專利名稱：軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)電機制冷系統(tǒng)，具體涉及軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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。利用超導(dǎo)技術(shù)制造的風(fēng)機，其轉(zhuǎn)子由高溫超導(dǎo)(HTS)線材繞制，相對常規(guī)銅線其載流密度可以提高150倍左右，使得超導(dǎo)電機具有極高的能量密度。這一方面大大減小了電機的體積，同時因為超導(dǎo)線圈可以產(chǎn)生極強的磁場，電機中的鐵芯可以省去，電機的重量也減輕很多。據(jù)美國超導(dǎo)公司估計，IOMW的超導(dǎo)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機的重量僅140 t，如此輕的重量，將成為突破風(fēng)機擴容技術(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，從而產(chǎn)生更大的力矩，不需要配備成本昂貴，相對笨重的齒輪箱，這便大大提高了電機的效率和穩(wěn)定性。這樣，超導(dǎo)海上風(fēng)力發(fā)電機的運輸成本、安裝成本及維護成本都將顯著降低。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)電機的關(guān)鍵輔助系統(tǒng)，對于整個電機的穩(wěn)定運行，具有至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的超導(dǎo)電機由于轉(zhuǎn)速較高，因而一般采用冷凍劑作為冷卻介質(zhì)，利用電機轉(zhuǎn)動時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，通過介質(zhì)的傳熱，實現(xiàn)系統(tǒng)制冷的目的。然而，冷卻介質(zhì)的使用必然會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低其可靠性。另一方面，由于需要利用電機旋轉(zhuǎn)時的離心力，才可以使冷卻介質(zhì)更好的分散在轉(zhuǎn)子內(nèi)部，從而達到均勻冷卻超導(dǎo)磁體的目的。但對于，海上型超導(dǎo)風(fēng)機中的超導(dǎo)電機，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)動低溫液體在轉(zhuǎn)子內(nèi)部均勻分布，因而受到使用的局限。另一方面，現(xiàn)有超導(dǎo)電機的制冷系統(tǒng)采用了制冷設(shè)備(壓縮機和冷頭)與電機轉(zhuǎn)子本體分置的方案，其相對于電機轉(zhuǎn)子是相部靜止，或是只有其中一個部件如制冷機冷頭是同電機轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，但壓縮機仍然是相對靜止的，沒有隨電機轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。針對第一種方案，制冷系統(tǒng)在外部制得制冷工質(zhì)以后，需要通過一個低溫旋轉(zhuǎn)密封裝置將制冷介質(zhì)輸送到超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)部。對于低轉(zhuǎn)速的超導(dǎo)電機，如超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速一般都較低，可以把低溫制冷機的冷頭放置與電機的轉(zhuǎn)子之上，但由于壓縮機仍是相對靜止的，仍需要一套常溫的旋轉(zhuǎn)密封裝置，為壓縮機與制冷機冷頭之間的氣路進行聯(lián)接。例如中國專利文獻公開號為CN102840708A，
