[实用新型]轴功率输入超导风力发电机制冷系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及超导电机制冷系统，具体涉及轴功率输入超导风力发电机制冷系统。

背景技术

超导技术作为一种新兴技术已经在电力应用方面逐渐表现出不可替代的优势。利用超导技术制造的风机，其转子由高温超导（HTS）线材绕制，相对常规铜线其载流密度可以提高150倍左右，使得超导电机具有极高的能量密度。这一方面大大减小了电机的体积，同时因为超导线圈可以产生极强的磁场，电机中的铁芯可以省去，电机的重量也减轻很多。据美国超导公司估计，10MW的超导直驱式风力发电机的重量仅140 t，如此轻的重量，将成为突破风机扩容技术瓶颈的关键。另外，由于超导线圈可以产生极高的磁场，从而产生更大的力矩，不需要配备成本昂贵，相对笨重的齿轮箱，这便大大提高了电机的效率和稳定性。这样，超导海上风力发电机的运输成本、安装成本及维护成本都将显著降低。

但是由于超导电性只能在一定的低温下才能够实现，所以制冷系统作为超导电机的关键辅助系统，对于整个电机的稳定运行，具有至关重要的作用。

传统的超导电机由于转速较高，因而一般采用冷冻剂作为冷却介质，利用电机转动时的离心力使冷却介质在超导磁体内部的冷却介质流道内流动，通过介质的传热，实现系统制冷的目的。然而，冷却介质的使用必然会增加系统的复杂性，降低其可靠性。另一方面，由于需要利用电机旋转时的离心力，才可以使冷却介质更好的分散在转子内部，从而达到均匀冷却超导磁体的目的。但对于，海上型超导风机中的超导电机，由于其额定转速很低，一般不超过20转每分钟，因而这种转速下的离心力不足以驱动低温液体在转子内部均匀分布，因而受到使用的局限。

另一方面，现有超导电机的制冷系统采用了制冷设备（压缩机和冷头）与电机转子本体分置的方案，其相对于电机转子是相部静止，或是只有其中一个部件如制冷机冷头是同电机转子一起旋转，但压缩机仍然是相对静止的，没有随电机转子一起旋转。针对第一种方案，制冷系统在外部制得制冷工质以后，需要通过一个低温旋转密封装置将制冷介质输送到超导电机转子内部。对于低转速的超导电机，如超导风力发电机的转速一般都较低，可以把低温制冷机的冷头放置与电机的转子之上，但由于压缩机仍是相对静止的，仍需要一套常温的旋转密封装置，为压缩机与制冷机冷头之间的气路进行联接。

例如中国专利文献公开号为CN102840708A，公开日为2012年12月26日的发明专利，公开了一种基于传导冷却技术的超导电机制冷系统，包括压缩机、制冷机冷头、密封装置、真空罩、磁体骨架、导冷带和防辐射屏，防辐射屏通过支撑结构固定安装于真空罩的内壁上；压缩机通过密封装置与制冷机冷头连接，制冷机冷头依次穿过真空罩、防辐射屏固定安装在真空罩上，制冷机冷头与真空罩、防辐射屏同步转动；防辐射屏内设置有用于安装超导磁体的磁体骨架，磁体骨架的两端分别通过力矩管穿过防辐射屏连接于真空罩的两端；磁体骨架的内壁连接有导冷带，导冷带与位于防辐射屏内的制冷机冷头连接。该文献就是通过密封装置将压缩机与制冷机冷头连接，所以针对此类使用了密封装置的结构，无论是常温旋转密封结构或者低温旋转密封结构或其他哪种结构型式的旋转密封部件，均为设计增加了难度，并且减少了整个系统的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题，提供了一种轴功率输入超导风力发电机制冷系统，利用调速机构，将风机主轴上的转速增速至压缩机额定工作转速；根据本实用新型，可以直接利用风机轴功率作为压缩机工作的动力源，且低温制冷机组中压缩机和制冷机冷头之间省去了旋转密封耦合器部件，提高了系统运行的稳定性和可靠性。另一方面，利用旋转风机主轴的机械能为制冷系统的压缩机提供动力，可以摆脱超导风力发电机的制冷系统对外部动力的依赖，有可能实现超导风力发电机在没有外部电源输入情况下的黑模式起动，从而有效解决传统超导风力发电机启动之前必需先由外部电网供电，使制冷系统工作，降温到合适温度后才可以进行励磁的问题。

本实用新型的技术方案如下：

轴功率输入超导风力发电机制冷系统，其特征在于：包括风机主轴、压缩机、制冷机冷头、调速机构、超导磁体、冷量传递机构、磁体绝热支撑结构和固定支架；

所述超导磁体、压缩机和调速机构安装于风机主轴上，与风机主轴同时旋转；所述超导磁体通过磁体绝热支撑结构连接于风机主轴上，同时，超导磁体、冷量传递机构、制冷机冷头、压缩机依次连接，压缩机连接至调速机构，调速机构通过固定支架固定。