DE102013001716A1

DE102013001716A1 - Tubular turbine generator unit installed at e.g. hydro-electric power plant, has tubular turbine casing that encloses electrical generator that comprises rotor winding and stator winding that are made of superconductive material

Info

Publication number: DE102013001716A1
Application number: DE201310001716
Authority: DE
Inventors: Klaus Krüger; Thomas Hildinger; Thomas Aschenbrenner
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-01-30

Abstract

The tubular turbine generator unit (1) has a turbine wheel (5) to which a drive shaft (7) is rotationally and rigidly connected. An electric generator (9) has a rotor (11) with a rotor winding (12) and a stator (13) with a stator winding (14). The rotor is indirectly driven by drive shaft. A tubular turbine casing (8) is arranged to enclose the electrical generator. The rotor winding and stator winding are made of superconductive material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrturbinen-Generatoreinheit nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a tube turbine generator unit according to the closer defined in the preamble of claim 1.

Aus der gattungsgemäßen DE 10 2008 017 537 A1 ist eine derartige Rohrturbinen-Generatoreinheit bekannt. Sie besteht im Wesentlichen aus einem Turbinenlaufrad einer Antriebswelle, welche mit dem Turbinenlaufrad drehstarr verbunden ist, einem elektrischen Generator mit einem Läufer und einem Ständer sowie den entsprechenden Ständerwicklungen und Läuferwicklungen. Dabei wird der Läufer von der Antriebswelle zumindest mittelbar angetrieben. Wie es bei Rohrturbinen-Generatoreinheiten typisch ist, befindet sich um den elektrischen Generator ein Rohrturbinengehäuse, in welchem typischerweise auch die Antriebswelle und darüber das Turbinenlaufrad gelagert ist. Diese Rohrturbinen-Generatoreinheit wird üblicherweise innerhalb eines rohrförmigen Durchtritts für Wasser in einem Wasserkraftwerk so eingebracht, dass das Wasser zuerst das Rohrturbinengehäuse umströmt und anschließend, typischerweise über Leitschaufeln auf das Turbinenlaufrad geleitet wird.From the generic DE 10 2008 017 537 A1 Such a bulb turbine generator unit is known. It consists essentially of a turbine runner of a drive shaft, which is rotationally rigidly connected to the turbine runner, an electric generator with a rotor and a stator and the corresponding stator windings and rotor windings. The rotor is driven by the drive shaft at least indirectly. As is typical in tubular turbine generator units, there is a tubular turbine housing around the electric generator, in which also typically the drive shaft and above the turbine runner is mounted. This bulb turbine generator unit is typically placed within a tubular passageway for water in a hydroelectric power station so that the water first flows around the bulb turbine housing and is then routed to the turbine runner, typically via vanes.

Der gesamte Aufbau des Wasserkraftwerks muss auf die Größe der Rohrturbinen-Generatoreinheit angepasst werden. Typischerweise wird der Durchmesser des Rohrturbinengehäuses durch den notwendigen Durchmesser des darin angeordneten Generators bestimmt. Um die benötigte Wassermenge um das Rohrturbinengehäuse herum zu dem Turbinenlaufrad leiten zu können muss dann ein entsprechender Strömungsquerschnitt der Rohrleitung in dem Wasserkraftwerk realisiert werden. Je größer dieser Querschnitt sein muss, desto größer ist der bauliche Aufwand und der erforderliche Aushub bei dem Bau des Wasserkraftwerks.The entire structure of the hydroelectric plant must be adapted to the size of the bulb turbine generator unit. Typically, the diameter of the bulb turbine housing is determined by the necessary diameter of the generator disposed therein. In order to be able to conduct the required amount of water around the bulb turbine housing to the turbine runner then a corresponding flow cross-section of the pipeline in the hydroelectric power plant must be realized. The larger this cross-section must be, the greater the structural complexity and the required excavation in the construction of the hydroelectric power plant.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Rohrturbinen-Generatoreinheit in der Art weiterzuentwickeln, dass ein sehr einfacher und effizienter Aufbau entsteht, welcher insbesondere bei großen Laufraddurchmessern einen hohen Wirkungsgrad bei minimalem Bauraum gewährleistet.The object of the present invention is to further develop a bulb turbine generator unit in such a way that a very simple and efficient construction is created, which ensures a high efficiency with minimal installation space, especially for large impeller diameters.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and further developments emerge from the subclaims dependent thereon.