公開日為2012年12月26日的發(fā)明專利，公開了一種基于傳導(dǎo)冷卻技術(shù)的超導(dǎo)電機制冷系統(tǒng)，包括壓縮機、制冷機冷頭、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；壓縮機通過密封裝置與制冷機冷頭連接，制冷機冷頭依次穿過真空罩、防輻射屏固定安裝在真空罩上，制冷機冷頭與真空罩、防輻射屏同步轉(zhuǎn)動；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)的制冷機冷頭連接。該文獻就是通過密封裝置將壓縮機與制冷機冷頭連接，所以針對此類使用了密封裝置的結(jié)構(gòu)，無論是常溫旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)或者低溫旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)電機或其他哪種結(jié)構(gòu)型式的旋轉(zhuǎn)密封部件，均為設(shè)計增加了難度，并且減少了整個系統(tǒng)的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供了軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，利用調(diào)速機構(gòu)，將風(fēng)機主軸上的轉(zhuǎn)速增速至壓縮機額定工作轉(zhuǎn)速；根據(jù)本發(fā)明，可以直接利用風(fēng)機軸功率作為壓縮機工作的動力源，且低溫制冷機組中壓縮機和制冷機冷頭之間省去了旋轉(zhuǎn)密封耦合器部件，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。另一方面，利用旋轉(zhuǎn)風(fēng)機主軸的機械能為制冷系統(tǒng)的壓縮機提供動力，可以擺脫超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機的制冷系統(tǒng)對外部動力的依賴，有可能實現(xiàn)超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機在沒有外部電源輸入情況下的黑模式起動，從而有效解決傳統(tǒng)超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機啟動之前必需先由外部電網(wǎng)供電，使制冷系統(tǒng)工作，降溫到合適溫度后才可以進行勵磁的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，其特征在于:包括風(fēng)機主軸、壓縮機、制冷機冷頭、調(diào)速機構(gòu)、超導(dǎo)磁體、冷量傳遞機構(gòu)、磁體絕熱支撐結(jié)構(gòu)和固定支架；
所述超導(dǎo)磁體、壓縮機和調(diào)速機構(gòu)安裝于風(fēng)機主軸上，與風(fēng)機主軸同時旋轉(zhuǎn)；所述超導(dǎo)磁體通過磁體絕熱支撐結(jié)構(gòu)連接于風(fēng)機主軸上，同時，超導(dǎo)磁體、冷量傳遞機構(gòu)、制冷機冷頭、壓縮機依次連接，壓縮機連接至調(diào)速機構(gòu)，調(diào)速機構(gòu)通過固定支架固定。所述調(diào)速機構(gòu)包括一組小齒輪和一個大齒輪，小齒輪通過聯(lián)軸器、小齒輪軸連接于壓縮機的動力輸入軸上,小齒輪均與大齒輪嚙合,大齒輪中心通過大齒輪軸與固定支架連接。所述風(fēng)機主軸與大齒輪相對靜止；當風(fēng)機主軸相對大齒輪旋轉(zhuǎn)時，風(fēng)機主軸帶動小齒輪相對大齒輪增速旋轉(zhuǎn)；因為壓縮機的動力輸入軸與調(diào)速機構(gòu)的小齒輪連接，從而可以實現(xiàn)壓縮機的功率輸入。所述調(diào)速機構(gòu)還可以通過其他能夠?qū)崿F(xiàn)所需調(diào)速比的機構(gòu)實現(xiàn)相同功能。