Введение к работе
'
Актуальность темы. Создание автономных энергетических систем для различных видов транспорта является одной из важных задач народного хозяйства.
Актуальной является проблема создания мощных автономных источников энергии космических летательных аппаратов (КЛА).
С начала развития космической техники мощность энергетических комплексов КЛА возросла с нескольких ватт до десятка киловатт. В ближайшее время ожидается увеличение мощности до десятков МВт. Это связано с усложнением бортового оборудования и совершенствованием КЛА, а также созданием межорбитальных КЛА.
Анализ и сопоставление характеристик энергетических установок (ЭУ) различного типа на мощности от нескольких десятков мегаватт до 100 МВт, проведенный как у нас в стране, так и за рубежом, показывает, что.лучшими энергетическими и массогабаритными характеристиками обладают ЭУ с турбогенератором.
Эффективность использования этих ЭУ определяется простотой конструкции, большой удельной мощностью и возможностью использования для их охлаждения криоагента, находящегося на борту КЛА в качестве энергоносителя, что не требует дополнительного оборудования для системы охлаждения.
Существующие конструкции турбогенераторов не позволяют получить низкую удельную массу ЭУ.
Одним из путей решения этой задачи является разработка и создание криорезистивного турбогенератора
Используя криоагент, находящийся на борту КЛА в качестве топлива основной ЭУ, для охлаждения турбогенератора, возможно увеличение линейной нагрузки ТГ и снижение массогабаритных характеристик ЭУ.
Данная работа посвящена созданию нового типа турбогенератора, отличительной особенностью которого является обмотка
возбуждения из криорезистивного проводника (сверхчистого алюминия), обладающего большой токонесущей способностью.
Существенное'влияние на токонесущую способность сверх- -чистого алюминия оказывает величина магнитного поля и температура хладоагента, в которых он находится.
Низкая температура и механические напряжения, возникающие в роторе при р_аботе криорезистивного турбогенератора (КРТГ), требуют применения новых материалов, обладающих достаточной механической прочностью и улучшенными магнитными свойствами. '
Существующие методики электромагнитного расчета турбогенераторов не позволяют учесть особенности электромагнитных процессов, происходящих в КРТГ, связанных с влиянием магнитного поля и температуры хладоагента на величину активного сопротивления обмотки возбуждения.
При сильном насыщении магнитопровода величина магнитной индукции достигает ЗТл, что оказывает влияние на величину индуктивных сопротивлений КРТГ.
Все вышеперечисленные особенности требуют исследования магнитных полей КРТГ, его параметров и характеристик. Работа
выполнялась' в соответствии с планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ НЛП ВНИИэлектро-механики, проводимых согласно Государственной научно-технической программе ВТСП Миннауки РФ.
Целью работы является исследование магнитных полей, параметров и характеристик криорезистивного турбогенератора, разработка методики электромагнитного расчета и основ оптимально^ го проектирования.
Основные задачи, решаемые в работе: -формирование конструктивного облика КРТГ и выбор оптимальной геометрической формы сильнонасыщенного магнитопровода ротора КРТГ, влияющей на величину магнитного поля в зоне обмотки якоря; -исследование влияния формы магнитопровода и степени его насыщения на величину потерь в обмотке возбуждения, зависящих от криомагнитного эффекта сверхчистого алюминия; -' исследование влияния насыщения магнитной системы КРТГ на его
- 5 -параметры и характеристики;
разработка математической модели КРТГ с учетом сильного насыщения магнитопровода',
разработка алгоритма и программы оптимального проектирования КРТГ:
- определение оптимальных значений осноеных размеров,параметров ' и характеристик КРТГ.
Методы исследований. Для исследования КРТГ использовались аналитический и численный метод расчета магнитных полей, метод конечных элементов (МКЭ).
Разработанные расчетные методики проверялись по результатам испытаний физических моделей узлов КРТГ.
Новые научные результаты состоят в следующем:
определен конструктивный облик КРТГ и оптимальная геометрическая форма его магнитопровода;
определено влияние сильного насыщения магнитопровода ротора на величину магнитной индукции в рабочей зоне КРТГ;
определено влияние сильного насыщения магнитопровода ротора на индуктивные сопротивления КРТГ и получены зависимости, позволяющие учитывать это влияние;
определено влияние формы магнитопровода и степени его насыщения на величину активного сопротивления криорезистивной обмотки Еозбулщения;
разработана методика электромагнитного расчета КРТГ с учетом сильного насыщения ротора;
разработана структурная схема и программа оптимального проектирования КРТГ, учитывающая взаимосвязь электромагнитных,тепловых и механических процессов.
Практическая ценность работы:.
определен конструктивный облик КРТГ;
разработанная методика и алгоритм оптимального проектирования позволяют определить основные размеры, параметры и характеристики КРТГ на стадии проектирования;
определены оптимальные геометрические соотношения ротора КРТГ;
- даны практические рекомендации по выбору геометрических размеров КРТГ.
Реализаций результатов работы. Математическая модель' и алгоритм оптимального проектирования КРТГ, а также раечетно ' -теоретические исследования, использовались при разработке ряда автономных энергетических систем КЛА.-
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на X Всесоюзной конференции по автономным источникам энергии (г. Куйбышев,1989 г.)
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано четыре работы.
Структура іи объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти1 глав, заключения и списка литературы из 94 наименований. Работа содержит 104 страницы машинописного текста, 51 иллюстрацию и 3 таблицы.