Bei der erfindungsgemäßen Rohrturbinen-Generatoreinheit ist es vorgesehen, dass die Läuferwicklungen und/oder die Ständerwicklungen supraleitend ausgebildet sind. Solche supraleitend ausgebildeten Wicklungen, insbesondere bei der Ausgestaltung über einen Hochtemperatur-Supraleiter, ermöglichen vergleichsweise geringe elektrische Verluste in dem Aufbau, sodass insbesondere der Generator, und hier der bisher typischerweise luftgekühlt ausgebildete Läufer, sehr viel kleiner und kompakter aufgebaut werden kann. Hierdurch wird insgesamt ein sehr viel kleinerer Generator erzielt, welcher ein kleineres Rohrturbinengehäuse ermöglicht. Damit wird die Anströmung des Rohrturbinengehäuses entsprechend verbessert und das Verhältnis von Drehmoment zu Bauvolumen, die sogenannte Ausnutzung, deutlich erhöht.In the tube turbine generator unit according to the invention, it is provided that the rotor windings and / or the stator windings are formed superconducting. Such superconducting windings, especially in the embodiment of a high-temperature superconductor, allow comparatively low electrical losses in the structure, so that in particular the generator, and here the previously typically air-cooled rotor, can be much smaller and more compact. As a result, a much smaller generator is achieved overall, which allows a smaller bulb turbine housing. Thus, the flow of the bulb turbine housing is improved accordingly and the ratio of torque to volume, the so-called utilization significantly increased.

Die Möglichkeit über die supraleitende Ausbildung wenigstens einer Wicklung des Generators ein kleineres Rohrturbinengehäuse zu realisieren, ermöglicht es auch, konstruktiv sehr viel einfacher ein steiferes Rohrturbinengehäuse mit strömungsoptimierter Form zu realisieren. Ein kleineres Rohrturbinengehäuse umschließt außerdem weniger Volumen und hat damit weniger Auftrieb, sodass insbesondere auch die Abstützung des Rohrturbinengehäuses an den Wandungen des Rohrs, in dem dieses angeordnet ist, sehr viel einfacher und leichter realisiert werden können.The possibility of realizing a smaller tubular turbine housing via the superconducting design of at least one winding of the generator also makes it possible to realize a stiffer tubular turbine housing having a flow-optimized shape much more easily in terms of design. A smaller tube turbine housing also encloses less volume and thus has less buoyancy, so that in particular the support of the bulb turbine housing on the walls of the tube, in which this is arranged, can be much easier and easier to implement.

In einer günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Rohrturbinen-Generatoreinheit ist es ferner vorgesehen, dass der Durchmesser des Rohrturbinengehäuses im Verhältnis zum Durchmesser des Turbinenlaufrads zwischen 0,7 und 1,1, bevorzugt zwischen 0,8 und 1,0 liegt. Ein solches bevorzugt in der Größenordnung zwischen 0,8 und 1 liegendes Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Rohrturbinen-Gehäuses und dem Durchmesser des Turbinenlaufrads ist hinsichtlich der Umströmung des Rohrturbinengehäuses und der Anströmung des Turbinenlaufrads ideal. Hierdurch lässt sich ein sehr guter Wirkungsgrad der Rohrturbinen-Generatoreinheit erzielen. Gleichzeitig wird durch den erfindungsgemäßen Einsatz von wenigstens einer supraleitenden Wicklung in dem Generator ein sehr kleiner und kompakter Aufbau erzielt, welcher auch bei hohen Leistungen von beispielsweise mehr als 10 MVA und entsprechend großen Durchmessern des Turbinenlaufrads von mehr als 4 m einen hervorragenden Wirkungsgrad bei minimalem Bauraumbedarf und damit bei minimalen Herstellungskosten für die Wasserführung in dem Kraftwerk ermöglicht.In a favorable development of the tube turbine generator unit according to the invention, it is further provided that the diameter of the bulb turbine housing in relation to the diameter of the turbine runner is between 0.7 and 1.1, preferably between 0.8 and 1.0. Such a ratio, preferably of the order of 0.8 to 1, between the diameter of the tubular turbine housing and the diameter of the turbine runner is ideal with regard to the flow around the turbine housing and the flow of the turbine runner. This makes it possible to achieve a very good efficiency of the bulb turbine generator unit. At the same time a very small and compact structure is achieved by the inventive use of at least one superconducting winding in the generator, which even at high power of, for example, more than 10 MVA and correspondingly large diameters of the turbine wheel of more than 4 m excellent efficiency with minimal space requirement and thus allows for minimal production costs for the water supply in the power plant.

Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung ist es dabei vorgesehen, dass der Läufer direkt von der Antriebswelle angetrieben ist. Ein solcher direkter Antrieb des Läufers des Generators von der Antriebswelle ist hinsichtlich des Aufbaus, der benötigten Bauteile, des Wartungsaufwands und des Wirkungsgrads ideal. Ein solcher an sich immer gewünschter Aufbau ist beim Stand der Technik jedoch nicht oder nur mit entsprechenden Einbußen im Wirkungsgrad beziehungsweise einem sehr viel größeren Rohrturbinengehäuse, als gewünscht, möglich. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau, bei welchem wenigstens eine supraleitende Spule in dem Generator eingesetzt wird, ist dieser Aufbau jedoch sehr einfach und effizient möglich.According to a further very favorable embodiment, it is provided that the rotor is driven directly by the drive shaft. Such a direct drive of the rotor of the generator from the drive shaft is ideal in terms of the structure, the required components, the maintenance effort and the efficiency. However, in the prior art, such an arrangement, which is always desirable in itself, is not or only with a corresponding loss of efficiency or a great deal larger bulb turbine housing, as desired, possible. With the structure according to the invention, in which at least one superconducting coil is used in the generator, however, this structure is very simple and efficient.

In einer besonders günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Rohrturbinen-Generatoreinheit ist es dabei vorgesehen, dass lediglich eine der Wicklungen, und zwar die Läuferwicklung, supraleitend ausgebildet ist. Eine solche supraleitende Läuferwicklung und insbesondere eine Kombination des Läufers in direkter Antriebsverbindung mit der Antriebswelle ermöglicht einen sehr einfachen und kompakten Aufbau.In a particularly favorable development of the tube turbine generator unit according to the invention, it is provided that only one of the windings, specifically the rotor winding, is designed to be superconductive. Such a superconducting rotor winding and in particular a combination of the rotor in direct drive connection with the drive shaft allows a very simple and compact construction.

In einer vorteilhaften Weiterbildung hiervon ist es vorgesehen, dass die Ständerwicklung aus verroebelten Einzelleitern aus Litzen aufgebaut ist. Ein solcher Aufbau der Ständerwicklung nicht aus massiven Stäben oder typischerweise verroebelten Stäben, sondern aus miteinander verroebelten Einzelleitern aus Litzen ist, vor allem in der Kombination mit der supraleitenden Läuferwicklung, hervorragend geeignet, um einen Generator mit hohem Wirkungsgrad zu realisieren, da durch den Aufbau der Einzelleiter als Litzen und das verroebeln der Einzelleiter eine sehr hohe Induktionsdichte möglich wird, sodass ein derart aufgebauter Ständer in idealer Weise mit der supraleitend aufgebauten Läuferwicklung zusammenwirken kann.In an advantageous development thereof, it is provided that the stator winding is constructed of twisted individual conductors of strands. Such a structure of the stator winding is not made of solid rods or typically verwroebelten rods, but from each other verroebelten individual conductors of strands, especially in combination with the superconducting rotor winding, ideally suited to realize a generator with high efficiency, as by the construction of the Single conductors as strands and the verrowing of the individual conductors a very high induction density is possible, so that a stator constructed in this way can interact in an ideal way with the superconducting rotor winding.