所述調(diào)速機構(gòu)的小齒輪和大齒輪的增速比的范圍值為1000:1-2000:1，通過所述增速比可以將風(fēng)機主軸的轉(zhuǎn)速增至壓縮機的額定工作轉(zhuǎn)速，利用風(fēng)機主軸的軸功率作為動力源，驅(qū)動壓縮機工作。所述調(diào)速機構(gòu)的設(shè)計需要滿足調(diào)速比和動平衡原則，例如采用大小行星齒輪來調(diào)速，大小行星齒輪的設(shè)計需達到一定的增速比和滿足動平衡要求。由于小齒輪在自身高速轉(zhuǎn)動的同時，繞主軸進行圓周運動。因而所有小齒輪都要滿足尺寸，重量相等的條件，這樣才可以保證主軸旋轉(zhuǎn)的動平衡條件。所述固定支架可以采用地腳螺栓等固定在水平地面或其他需要的固定面上。所述壓縮機為制冷機冷頭提供必要的高壓純凈制冷工質(zhì)，制冷機冷頭中制冷工質(zhì)膨脹產(chǎn)生冷量，彌補超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中的各種漏熱損失；冷量傳遞機構(gòu)將制冷機冷頭產(chǎn)生的冷量傳遞到需要冷卻的超導(dǎo)磁體及相關(guān)的超導(dǎo)電流引線、冷屏等部件上。所述壓縮機可以為渦旋式結(jié)構(gòu)或曲柄連桿等機構(gòu)，所用制冷工質(zhì)可以為氦氣或其它一切可用的制冷工質(zhì)(如氫氣、氖氣等)，其適用條件與不同的工作溫區(qū)有關(guān)。壓縮機利用調(diào)速機構(gòu)輸入的動力將低壓氣體壓縮到一定的壓強后，輸送至制冷機冷頭，為制冷系統(tǒng)提供高壓制冷工質(zhì)。所述壓縮機、制冷機冷頭都安裝在風(fēng)機主軸上與需要冷卻的超導(dǎo)磁體相對靜止，因而壓縮機和制冷機冷頭的氣體連接可以通過管路直接連接，而不要使用旋轉(zhuǎn)密封裝置。所述壓縮機的泵組件將高純制冷工質(zhì)壓縮成高壓氣體，經(jīng)過油氣分離和吸附純化變成高純度的工質(zhì)通過自密封接頭排出，在制冷機冷頭中產(chǎn)生冷量，同時形成低壓工質(zhì)氣體回到壓縮機的泵組件中，進行下一步的循環(huán)。這種工作模式為現(xiàn)有壓縮機工作模式，采用本發(fā)明后可以避免使用旋轉(zhuǎn)密封裝置，從而提高設(shè)備的可靠性，延長設(shè)備使用壽命。所述磁體絕熱支撐結(jié)構(gòu)由導(dǎo)熱性能較差的材料制造，如環(huán)氧玻璃鋼等熱導(dǎo)率較小的材料，另外在強度要求比較高的場合，還可以使用不銹鋼等材料。所述冷量傳遞機構(gòu)是為了盡快將制冷機冷頭的冷量傳輸?shù)匠瑢?dǎo)磁體之上，因而選用導(dǎo)熱系數(shù)高的高純無氧銅，銅合金或鋁合金等高熱導(dǎo)率的材料。所述超導(dǎo)磁體和冷量傳遞機構(gòu)外部設(shè)置有一防輻射屏，防輻射屏外部設(shè)置有一真空罩，防輻射屏和真空罩上匹配設(shè)置有穿過風(fēng)機主軸、制冷機冷頭的孔。所述防輻射屏和真空罩為本系統(tǒng)提供了真空絕熱環(huán)境，本系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量損失由制冷機冷頭產(chǎn)生的冷量來彌補，具體的冷卻方式是冷氦氣強迫循環(huán)制冷或者由導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)將制冷機冷頭上的冷量傳遞到磁體的直接冷卻式制冷等。所述防輻射屏用于減少輻射漏熱，采用高熱導(dǎo)性材料，如金屬銅和金屬鋁等材料制成。所述真空罩是由具由一定名度的金屬材料，如不銹鋼等材料制成的密閉容器。本發(fā)明的工作過程如下:
