Опоры для топологического генератора погружного типа. Устройство. Инженерный расчёт. Параметры

Однако из-за сложной конструкции узла разделения прямого и обратного потоков гелия предварительное захолаживание ротора требует повышенного расхода жидкого гелия. Размещение вакуумных вентилей в нижней части ротора не позволяет проводить эксперимент при наличии ванны с жидким азотом в статоре. Использование искривленного вала с сильфоном затрудняет балансировку ротора совместно с герметизированным передаточным механизмом.

Таким образом, ближайшей задачей является устранение указанных недостатков в конструкции машины и проведение стендовых испытаний с подключением бесконтактного сверхпроводникового синхронного генератора в сеть.

 

Конструирование сверхпроводящих опор, расчёт основных параметров устройства.

Рисунок 20 –  Схема к расчёту опор. Осевая и радиальная составляющая.

 

В данной курсовой работе выбраны сверхпроводящие опоры с внутренним расположением бортиков на экране. Вообще использование бесконтактных типов подвесов, имеет преимущества при конструировании. Главное преимущество – отсутствие трения в подшипнике. Вследствие чего увеличивается  ресурс и надежность работы электромашин. КПД таких машин очень высок и может достигать 1. Отсутствуют шумовые помехи. К недостаткам можно отнести, что данный вид механизмов относится к разряду маломощных, это ограничение накладывается ограниченной сверху максимальной плотностью тока. Высокая точность изготовления, необходимость постоянного поддержания низкой температуры. Внутреннее расположение бортиков обеспечивает устойчивое положение в радиальном направлении. Для повышения предела радиальной нагрузки, предлагается сделать опору комбинированной, с внутренним и наружным расположением бортиков. Но для малых радиальных биений и не высоких нагрузок, внутренних бортиков вполне достаточно. Теперь рассчитаем конкретную опору.

Расчёт сверхпроводящих опор сводиться к вычислению восстанавливающей силы при осевом и радиальном смещении ротора. Важен выбор оптимальных размеров опор заданной величины жёсткости и предельно допустимой нагрузки.

Произведем  расчёт создаваемого магнитного поля. Площадь поперечного сечения провода: , тогда ток: (Приложение 1).

Магнитный поток имеет постоянную величину:

 

 

где - коэффициент заполнения, - число витков, выбираем самостоятельно .

Способ укладки сверхпроводящего ниобий–титанового провода марки ПЭТВ-2НТ показан на рис. 21.

Рис. 21 – Намотка круглым проводом виток к витку с сотовой укладкой.

Величину примем равную 10мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим число витков в одном слое как отношение толщины катушки к диаметру провода:

 

Определим число слоев:

 

 

Из рис.22 найдем величину Х:

 

Тогда толщина намотки:

 

Наружный  радиус катушки находим как сумму внутреннего радиуса катушки и толщины намотки:

 

Определим площадь зазора:

 

 

Находим индукцию в зазоре:

 

 

 

 

где – средний диаметр:

  – ширина кольца: 

 

 

Осевая жесткость:

 

Радиальная жесткость:

 

где 

 

Таким образом ,  

 

 

Вычислим общую массу роторного устройства. Она складывается из массы стального вала mв, двух масс mэ ниобиевых опорных элементов и массы ротора mрот. Возьмём ротор с массой .

,                                          (27)

                  (29)

Учитывая, что ρNb=8.6*103 кг/м3, D1=0.06м, D2=0.0184м, d1=0.01м, d2=0.014м, h1=0.015м, h2=0.012м , получим:

 

Тогда общая масса роторного устройства

.

После расчёта опоры рассмотрим технологию изготовления деталей. Конструкция состоит из нескольких деталей, таких как: вал, опора, соленоид, магнитопровод, экран. Вал, как самостоятельная деталь вытачивается на фрезеровальном станке за один постанов. Опора вытачивается на фрезеровальном станке за один постанов. Материал ниобий, так как данный металл вязкий, то при обработке рекомендуется использовать свиное сало. Крепление опоры  с валом – штопорное, чтобы исключить проворотов. Соленоид берётся как самостоятельная деталь и изготавливается по стандартам криоборудования. На соленоид  крепиться магнитопровод с , чтобы не было потерь на перемагничивание.   Берётся как самостоятельная деталь из магнитомягкого материала по геометрическим размерам катушки. фиксируется при помощи клея на корпусе опоры. На магнитопровод тугой насадкой крепиться экран. Материал ниобий. Он препятствует рассеиванию магнитного поля в пространство. Крепить напрямую к корпусу нельзя. При монтаже нужно установить компенсаторы, так как велик рабочий температурный интервал, и коэффициент линейного термического расширения будет значительно влиять на конструкцию. Изготавливается на фрезеровальном станке за один постанов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. В.А. Веников, Э.Н. Зуев, В.С. Околотин. Сверхпроводники в энергетике. М.: Энергия.  — 1977. — 118 с.