In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung dieser Idee ist es ferner vorgesehen, dass die Ständerwicklung in axial verlaufenden Nuten des Ständers angeordnet ist, wobei die zwischen den Nuten liegenden Bereiche aus unmagnetischem Material ausgebildet sind. Ein solches unmagnetisches Material zwischen den einzelnen Ständerwicklungen ermöglicht ebenfalls eine Erhöhung der Induktionsdichte, welche in idealer Weise mit der supraleitenden Läuferwicklung zusammenwirkt. Dies gilt insbesondere dann, wenn außerdem die Ständerwicklungen in der oben beschriebenen Art aus verroebelten Einzelleitern aufgebaut sind, welche wiederum aus einzelnen Litzen bestehen.In a further very favorable embodiment of this idea, it is further provided that the stator winding is arranged in axially extending grooves of the stator, wherein the areas lying between the grooves are formed of non-magnetic material. Such a non-magnetic material between the individual stator windings also allows an increase in the induction density, which cooperates in an ideal manner with the superconducting rotor winding. This is especially true when also the stator windings are constructed in the manner described above from verroebelten individual conductors, which in turn consist of individual strands.

In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rohrturbinen-Generatoreinheit mit supraleitender Läuferwicklung ist es ferner vorgesehen, dass die Läuferwicklung über ein verflüssigtes Gas gekühlt ist. Es wird sich dabei im Idealfall um den vergleichsweise günstig verfügbaren flüssigen Stickstoff handeln, welcher für eine ausreichende Kühlung von Hochtemperatur-Supraleitern heute ausreicht. In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung dieser Idee ist es dabei vorgesehen, dass die Kühleinheiten für das verflüssigte Gas mit dem Läufer umlaufend angeordnet sind. Insbesondere solche, mit dem Läufer umlaufende Kühleinheiten ermöglichen einen sehr einfachen Aufbau, da das vergleichsweise schwierig zu handhabende verflüssigte Gas zur Kühlung der Läuferwicklungen so lediglich innerhalb des Läufers bewegt werden muss. Eventuelle Drehdurchführungen, wie sie bei außerhalb des Läufers angeordneten Kühleinrichtungen notwendig wären, sind hier nicht nötig. Lediglich die Energie für die Kühlaggregate, beispielsweise elektrische Energie, muss dem Läufer zugeführt werden. Dies ist mit herkömmlichen Drehdurchführungen für elektrische Energie jedoch vollkommen unproblematisch und weitaus einfacher und leichter zu realisieren, als die Drehdurchführung von verflüssigtem Gas.In a further very favorable embodiment of the tube turbine generator unit according to the invention with superconducting rotor winding, it is further provided that the rotor winding is cooled by a liquefied gas. In the ideal case, this will be the comparatively cheap available liquid nitrogen, which is sufficient today for adequate cooling of high-temperature superconductors. In a further very favorable embodiment of this idea, it is provided that the cooling units for the liquefied gas are arranged circumferentially with the rotor. In particular, those circulating with the rotor cooling units allow a very simple structure, since the comparatively difficult to handle liquefied gas for cooling the rotor windings so only has to be moved within the rotor. Any rotary unions, as would be necessary for arranged outside the rotor cooling devices are not necessary here. Only the energy for the cooling units, such as electrical energy, must be supplied to the rotor. However, this is completely unproblematic with conventional rotary feedthroughs for electrical energy and much easier and easier to implement than the rotary feedthrough of liquefied gas.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Rohrturbinen-Generatoreinheit ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments of the tube turbine generator unit according to the invention will become apparent from the remaining dependent subclaims and will be apparent from the embodiment, which is described below with reference to the figures.