本發(fā)明的風(fēng)機主軸轉(zhuǎn)速依據(jù)超導(dǎo)電機電磁等設(shè)計，在海上超導(dǎo)風(fēng)機設(shè)計中超導(dǎo)電機為低轉(zhuǎn)速運行，超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子為超導(dǎo)磁體，為了保證其超導(dǎo)性，磁體必須工作在一定的低溫環(huán)境下，而低溫環(huán)境由低溫制冷機組來提供冷量，低溫制冷機組的制冷功率由超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的漏熱損失來決定；超導(dǎo)磁體、壓縮機、制冷機冷頭均隨著風(fēng)機主軸一起旋轉(zhuǎn)，調(diào)速機構(gòu)由一組齒輪組成，小齒輪固定在風(fēng)機主軸上，隨其一同旋轉(zhuǎn)，大齒輪相對風(fēng)機主軸靜止；當風(fēng)機主軸相對大齒輪旋轉(zhuǎn)時，小齒輪會相對大齒輪增速旋轉(zhuǎn)；壓縮機的動力輸入軸與調(diào)速機構(gòu)的小齒輪相連接，從而實現(xiàn)壓縮機的功率輸入。所述風(fēng)機主軸旋轉(zhuǎn)時帶動調(diào)速機構(gòu)工作，調(diào)速機構(gòu)輸出端的轉(zhuǎn)速通過一定的增速比將轉(zhuǎn)速提高到高轉(zhuǎn)速，同時調(diào)速機構(gòu)的輸出端帶動壓縮機工作，壓縮機的低壓氣體被壓縮成高壓氣體，壓縮得到的高壓氣體被輸入至制冷機冷頭使用。本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明利用風(fēng)機軸功率的方法，通過調(diào)速機構(gòu)，將風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至超導(dǎo)制冷系統(tǒng)中壓縮機所需的額定工作轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)軸功率作為動力源的低溫制冷系統(tǒng)；
本發(fā)明將原來靜止的制冷機壓縮機及冷頭等部件安放于超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子之上，利用旋轉(zhuǎn)主軸的部分輸出功率為制冷系統(tǒng)的壓縮機提供動力，從而擺脫超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機的制冷系統(tǒng)對外部動力的依賴，有可能實現(xiàn)超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機在沒有外部電源輸入情況下的黑模式起動，從而有效解決原先超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機啟動之前必需先由外部電網(wǎng)供電，使制冷系統(tǒng)工作，降溫到合適溫度后才可以進行勵磁的問題；
本發(fā)明中壓縮機和制冷機冷頭通過軟連接方式連接，省去了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)密封機構(gòu)，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性；實現(xiàn)無旋轉(zhuǎn)密封部件的低溫制冷系統(tǒng)，將是超導(dǎo)低溫技術(shù)發(fā)展的一大突破；
本發(fā)明中壓縮機隨著風(fēng)機主軸一起旋轉(zhuǎn)，避免了傳統(tǒng)超導(dǎo)風(fēng)機中壓縮機安裝在靜止機艙或地面上，縮短了輸氣管的長度，簡化了以往的低溫保溫層的敷設(shè)等工作，降低了成本；本發(fā)明適用于海上型超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機?？傮w而言，本發(fā)明解決了原有制冷系統(tǒng)方案制冷設(shè)備與需要被冷卻的超導(dǎo)磁體相互分離的問題，該方案將制冷系統(tǒng)(包括壓縮機和制冷機冷頭)整體安裝在超導(dǎo)電機風(fēng)機主軸上，制冷系統(tǒng)相對需要被冷卻的超導(dǎo)磁體相對靜止，因而整個系統(tǒng)之間不需要使用任何氣體旋轉(zhuǎn)密封裝置；另一方面，通過增速機構(gòu)，將風(fēng)機主軸輸入的部分功率用于壓縮機的動力輸入，從而實現(xiàn)壓縮機在無外部動力的情況下仍可以實現(xiàn)正常工作。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本發(fā)明的調(diào)速機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖
其中，附圖標記為:1風(fēng)機主軸，2壓縮機，3小齒輪軸，4制冷機冷頭，5聯(lián)軸器，6小齒輪，7大齒輪，8大齒輪軸，9固定支架，10超導(dǎo)磁體，11冷量傳遞機構(gòu)、12磁體絕熱支撐結(jié)構(gòu)、13防輻射屏、14真空罩。
具體實施例方式如圖1-2所示，一種基于軸功率輸入的超導(dǎo)風(fēng)機制冷系統(tǒng)，包括風(fēng)機主軸1、壓縮機2、制冷機冷頭4、調(diào)速機構(gòu)、超導(dǎo)磁體10、冷量傳遞機構(gòu)11、磁體絕熱支撐結(jié)構(gòu)12、真空罩14、防輻射屏13以及其他聯(lián)軸器5和固定支架9 ;超導(dǎo)磁體10、壓縮機2、制冷機冷頭4均隨著風(fēng)機主軸I 一起旋轉(zhuǎn)；調(diào)速機構(gòu)包括一組小齒輪6和一個大齒輪7，小齒輪6通過聯(lián)軸器
5、小齒輪軸3連接于壓縮機2的動力輸入軸上，小齒輪6均與大齒輪7嚙合，大齒輪7中心通過大齒輪軸8與固定支架9連接，小齒輪6隨風(fēng)機主軸I 一同旋轉(zhuǎn)，大齒輪7相對風(fēng)機主軸I靜止；當風(fēng)機主軸I相對大齒輪7旋轉(zhuǎn)時，小齒輪6會相對大齒輪7增速旋轉(zhuǎn)；壓縮機2的動力輸入軸3與調(diào)速機構(gòu)的小齒輪6相連接，從而實現(xiàn)壓縮機2的功率輸入；壓縮機2為超導(dǎo)磁體制冷系統(tǒng)中制冷機冷頭4提供必要的高壓純凈制冷工質(zhì)，制冷機冷頭4中制冷工質(zhì)膨脹產(chǎn)生冷量，彌補超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中的各種漏熱損失；冷量傳遞機構(gòu)11將制冷機冷頭4產(chǎn)生的冷量傳遞到需要冷卻的超導(dǎo)磁體10及其他部件上；
所述壓縮機2的結(jié)構(gòu)可以為渦旋式結(jié)構(gòu)或其他一切可用的工作結(jié)構(gòu)，所用制冷工質(zhì)可以為氦氣或其它一切可用的制冷工質(zhì)如氫氣、氖氣等，其適用條件與不同的工作溫區(qū)有關(guān)。壓縮機2利用調(diào)速機構(gòu)輸入的動力將低壓氣體壓縮到一定的壓強后，輸送至制冷機冷頭4，為制冷系統(tǒng)提供高壓制冷工質(zhì)。所述壓縮機2、制冷機冷頭4都安裝在風(fēng)機主軸I上與需要冷卻的超導(dǎo)磁體10相對靜止，因而各部件的氣體連接可以直接通過管路來實現(xiàn)，而不需要使用旋轉(zhuǎn)密封裝置。所述超導(dǎo)磁體10、制冷機冷頭4都安裝于一個真空罩14之內(nèi)，并為其提供真空絕熱環(huán)境。所述的真空罩14是一個由金屬材料制成的密閉容器。
所述防輻射屏13是用來減少輻射漏熱，其采用高熱導(dǎo)性材料制成。所述的調(diào)速機構(gòu)可以是一組行星齒輪或者其他能夠?qū)崿F(xiàn)所需調(diào)速比的機構(gòu)。所述調(diào)速機構(gòu)中小齒輪6和大齒輪7設(shè)計為一定的增速比，能夠?qū)L(fēng)機主軸I的轉(zhuǎn)速增至壓縮機2的額定工作轉(zhuǎn)速，利用風(fēng)機主軸I軸功率作為動力源，驅(qū)動壓縮機2工作。所述的大齒輪7安裝在固定支架9上，風(fēng)機主軸I相對于大齒輪7同軸旋轉(zhuǎn)，固定支架9用地腳螺栓等固定在水平地面上。所述超導(dǎo)磁體10由磁體絕熱支撐結(jié)構(gòu)12連接在風(fēng)機主軸I上，磁體絕熱支撐結(jié)構(gòu)12由導(dǎo)熱性能較差的材料制造，如環(huán)氧玻璃鋼等。所述超導(dǎo)磁體10通過冷量傳遞機構(gòu)11與制冷機冷頭4相聯(lián)接,冷量傳遞機構(gòu)11是為了盡快將制冷機冷頭4的冷量傳輸?shù)匠瑢?dǎo)磁體10之上，因而選用導(dǎo)熱系數(shù)高的高純無氧銅材料。本發(fā)明的工作過程如下:
