適用于超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子線圈冷卻的旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超導(dǎo)應(yīng)用設(shè)備，具體涉及適用于超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子線圈冷卻的旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)及使用方法，特別是超導(dǎo)電機設(shè)備中的轉(zhuǎn)子線圈冷卻的一種旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)外環(huán)境及能源發(fā)展，超導(dǎo)電機的研宄和開發(fā)越來越得到重視，而轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)使保障線圈處于超導(dǎo)狀態(tài)，是整個電機的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]國內(nèi)外出現(xiàn)了各種不同的轉(zhuǎn)子超導(dǎo)線圈冷卻回路的設(shè)計及制冷介質(zhì)的選擇，主要有:旋轉(zhuǎn)熱管相變換熱，冷氦氣對流法，浸泡法等等；現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中大部分方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本制作要求高，相比之下，集中式旋轉(zhuǎn)熱管相變換熱法相對結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)自循環(huán)調(diào)節(jié)，制作及運行成本低，但冷卻效果相比其它方法，存在著介質(zhì)始終沉于管道下部，尤其轉(zhuǎn)子大尺寸時傳熱距離及熱弛豫時間較長等等因素，冷卻效果不太理想。影響此法在超導(dǎo)電機應(yīng)用上的進一步推廣應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種轉(zhuǎn)子線圈冷卻的新型集中式旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有此類旋轉(zhuǎn)熱筒技術(shù)冷卻效果不太理想的問題。
[0005]根據(jù)本發(fā)明提供的一種適用于超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子線圈冷卻的旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)，包括:內(nèi)筒、外筒、輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)；
[0006]內(nèi)筒依靠輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)支撐懸浮于外筒內(nèi)部，輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)將內(nèi)筒、外筒聯(lián)接為一體，內(nèi)筒與外筒同軸心設(shè)置；
[0007]內(nèi)筒四周與外筒之間均存在間距，所述內(nèi)筒側(cè)壁與外筒側(cè)壁之間的間距所形成的空間被輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)分隔成沿周向均布的單元管狀空間，單元管狀空間沿軸向延伸，單元管狀空間的兩端管口分別位于內(nèi)筒的兩端與外筒相應(yīng)兩端之間的間距所形成的空間內(nèi)；
[0008]內(nèi)筒四周與外筒之間的空間以及內(nèi)筒內(nèi)部的空間構(gòu)成汽化后的介質(zhì)的排出通道。
[0009]優(yōu)選地，還包括與內(nèi)筒同軸設(shè)置的冷卻介質(zhì)導(dǎo)入管和冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管；
[0010]冷卻介質(zhì)導(dǎo)入管設(shè)置在冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管內(nèi)；
[0011]冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管的外壁與外筒一端的安裝孔密封連接。
[0012]優(yōu)選地，冷卻介質(zhì)導(dǎo)入管沿軸向延伸至內(nèi)筒的中部；相比冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管，冷卻介質(zhì)導(dǎo)入管延伸入內(nèi)筒的長度較大。
[0013]根據(jù)本發(fā)明提供的一種上述的適用于超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子線圈冷卻的旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)的使用方法，包括如下步驟:
[0014]步驟1:在旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)靜止時，將冷卻介質(zhì)導(dǎo)入內(nèi)筒內(nèi)部，使冷卻介質(zhì)通過內(nèi)筒兩端與外筒相應(yīng)兩端之間的間距沉積在外筒內(nèi)的下部空間位置；
[0015]步驟2:令旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，使冷卻介質(zhì)在離心力及輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)共同作用下強迫流動，并通過內(nèi)筒與外筒之間的空間以及內(nèi)筒內(nèi)部空間構(gòu)成的通道將汽化后的冷卻介質(zhì)排出。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0017]1、本發(fā)明主要應(yīng)用于含上述熱筒結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子的冷熱交換系統(tǒng)，能夠在超導(dǎo)電機正常運行過程中保持轉(zhuǎn)子線圈超導(dǎo)帶材溫度場的穩(wěn)定性，有利于提高超導(dǎo)電機的質(zhì)量。