1 zeigt einen Querschnitt durch einen Ausschnitt aus einem Kraftwerk mit einer Rohrturbinen-Generatoreinheit; 1 shows a cross section through a section of a power plant with a bulb turbine generator unit;

2 zeigt einen prinzipmäßigen Querschnitt durch ein Rohrturbinengehäuse der Rohrturbinen-Generatoreinheit. 2 shows a principle cross-section through a tube turbine housing of the bulb turbine generator unit.

In der geschnittenen Darstellung gemäß 1 durch den Aufbau des Kraftwerks ist eine Rohrturbinen-Generatoreinheit 1 zu erkennen, welche in einem von Wasser durchströmten Rohr 2 eines in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Kraftwerks angeordnet ist. Diese wird auch als Bulb-Turbine bezeichnet. Das Rohr 2 weist in der Darstellung der 1 an seinem linken Ende den Einströmbereich 3 für das Wasser auf. An seinem rechten Ende strömt das Wasser aus dem Ausströmbereich 4 wieder aus dem Rohr ab. In etwa in der Mitte des gezeigten Ausschnitts ist ein Laufrad 5 der Rohrturbinen-Generatoreinheit 1 angedeutet. Ferner ist ein Leitrad 6 angedeutet. In an sich bekannter Art und Weise dreht sich das Turbinenrad 5 im Bereich des minimalen Durchmessers des Rohrs 2 um seine eigene Achse, zusammen mit einer in 2 zu erkennende Antriebswelle 7, welche im Inneren eines Gehäuses 8 der Rohrturbinen-Generatoreinheit mit einem angedeuteten Generator 9 verbunden ist. Über einen Haltesteg 10 wird die Rohrturbinen-Generatoreinheit 1 in dem Rohr an Ort und Stelle gehalten und entsprechend abgestützt. Neben dem erkennbaren Haltesteg 10, welcher gleichzeitig als Schacht zum Einstieg in das Rohrturbinen-Gehäuse 9 ausgebildet ist, können weitere in der Figur nicht erkennbare Abstützelemente um den Durchmesser des Rohrturbinengehäuses 8 herum zwischen dem Rohrturbinengehäuse 8 und den Wandungen des Rohrs 2 angeordnet sein. Der im Inneren des Gehäuses 8 befindliche Generator 9 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Generator aufgebaut, welcher eine supraleitende Läuferwicklung 12 aufweist, welche zusammen mit einem Läufer 11 direkt mit der Antriebswelle 7 verbunden ist. Die Antriebswelle 7 ist wiederum direkt mit dem Laufrad 5 verbunden, sodass ein direkter Antrieb des Läufers 11 des Generators 9 über das Laufrad 5 erfolgt.In the sectional view according to 1 by the construction of the power plant is a tube turbine generator unit 1 to recognize which in a water-flowed pipe 2 a power plant not shown in its entirety is arranged. This is also called a bulb turbine. The pipe 2 indicates in the representation of 1 at its left end the inflow area 3 for the water. At its right end, the water flows out of the outflow area 4 again from the pipe. Approximately in the middle of the section shown is an impeller 5 the bulb turbine generator unit 1 indicated. Further, a stator 6 indicated. In a manner known per se, the turbine wheel rotates 5 in the area of the minimum diameter of the pipe 2 around its own axis, along with an in 2 to be recognized drive shaft 7 which is inside a housing 8th the bulb turbine generator unit with an indicated generator 9 connected is. About a jetty 10 becomes the bulb turbine generator unit 1 held in place in the tube and supported accordingly. Next to the recognizable landing stage 10 , which at the same time as a shaft for entry into the bulb turbine housing 9 is formed, further in the figure unrecognizable support elements around the diameter of the bulb turbine housing 8th around between the bulb turbine housing 8th and the walls of the pipe 2 be arranged. The inside of the case 8th located generator 9 is at the here shown Embodiment constructed as a generator having a superconducting rotor winding 12 which, together with a runner 11 directly with the drive shaft 7 connected is. The drive shaft 7 is again directly with the impeller 5 connected, so a direct drive of the runner 11 of the generator 9 over the wheel 5 he follows.