超導(dǎo)風(fēng)機主軸I轉(zhuǎn)速依據(jù)超導(dǎo)電機電磁等設(shè)計，在海上超導(dǎo)風(fēng)機設(shè)計中超導(dǎo)電機為低轉(zhuǎn)速運行，為了保證其超導(dǎo)磁體10的超導(dǎo)性，必須工作在一定的低溫環(huán)境下，而低溫環(huán)境由低溫制冷機組來提供冷量，低溫制冷機組的制冷功率由超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的漏熱損失來決定；超導(dǎo)磁體10、壓縮機2、制冷機冷頭4均隨著風(fēng)機主軸I 一起旋轉(zhuǎn)，調(diào)速機構(gòu)由一組行星齒輪組成，小齒輪6固定在風(fēng)機主軸I上，隨其一同旋轉(zhuǎn)，大齒輪7相對風(fēng)機主軸I靜止；當風(fēng)機主軸I相對大齒輪7旋轉(zhuǎn)時,小齒輪6會相對大齒輪7增速旋轉(zhuǎn)；壓縮機2的動力輸入軸3與調(diào)速機構(gòu)的小齒輪6相連接，從而實現(xiàn)壓縮機2的功率輸入。壓縮機2利用增速機構(gòu)由主軸傳送過來的動力將制冷工質(zhì)如氦氣進行壓縮，得到高壓氣體，高壓氣體經(jīng)過與外界環(huán)境熱交換后降到一定溫度。高壓氣體被輸送到制冷機冷頭4側(cè)，膨脹冷卻后得到冷量，并通過冷量傳遞機構(gòu)11對需要冷卻的超導(dǎo)磁體10進行冷卻，最終將超導(dǎo)磁體10降溫到需要的工作溫度。
權(quán)利要求
1.軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，其特征在于:包括風(fēng)機主軸(I)、壓縮機(2)、制冷機冷頭(4)、調(diào)速機構(gòu)、超導(dǎo)磁體(10)、冷量傳遞機構(gòu)、磁體絕熱支撐結(jié)構(gòu)(12)和固定支架(9)； 所述超導(dǎo)磁體(10)、壓縮機(2)和調(diào)速機構(gòu)安裝于風(fēng)機主軸(I)上，與風(fēng)機主軸(I)同時旋轉(zhuǎn)；所述超導(dǎo)磁體(10)通過磁體絕熱支撐結(jié)構(gòu)(12)連接于風(fēng)機主軸(I)上，同時，超導(dǎo)磁體(10)、冷量傳遞機構(gòu)、制冷機冷頭(4)、壓縮機(2)依次連接，壓縮機(2)連接至調(diào)速機構(gòu)，調(diào)速機構(gòu)通過固定支架(9)固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào)速機構(gòu)包括一組小齒輪(6)和一個大齒輪(7),小齒輪(6)通過聯(lián)軸器(5)、小齒輪軸(3)連接于壓縮機(2)的動力輸入軸上，小齒輪(6)均與大齒輪(7)嚙合，大齒輪(7)中心通過大齒輪軸(8)與固定支架(9)連接； 所述風(fēng)機主軸(I)與大齒輪(7)相對靜止；當風(fēng)機主軸(I)相對大齒輪(7)旋轉(zhuǎn)時，風(fēng)機主軸(I)帶動小齒輪(6 )相對大齒輪(7 )增速旋轉(zhuǎn)；所述壓縮機(2 )的動力輸入軸與調(diào)速機構(gòu)的小齒輪(6)連接，實現(xiàn)壓縮機(2)的功率輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào)速機構(gòu)的小齒輪(6)和大行星齒輪的增速比的范圍值為1000 =1-2000:1，通過增速比將風(fēng)機主軸(I)的轉(zhuǎn)速增至壓縮機(2)的額定工作轉(zhuǎn)速，利用風(fēng)機主軸(I)的軸功率作為動力源驅(qū)動壓縮機(2)工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述固定支架(9)固定在水平地面或其他需要的固定面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述壓縮機(2)為制冷機冷頭(4)提供高壓純凈制冷工質(zhì)，制冷機冷頭(4)中的制冷工質(zhì)膨脹產(chǎn)生冷量用于彌補各種漏熱損失；所述冷量傳遞機構(gòu)