[0018]2、本發(fā)明通過改變傳統(tǒng)的集中式旋轉(zhuǎn)熱管的結(jié)構(gòu)，使得制冷介質(zhì)與熱筒內(nèi)壁的接觸面積變大，而壁厚可以減小，從而增大轉(zhuǎn)子線圈熱傳導(dǎo)獲得的熱量，提高轉(zhuǎn)子的換熱效率。
【附圖說明】
[0019]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0020]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2-圖5為本發(fā)明可選的多種輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為本發(fā)明熱筒外壁厚度比較的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，(a)帶有輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)，(b)不帶有輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)。
[0023]圖中:
[0024]1-外筒
[0025]2-內(nèi)筒
[0026]3-輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)
[0027]4-冷卻介質(zhì)導(dǎo)入管
[0028]5-冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管
[0029]6-葉輪
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0031]根據(jù)本發(fā)明提供的一種適用于超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子線圈冷卻的旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)，包括:內(nèi)筒、外筒、輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)，還包括與內(nèi)筒同軸設(shè)置的冷卻介質(zhì)導(dǎo)入管和冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管。
[0032]如圖1所示，內(nèi)筒依靠輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)支撐懸浮于外筒內(nèi)部，輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)將內(nèi)筒、外筒聯(lián)接為一體，內(nèi)筒與外筒同軸心設(shè)置；冷卻介質(zhì)導(dǎo)入管設(shè)置在冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管內(nèi)；冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管的外壁與外筒一端的安裝孔密封連接，外筒為封閉式結(jié)構(gòu)；冷卻介質(zhì)導(dǎo)入管沿軸向延伸至內(nèi)筒的中部；相比冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管，冷卻介質(zhì)導(dǎo)入管延伸入內(nèi)筒的長度較大。內(nèi)筒四周與外筒之間的空間以及內(nèi)筒內(nèi)部的空間構(gòu)成汽化后的介質(zhì)的排出通道。
[0033]內(nèi)筒四周與外筒之間均存在間距，包括在徑向上以及軸向上，內(nèi)筒與外筒之間均存在間距，所述內(nèi)筒側(cè)壁與外筒側(cè)壁之間的間距所形成的空間被輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)分隔成沿周向均布的單元管狀空間，單元管狀空間沿軸向延伸，單元管狀空間的兩端管口分別位于內(nèi)筒的兩端與外筒相應(yīng)兩端之間的間距所形成的空間內(nèi)；如圖1所示，內(nèi)筒的一端與外筒的一端之間在軸向上存在的間距構(gòu)成第一端部空間，內(nèi)筒的另一端與外筒的另一端之間在軸向上存在的間距構(gòu)成第二端部空間，單元管狀空間的一端開口位于第一端部空間內(nèi)，單元管狀空間的另一端開口位于第二端部空間內(nèi)。
[0034]所述熱筒內(nèi)沿外壁具有多個沿周向均布的單元管狀空間，周向上相鄰的葉輪及外筒內(nèi)壁共同形成了單元管狀單元的管壁。輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)中葉輪的數(shù)量及分布結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)轉(zhuǎn)子的尺寸大小及轉(zhuǎn)動的速率等等情況來決定，以滿足制冷介質(zhì)與筒內(nèi)壁的最大接觸的需要，相變介質(zhì)轉(zhuǎn)換順利，以達到最佳的換熱效果。
[0035]根據(jù)本發(fā)明提供的一種上述的適用于超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子線圈冷卻的旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)的使用方法，包括如下步驟:
[0036]步驟1:在旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)靜止時，將冷卻介質(zhì)導(dǎo)入內(nèi)筒內(nèi)部，使冷卻介質(zhì)通過內(nèi)筒兩端與外筒相應(yīng)兩端之間的間距沉積在外筒內(nèi)的下部空間位置；
[0037]步驟2:令旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，使冷卻介質(zhì)在離心力及輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)共同作用下強迫流動，并通過內(nèi)筒與外筒之間的空間以及內(nèi)筒內(nèi)部空間構(gòu)成的通道將汽化后的冷卻介質(zhì)排出。
