спроектирована в Институте электромеханики в Ленинграде еще в 1962…1963 гг. Это
была машина постоянного тока с обычным ("теплым") якорем и сверхпроводниковой
обмоткой возбуждения. Мощность ее составляла всего несколько ватт.
С тех пор коллектив института (сейчас — ВНИИэлектромаш) работает над созданием
сверхпроводящих турбогенераторов для энергетики. За истекшие годы удалось
построить опытные конструкции мощностью 0,018 и 1 МВт, а затем и 20 МВт…
Каковы же особенности этого детища ВНИИэлектромаша?
Сверхпроводящая обмотка возбуждения находится в гелиевой ванне. Жидкий гелий
поступает во вращающийся ротор по трубе, расположенной в центре полого вала.
Испарившийся газ направляется обратно в конденсационную установку через зазор
между этой трубой и внутренней стенкой вала.
В конструкции трубопровода для гелия, как и в самом роторе, есть вакуумные
полости, создающие хорошую теплоизоляцию. Вращающий момент от первичного
двигателя подается к обмотке возбуждения через "тепловые мосты" — конструкцию,
достаточно прочную механически, но плохо передающую тепло.
В итоге конструкция ротора представляет собой вращающийся криостат со
сверхпроводящей обмоткой возбуждения.
Статор сверхпроводящего турбогенератора, как и в традиционном варианте, имеет
трехфазную обмотку, в которой магнитным полем ротора возбуждается
электродвижущая сила. Исследования показали, что применять сверхпроводящую
обмотку в статоре нецелесообразно, так как на переменном токе в сверхпроводниках
возникают немалые потери. Но в конструкции статора с "обычной" обмоткой есть
свои особенности.
Обмотку оказалось возможным в принципе разместить в воздушном зазоре между
статором и ротором и крепить по-новому, с помощью эпоксидных смол и
конструктивных элементов из стеклопластика. Такая схема позволила разместить
больше медных проводников в статоре.
Оригинальна и система охлаждения статора: тепло отводится фреоном, который
одновременно выполняет и функцию изолятора. В перспективе это отведенное тепло
можно будет использовать для практических целей с помощью теплового насоса.
В моторе турбогенератора мощностью 20 МВт был применен медный провод
прямоугольного сечения 2,5 х 3,5 мм. В него впрессовано 3600 жил из ниобий-
титана. Такой провод способен пропускать ток до 2200 А.
Испытания нового генератора подтвердили расчетные данные. Он оказался вдвое
легче традиционных машин той же мощности, а его КПД выше на 1 %. Сейчас этот
генератор работает в системе "Ленэнерго" в качестве синхронного компенсатора и
вырабатывает реактивную мощность.
Но основной итог работы — колоссальный опыт, накопленный в процессе создания
турбогенератора. Опираясь на него, ленинградское электромашиностроительное
объединение "Электросила" приступило к созданию турбогенератора мощностью уже
300 МВт, который будет установлен на одной из строящихся в нашей стране
электростанций.
Сверхпроводящая обмотка возбуждения ротора изготовлена из ниобий-титанового
провода. Устройство его необычно — тончайшие ниобий-титановые проводники
запрессованы в медную матрицу. Сделано это для того, чтобы предотвратить переход
обмотки из сверхпроводящего состояния в нормальное в результате воздействия
флуктуаций магнитного потока или других причин. Если же это все-таки произойдет,
ток потечет по медной матрице, тепло рассеется, сверхпроводящее состояние
восстановится.