；制冷機(jī)一級(jí)冷頭與防輻射屏連接，并將防輻射屏冷卻到相對(duì)低的溫度如(60-80K)，另一方面，其還用于冷卻超導(dǎo)電流引線；制冷機(jī)的二級(jí)冷頭通過N根導(dǎo)冷帶，與磁體骨架連接，并冷卻磁體骨架本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于傳導(dǎo)冷卻技術(shù)的超導(dǎo)電機(jī)制冷系統(tǒng)，其特征在于：包括壓縮機(jī)（1）、制冷機(jī)冷頭（4）、密封裝置（3）、真空罩（6）、磁體骨架（14）、導(dǎo)冷帶（9）和防輻射屏（7），防輻射屏（7）通過支撐結(jié)構(gòu)（10）固定安裝于真空罩（6）的內(nèi)壁上，真空罩（6）與防輻射屏（7）分別呈封閉狀；壓縮機(jī)（1）通過密封裝置（3）與制冷機(jī)冷頭（4）連接，制冷機(jī)冷頭（4）依次穿過真空罩（6）、防輻射屏（7）固定安裝在真空罩（6）上，制冷機(jī)冷頭（4）與真空罩（6）、防輻射屏（7）同步轉(zhuǎn)動(dòng)；所述防輻射屏（7）內(nèi)設(shè)置有用于安裝超導(dǎo)磁體（8）的磁體骨架（14），磁體骨架（14）的兩端分別通過力矩管（5）穿過防輻射屏（7）的兩端并連接于真空罩（6）的兩端的內(nèi)壁上；所述磁體骨架（14）的內(nèi)壁連接設(shè)置有N個(gè)導(dǎo)冷帶（9），每個(gè)導(dǎo)冷帶（9）均與位于防輻射屏（7）內(nèi)的制冷機(jī)冷頭（4）部分連接；其中，N為整數(shù)，N≥1。
【技術(shù)特征摘要】
1.ー種基于傳導(dǎo)冷卻技術(shù)的超導(dǎo)電機(jī)制冷系統(tǒng)，其特征在于包括壓縮機(jī)(I)、制冷機(jī)冷頭(4)、密封裝置(3)、真空罩(6)、磁體骨架(14)、導(dǎo)冷帶(9)和防輻射屏(7)，防輻射屏(7)通過支撐結(jié)構(gòu)(10)固定安裝于真空罩(6)的內(nèi)壁上，真空罩(6)與防輻射屏(7)分別呈封閉狀；壓縮機(jī)(I)通過密封裝置(3)與制冷機(jī)冷頭(4)連接，制冷機(jī)冷頭(4)依次穿過真空罩(6)、防輻射屏(7)固定安裝在真空罩(6)上，制冷機(jī)冷頭(4)與真空罩(6)、防輻射屏(7)同步轉(zhuǎn)動(dòng)；所述防輻射屏(7)內(nèi)設(shè)置有用于安裝超導(dǎo)磁體(8)的磁體骨架(14)，磁體骨架(14)的兩端分別通過カ矩管(5)穿過防輻射屏(7)的兩端并連接于真空罩(6)的兩端的內(nèi)壁上；所述磁體骨架(14)的內(nèi)壁連接設(shè)置有N個(gè)導(dǎo)冷帶(9)，每個(gè)導(dǎo)冷帶(9)均與位于防輻射屏(7)內(nèi)的制冷機(jī)冷頭(4)部分連接；其中，N為整數(shù)，N彡I。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)電機(jī)制冷系統(tǒng)，其特征在于所述制冷機(jī)冷頭(4)包括一級(jí)冷頭(11)和ニ級(jí)冷頭(12)，一級(jí)冷頭(11)和ニ級(jí)冷頭(12)位于真空罩(6)內(nèi)，工作時(shí)處于真空環(huán)境；制冷機(jī)的一級(jí)冷頭(11)直接與防輻射屏(7)連接；制冷機(jī)的ニ級(jí)冷頭(12)與導(dǎo)冷帶(9)相連接,通過導(dǎo)冷帶(9)冷卻磁體骨架(14)及超導(dǎo)磁體(8)。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)電機(jī)制冷系統(tǒng)，其特征在于所述超導(dǎo)磁體(8)連接有兩根超導(dǎo)電流引線，兩根超導(dǎo)電流引線穿過防輻射屏(7)沿防輻射屏(7)外壁走線，并延伸穿過真空罩(6)外部；兩根超導(dǎo)電流引線結(jié)構(gòu)相同，分別用于電流的輸入與輸出；超導(dǎo)電流引線的上端為常規(guī)引線材料，下端為高溫超導(dǎo)材料。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)電機(jī)制冷系統(tǒng)，其特征在于所述磁體骨架(14)設(shè)置用于安裝超導(dǎo)磁體(8)的凹槽，凹槽與超導(dǎo)磁體(8)緊密接觸，通過導(dǎo)冷帶(9)將熱量傳給制冷機(jī)冷頭(4)。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)電機(jī)制冷系統(tǒng)，其特征在于所述真空罩(6)是ー個(gè)由金屬材料制成的密閉容器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超導(dǎo)電機(jī)制冷系統(tǒng)，其特征在干所述真空罩(6)兩端的內(nèi)壁設(shè)置有端板(16)，所述カ矩管(5)則連接在...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊燁，馮玲，蔣煜東，宋曉衛(wèi)，王立聞，張敏，況明偉，吳建東，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國東方電氣集團(tuán)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。