Der Läufer 11 mit seiner supraleitenden Läuferwicklung 12 dreht sich dabei innerhalb eines Ständers 13 mit Ständerwicklungen 14. Diese sind in an sich bekannter Art und Weise in in Axialrichtung verlaufenden Nuten angeordnet, zwischen welchen sich entsprechend Material des Aufbaus des Ständers befindet. Dieses Material ist dabei unmagnetisch ausgebildet, zum Beispiel aus unmagnetischem Stahl oder aus Kunststoff. Die Ständerwicklungen selbst bestehen aus verroebelten Einzelleitern, welche wiederum nicht in der herkömmlichen Art als Stäbe aufgebaut sind, sondern aus Einzellitzen bestehen. Insbesondere zusammen mit dem unmagnetischen Material zwischen den einzelnen Leitungen der Ständerwicklung 14 wird so eine sehr hohe Induktionsdichte möglich, welche ideal mit dem Läufer 11 mit seiner supraleitenden Läuferwicklung 12 zusammenwirken kann.The runner 11 with its superconducting rotor winding 12 it rotates within a stand 13 with stator windings 14 , These are arranged in a manner known per se in axially extending grooves, between which is corresponding material of the structure of the stator. This material is non-magnetic, for example made of non-magnetic steel or plastic. The stator windings themselves consist of rusted individual conductors, which in turn are not constructed in the conventional manner as rods, but consist of individual strands. In particular, together with the non-magnetic material between the individual lines of the stator winding 14 So a very high induction density is possible, which is ideal with the runner 11 with its superconducting rotor winding 12 can interact.

Die supraleitende Läuferwicklung 12 ist dabei aus einem sogenannten Hochtemperatur-Supraleiter ausgebildet, welcher bereits bei vergleichsweise hohen Temperaturen, welche beispielsweise durch flüssigen Stickstoff als Kühlmedium erzielt werden können, supraleitend ist. Der flüssige Stickstoff oder ein anderes verflüssigtes Gasgemisch als Kühlmedium wird dabei innerhalb des Läufers als Kühlmedium in hier nicht dargestellter Art und Weise bewegt. Die in der Darstellung der Figur angedeuteten und mit 15 bezeichneten Kühleinheiten laufen dabei mit dem Läufer 11 um, sodass das verflüssigte Gas als Kühlmedium für die supraleitende Läuferwicklung 12 nicht über eine Drehdurchführung von außerhalb des Läufers 11 in den rotierenden Läufer 11 eingebracht und aus diesem wieder abgeführt werden muss.The superconducting rotor winding 12 is formed of a so-called high-temperature superconductor, which is superconducting even at comparatively high temperatures, which can be achieved, for example, by liquid nitrogen as the cooling medium. The liquid nitrogen or another liquefied gas mixture as the cooling medium is thereby moved within the rotor as a cooling medium in a manner not shown here. The implied in the representation of the figure and with 15 designated cooling units run while the runner 11 so that the liquefied gas as a cooling medium for the superconducting rotor winding 12 not via a rotary union from outside the rotor 11 in the rotating runner 11 must be introduced and removed from this again.

Insgesamt erlaubt der Aufbau der Rohrturbinen-Generatoreinheit 1 mit einer supraleitenden Läuferwicklung 12 einen sehr viel geringeren Durchmesser des Generators 9 bei selber Leistung, sodass der Durchmesser des Rohrturbinengehäuses 8, der sogenannten Birne, ebenfalls reduziert werden kann. Durch den kleineren Durchmesser entsteht weniger umbautes Volumen, sodass der Auftrieb des Rohrturbinengehäuses 8 entsprechend verringert wird und gleichzeitig sehr viel einfacher eine sehr steife und strömungsoptimierte Form in der Konstruktion möglich ist. Außerdem ermöglicht der Aufbau sehr viel kleinere Durchmesser des Rohrs 2, was zu massiven Ersparnissen beim Bau des Kraftwerks führt.Overall, the structure allows the bulb turbine generator unit 1 with a superconducting rotor winding 12 a much smaller diameter of the generator 9 at the same power, so the diameter of the bulb turbine housing 8th , the so-called pear, can also be reduced. The smaller diameter creates less volume, so the buoyancy of the bulb turbine housing 8th is reduced accordingly and at the same time much simpler a very rigid and flow-optimized shape in the construction is possible. In addition, the structure allows much smaller diameter of the tube 2 , which leads to massive savings in the construction of the power plant.

