适用于超导电机转子线圈冷却的旋转热筒结构及使用方法

摘要

本发明提供了一种适用于超导电机转子线圈冷却的旋转热筒结构及使用方法，包括：内筒、外筒、轮辐式叶轮结构；内筒依靠轮辐式叶轮结构支撑悬浮于外筒内部联接为一体；内筒四周与外筒之间均存在间距，所述内筒侧壁与外筒侧壁之间的间距所形成的空间被轮辐式叶轮结构分隔成沿周向均布的单元管状空间。本发明通过改变传统的集中式旋转热管的结构，使得制冷介质与热筒内壁的接触面积变大，而壁厚可以减小，从而增大转子线圈热传导获得的热量，提高转子的换热效率，应用于超导电机转子的冷热交换系统，有利于提高超导电机的质量。

说明书

技术领域

本发明涉及超导应用设备，具体涉及适用于超导电机转子线圈冷却的旋转热筒 结构及使用方法，特别是超导电机设备中的转子线圈冷却的一种旋转热筒结构。

背景技术

目前，国内外环境及能源发展，超导电机的研究和开发越来越得到重视，而转 子冷却系统使保障线圈处于超导状态，是整个电机的关键技术之一。

国内外出现了各种不同的转子超导线圈冷却回路的设计及制冷介质的选择，主 要有：旋转热管相变换热，冷氦气对流法，浸泡法等等；现有结构中大部分方法结 构复杂，成本制作要求高，相比之下，集中式旋转热管相变换热法相对结构简单， 可以实现自循环调节，制作及运行成本低，但冷却效果相比其它方法，存在着介质 始终沉于管道下部，尤其转子大尺寸时传热距离及热弛豫时间较长等等因素，冷却 效果不太理想。影响此法在超导电机应用上的进一步推广应用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种转子线圈冷却的新型集中 式旋转热筒结构，以解决现有此类旋转热筒技术冷却效果不太理想的问题。

根据本发明提供的一种适用于超导电机转子线圈冷却的旋转热筒结构，包括： 内筒、外筒、轮辐式叶轮结构；

内筒依靠轮辐式叶轮结构支撑悬浮于外筒内部，轮辐式叶轮结构将内筒、外筒 联接为一体，内筒与外筒同轴心设置；

内筒四周与外筒之间均存在间距，所述内筒侧壁与外筒侧壁之间的间距所形成 的空间被轮辐式叶轮结构分隔成沿周向均布的单元管状空间，单元管状空间沿轴向 延伸，单元管状空间的两端管口分别位于内筒的两端与外筒相应两端之间的间距所 形成的空间内；

内筒四周与外筒之间的空间以及内筒内部的空间构成汽化后的介质的排出通 道。

优选地，还包括与内筒同轴设置的冷却介质导入管和冷却介质导出管；

冷却介质导入管设置在冷却介质导出管内；

冷却介质导出管的外壁与外筒一端的安装孔密封连接。

优选地，冷却介质导入管沿轴向延伸至内筒的中部；相比冷却介质导出管，冷 却介质导入管延伸入内筒的长度较大。

根据本发明提供的一种上述的适用于超导电机转子线圈冷却的旋转热筒结构 的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：在旋转热筒结构静止时，将冷却介质导入内筒内部，使冷却介质通过 内筒两端与外筒相应两端之间的间距沉积在外筒内的下部空间位置；

步骤2：令旋转热筒结构旋转，使冷却介质在离心力及轮辐式叶轮结构共同作 用下强迫流动，并通过内筒与外筒之间的空间以及内筒内部空间构成的通道将汽化 后的冷却介质排出。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明主要应用于含上述热筒结构的超导电机转子的冷热交换系统，能够 在超导电机正常运行过程中保持转子线圈超导带材温度场的稳定性，有利于提高超 导电机的质量。

2、本发明通过改变传统的集中式旋转热管的结构，使得制冷介质与热筒内壁 的接触面积变大，而壁厚可以减小，从而增大转子线圈热传导获得的热量，提高转 子的换热效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2-图5为本发明可选的多种轮辐式叶轮结构的结构示意图；

图6为本发明热筒外壁厚度比较的结构示意图，其中，(a)带有轮辐式叶轮 结构，(b)不带有轮辐式叶轮结构。

图中：

1-外筒

2-内筒

3-轮辐式叶轮结构

4-冷却介质导入管

5-冷却介质导出管

6-叶轮

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于 本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种适用于超导电机转子线圈冷却的旋转热筒结构，包括：内筒、 外筒、轮辐式叶轮结构，还包括与内筒同轴设置的冷却介质导入管和冷却介质导出管。

如图1所示，内筒依靠轮辐式叶轮结构支撑悬浮于外筒内部，轮辐式叶轮结构将内 筒、外筒联接为一体，内筒与外筒同轴心设置；冷却介质导入管设置在冷却介质导出管 内；冷却介质导出管的外壁与外筒一端的安装孔密封连接，外筒为封闭式结构；冷却介 质导入管沿轴向延伸至内筒的中部；相比冷却介质导出管，冷却介质导入管延伸入内筒 的长度较大。内筒四周与外筒之间的空间以及内筒内部的空间构成汽化后的介质的排出 通道。

内筒四周与外筒之间均存在间距，包括在径向上以及轴向上，内筒与外筒之间均存 在间距，所述内筒侧壁与外筒侧壁之间的间距所形成的空间被轮辐式叶轮结构分隔成沿 周向均布的单元管状空间，单元管状空间沿轴向延伸，单元管状空间的两端管口分别位 于内筒的两端与外筒相应两端之间的间距所形成的空间内；如图1所示，内筒的一端与 外筒的一端之间在轴向上存在的间距构成第一端部空间，内筒的另一端与外筒的另一端 之间在轴向上存在的间距构成第二端部空间，单元管状空间的一端开口位于第一端部空 间内，单元管状空间的另一端开口位于第二端部空间内。

所述热筒内沿外壁具有多个沿周向均布的单元管状空间，周向上相邻的叶轮及外筒 内壁共同形成了单元管状单元的管壁。轮辐式叶轮结构中叶轮的数量及分布结构的选择 根据转子的尺寸大小及转动的速率等等情况来决定，以满足制冷介质与筒内壁的最大接 触的需要，相变介质转换顺利，以达到最佳的换热效果。

根据本发明提供的一种上述的适用于超导电机转子线圈冷却的旋转热筒结构的使 用方法，包括如下步骤：

步骤1：在旋转热筒结构静止时，将冷却介质导入内筒内部，使冷却介质通过内筒 两端与外筒相应两端之间的间距沉积在外筒内的下部空间位置；

步骤2：令旋转热筒结构旋转，使冷却介质在离心力及轮辐式叶轮结构共同作用下 强迫流动，并通过内筒与外筒之间的空间以及内筒内部空间构成的通道将汽化后的冷却 介质排出。

具体地，制冷介质由冷却介质导入管提供的中心轴悬空管路进入旋转热筒结构内部 后，沉积在旋转热筒结构下部空间位置，旋转热筒结构转动时制冷介质在离心力及轮辐 式叶轮结构共同作用下强迫流动，保持与外筒内壁最大接触面积，接触面占外筒内壁比 例不小于20％，此结构保证同样转筒强度前提下减小筒的壁厚，从而保障与旋转热筒结 构外部接触件热传导获得的导热量增大，使外部接触件更易达到所需的温度；同时，内 筒、外筒之间及内筒内部所存在的空间提供足够的通道，用于汽化后的介质的排出，减 少气阻的产生；保证整个冷热交换系统的运行稳定可靠。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改， 这并不影响本发明的实质内容。