[0038]具體地，制冷介質(zhì)由冷卻介質(zhì)導(dǎo)入管提供的中心軸懸空管路進入旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)內(nèi)部后，沉積在旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)下部空間位置，旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動時制冷介質(zhì)在離心力及輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)共同作用下強迫流動，保持與外筒內(nèi)壁最大接觸面積，接觸面占外筒內(nèi)壁比例不小于20%，此結(jié)構(gòu)保證同樣轉(zhuǎn)筒強度前提下減小筒的壁厚，從而保障與旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)外部接觸件熱傳導(dǎo)獲得的導(dǎo)熱量增大，使外部接觸件更易達到所需的溫度；同時，內(nèi)筒、外筒之間及內(nèi)筒內(nèi)部所存在的空間提供足夠的通道，用于汽化后的介質(zhì)的排出，減少氣阻的產(chǎn)生；保證整個冷熱交換系統(tǒng)的運行穩(wěn)定可靠。
[0039]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.一種適用于超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子線圈冷卻的旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:內(nèi)筒、夕卜筒、輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)； 內(nèi)筒依靠輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)支撐懸浮于外筒內(nèi)部，輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)將內(nèi)筒、外筒聯(lián)接為一體，內(nèi)筒與外筒同軸心設(shè)置； 內(nèi)筒四周與外筒之間均存在間距，所述內(nèi)筒側(cè)壁與外筒側(cè)壁之間的間距所形成的空間被輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)分隔成沿周向均布的單元管狀空間，單元管狀空間沿軸向延伸，單元管狀空間的兩端管口分別位于內(nèi)筒的兩端與外筒相應(yīng)兩端之間的間距所形成的空間內(nèi)； 內(nèi)筒四周與外筒之間的空間以及內(nèi)筒內(nèi)部的空間構(gòu)成汽化后的介質(zhì)的排出通道。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子線圈冷卻的旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括與內(nèi)筒同軸設(shè)置的冷卻介質(zhì)導(dǎo)入管和冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管； 冷卻介質(zhì)導(dǎo)入管設(shè)置在冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管內(nèi)； 冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管的外壁與外筒一端的安裝孔密封連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子線圈冷卻的旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)，其特征在于，冷卻介質(zhì)導(dǎo)入管沿軸向延伸至內(nèi)筒的中部；相比冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管，冷卻介質(zhì)導(dǎo)入管延伸入內(nèi)筒的長度較大。4.一種權(quán)利要求1至3中任一項所述的適用于超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子線圈冷卻的旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)的使用方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:在旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)靜止時，將冷卻介質(zhì)導(dǎo)入內(nèi)筒內(nèi)部，使冷卻介質(zhì)通過內(nèi)筒兩端與外筒相應(yīng)兩端之間的間距沉積在外筒內(nèi)的下部空間位置； 步驟2:令旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，使冷卻介質(zhì)在離心力及輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)共同作用下強迫流動，并通過內(nèi)筒與外筒之間的空間以及內(nèi)筒內(nèi)部空間構(gòu)成的通道將汽化后的冷卻介質(zhì)排出。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種適用于超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子線圈冷卻的旋轉(zhuǎn)熱筒結(jié)構(gòu)及使用方法，包括：內(nèi)筒、外筒、輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)；內(nèi)筒依靠輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)支撐懸浮于外筒內(nèi)部聯(lián)接為一體；內(nèi)筒四周與外筒之間均存在間距，所述內(nèi)筒側(cè)壁與外筒側(cè)壁之間的間距所形成的空間被輪輻式葉輪結(jié)構(gòu)分隔成沿周向均布的單元管狀空間。本發(fā)明通過改變傳統(tǒng)的集中式旋轉(zhuǎn)熱管的結(jié)構(gòu)，使得制冷介質(zhì)與熱筒內(nèi)壁的接觸面積變大，而壁厚可以減小，從而增大轉(zhuǎn)子線圈熱傳導(dǎo)獲得的熱量，提高轉(zhuǎn)子的換熱效率，應(yīng)用于超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子的冷熱交換系統(tǒng)，有利于提高超導(dǎo)電機的質(zhì)量。
【IPC分類】H02K55/00, H02K9/04
【公開號】CN104883032
【申請?zhí)枴緾N201510198733
【發(fā)明人】孫仁君, 瞿體明, 宋彭, 吳其紅, 朱佳敏, 洪智勇
【申請人】上海超導(dǎo)科技股份有限公司, 清華大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年4月21日