Der beschriebene Aufbau, welcher ein Verhältnis von maximalem Durchmesser des Rohrturbinen-Gehäuses 8 zum Durchmesser des Laufrads 5 in der Größenordnung von 0,9 bis 1 problemlos ermöglicht, kann so sehr viel kostengünstiger einen hohen Wirkungsgrad ermöglichen, als bisherige Aufbauten.The described construction, which is a ratio of maximum diameter of the bulb turbine housing 8th to the diameter of the impeller 5 easily possible on the order of 0.9 to 1, can be so much more cost-effective to enable high efficiency, as previous structures.

Er eignet sich insbesondere für Turbinenlaufräder 5 mit einem Durchmesser von mehr als 4 m und einer Nennleistung des Generators 9 von mehr als 10 MVA, also für typischerweise als „groß” beschriebene Anlagen, da hier der für die Kühlung der supraleitenden Läuferwicklung 12 erforderliche Aufwand sich im Verhältnis zu den möglichen Einsparungen und Leistungssteigerungen in jedem Fall lohnt.It is particularly suitable for turbine wheels 5 with a diameter of more than 4 m and a rated power of the generator 9 of more than 10 MVA, so typically described as "large" systems, since here for the cooling of the superconducting rotor winding 12 required effort is always worth it in relation to the potential savings and performance improvements.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008017537 A1 [0002]

Claims

Tubular Turbine Generator Unit ( 1 ) with 1.1 a turbine wheel ( 5 ); 1.2 a drive shaft ( 7 ) connected to the turbine wheel ( 5 ) is rigidly connected; 1.3 an electric generator ( 9 ) with a runner ( 11 ) with a rotor winding ( 12 ) and a stand ( 13 ) with a stator winding ( 14 ), the runner ( 11 ) at least indirectly from the drive shaft ( 7 ) is driven; 1.4 a tubular turbine housing ( 8th ), which at least the electric generator ( 9 ) encloses; characterized in that 1.5 the rotor winding ( 12 ) and / or the stator winding ( 14 ) is formed superconducting.

Tubular Turbine Generator Unit ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a maximum diameter of the bulb turbine housing ( 8th ) in relation to the diameter of the turbine wheel ( 5 ) is between 0.7 and 1.1, preferably between 0.8 and 1.0.

Tubular Turbine Generator Unit ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the runner ( 11 ) directly from the drive shaft ( 7 ) is driven.

Tubular Turbine Generator Unit ( 1 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that only the rotor winding ( 12 ) is formed superconducting.

Tubular Turbine Generator Unit ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the stator winding ( 14 ) is constructed of rusted single conductors made of strands.

Tubular Turbine Generator Unit ( 1 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the stator winding ( 14 ) in axially extending grooves of the stator ( 13 ), wherein the areas lying between the grooves are formed of non-magnetic material.

Tubular Turbine Generator Unit ( 1 ) according to claim 4, 5 or 6, characterized in that the rotor winding ( 12 ) is cooled by a liquefied gas.

Tubular Turbine Generator Unit ( 1 ) according to claim 7, characterized in that at least one cooling unit ( 15 ) for the liquefied gas with the runner ( 11 ) is formed circumferentially.

Tubular Turbine Generator Unit ( 1 ) according to one of claims 4 to 8, characterized in that the rotor winding ( 12 ) has a high-temperature superconductor.

Tubular Turbine Generator Unit ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the turbine wheel ( 5 ) has a diameter of more than 4 m.

Tubular Turbine Generator Unit ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the generator ( 9 ) has a rated power of more than 10 MVA.