將制冷機冷頭(4)產(chǎn)生的冷量傳遞到需要冷卻的超導(dǎo)磁體(10)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述壓縮機(2)為渦旋式結(jié)構(gòu)，所用制冷工質(zhì)為氦氣或根據(jù)不同工作溫區(qū)選擇其它制冷工質(zhì)；風(fēng)機主軸(I)輸入的功率，通過調(diào)速機構(gòu)增速后輸入壓縮機(2)，所述壓縮機(2)利用調(diào)速機構(gòu)輸入的動力將低壓氣體壓縮到一定的壓強后，輸送至制冷機冷頭(4)，為制冷系統(tǒng)提供高壓制冷工質(zhì)；所述壓強值為2.2-2.6MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述磁體絕熱支撐結(jié)構(gòu)(12)由導(dǎo)熱性能較差的材料制造。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述冷量傳遞機構(gòu)選用導(dǎo)熱系數(shù)高的高純無氧銅材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述超導(dǎo)磁體(10)和冷量傳遞機構(gòu)外部設(shè)置有一防輻射屏(13)，防輻射屏(13)外部設(shè)置有一真空罩(14)，防輻射屏(13)和真空罩(14)上匹配設(shè)置有穿過風(fēng)機主軸(I )、制冷機冷頭(4)的孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述防輻射屏(13)用于減少輻射漏熱，采用高熱導(dǎo)性材料制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述真空罩(14)是由金屬材料制成的密閉容器。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)的工作過程如下:所述風(fēng)機主軸(I)旋轉(zhuǎn)時帶動調(diào)速機構(gòu)工作，調(diào)速機構(gòu)輸出端的轉(zhuǎn)速通過一定的增速比將轉(zhuǎn)速提高到高轉(zhuǎn)速，同時調(diào)速機構(gòu)的輸出端帶動壓縮機(2)工作，壓縮機(2)的低壓氣體被 壓縮成高壓氣體，壓縮得到的高壓氣體被輸入至制冷機冷頭(4)使用。
全文摘要
本發(fā)明具體是軸功率輸入超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機制冷系統(tǒng)，包括風(fēng)機主軸、壓縮機、制冷機冷頭、調(diào)速機構(gòu)、超導(dǎo)磁體、冷量傳遞機構(gòu)、磁體絕熱支撐結(jié)構(gòu)和固定支架；超導(dǎo)磁體、壓縮機和調(diào)速機構(gòu)安裝于風(fēng)機主軸上并同步旋轉(zhuǎn)；超導(dǎo)磁體通過磁體絕熱支撐結(jié)構(gòu)連接于風(fēng)機主軸上，超導(dǎo)磁體、冷量傳遞機構(gòu)、制冷機冷頭、壓縮機依次連接，壓縮機連接至調(diào)速機構(gòu)，調(diào)速機構(gòu)與固定支架連接；本發(fā)明特別適用于大功率、低轉(zhuǎn)速、大扭矩的超導(dǎo)發(fā)電機；利用風(fēng)機主軸的部分輸出功率為制冷系統(tǒng)壓縮機提供動力，實現(xiàn)超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機在無外部電源輸入情況下的黑模式啟動；完全避免了運動部件和旋轉(zhuǎn)部件之間的氣路連接，基本不需要旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號F25B1/00GK103196251SQ201310122688
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者吳建東, 楊燁, 馮玲, 蔣煜東, 宋曉衛(wèi), 況明偉 申請人:中國東方電氣集團有限公司